阅读说明：本技术 用于控制开关磁阻电动马达的方法和设备 (Method and apparatus for control switch reluctance electric motor ) 是由 S·戈帕拉克里希南 A·M·奥麦凯达 T·W·尼尔 C·S·纳姆杜里 L·郝 于 2019-04-29 设计创作，主要内容包括：一种多相开关磁阻马达,其包括转子和定子、电子换向器子组件和控制器。所述电子换向器子组件包括电子马达控制单元、功率逆变器和旋转位置传感器,所述功率逆变器电连接到所述开关磁阻马达的所述定子。所述控制器与所述电子马达控制单元、所述功率逆变器和所述旋转位置传感器通信。所述控制器包括指令集,所述指令集可执行以表征所述开关磁阻马达的操作,基于所述表征操作来动态地确定所述开关磁阻马达的电感,并执行闭环转矩控制程序以基于所述开关磁阻马达的所述动态确定的电感来控制所述开关磁阻马达。所述闭环转矩控制程序基于所述动态确定的电感来动态地确定来自所述开关磁阻马达的转矩输出。(A kind of multiphase switched reluctance motor comprising rotor and stator, electronic commutator sub-component and controller.The electronic commutator sub-component includes electric motor control unit, power inverter and rotational position sensor, and the power inverter is electrically connected to the stator of the switched reluctance motor.The controller is communicated with the electric motor control unit, the power inverter and the rotational position sensor.The controller includes instruction set, the executable operation to characterize the switched reluctance motor of described instruction collection, it is operated based on the characterization to dynamically determine the inductance of the switched reluctance motor, and executes closed loop torque control procedure to control the switched reluctance motor based on the inductance being dynamically determined described in the switched reluctance motor.The closed loop torque control procedure dynamically determines the torque output from the switched reluctance motor based on the inductance being dynamically determined.)

用于控制开关磁阻电动马达的方法和设备

引言

开关磁阻电动马达可以用在组装到内燃机上的电起动机中。

发明内容

描述了一种电动马达，并且所述电动马达包括多相开关磁阻马达，其包括转子和定子、电子换向器子组件和控制器。所述电子换向器子组件包括电子马达控制单元、功率逆变器和旋转位置传感器，所述功率逆变器电连接到所述开关磁阻马达的所述定子。所述控制器与所述电子马达控制单元、所述功率逆变器和所述旋转位置传感器通信。所述控制器包括指令集，所述指令集可执行以表征所述开关磁阻马达的操作，基于所述表征操作来动态地确定所述开关磁阻马达的电感，并执行闭环转矩控制程序以基于所述开关磁阻马达的所述动态确定的电感来控制所述开关磁阻马达。所述闭环转矩控制程序基于所述动态确定的电感来动态地确定来自所述开关磁阻马达的转矩输出。

本发明的一方面包括可执行以进行以下操作的指令集：动态地监控所述转子的旋转位置以及被供应给所述开关磁阻马达的电流和电压，以及基于所述表征操作、所述转子的所述旋转位置、被供应给所述开关磁阻马达的所述电流和所述电压，动态地确定所述开关磁阻马达的电感。

本发明的一方面包括可执行以进行以下操作的指令集：基于所述开关磁阻马达的所述电感来动态地确定所述开关磁阻马达的转矩输出，以及确定所述开关磁阻马达的转矩命令，其中所述闭环转矩控制程序可执行以基于来自所述开关磁阻马达的所述动态确定的转矩输出和所述转矩命令来控制所述开关磁阻马达。

本发明的一方面包括可执行以进行以下操作的指令集：表征所述开关磁阻马达的操作，包括将所述转子磁极中的一者与所述定子磁极中与所述开关磁阻马达的所述电相中的一者相关联的相应定子磁极对准，将预定电压脉冲施加到所述电相中的一者，所述电相中的一者的转子磁极与和所述电相中的所述一者相关联的所述定子磁极对准，并同时监控所述相关电相中的电流。基于此来确定所述对准的转子磁极处的电感与所述受监控电流之间的关系。

本发明的一方面包括：将预定电压脉冲施加到所述电相中的一者，所述电相中的一者的转子磁极与所述电相中的所述一者的所述定子磁极未对准，并同时监控所述相关电相中的电流，以及基于此来确定所述未对准的转子磁极处的电感与所述受监控电流之间的关系。

上述特征和优点以及本教导的其他特征和优点从某些最佳模式的以下详述和用于执行如随附权利要求中限定、结合附图取得的本教导的其他实施例将容易地显而易见。

附图说明

现在将参考附图以举例方式描述一个或多个实施例，其中：

图1是根据本发明的起动机的一个实施例的剖面侧视图；

图2是根据本发明的用于可以设置在起动机中的开关磁阻电动马达的马达子组件的分解等距视图；

图3-1是根据本发明的开关磁阻电动马达的剖面侧视图；

图3-2是根据本发明的开关磁阻电动马达的剖面端视图；

图3-3是根据本发明的开关磁阻电动马达的转子的剖面侧视图；

图3-4是根据本发明的开关磁阻电动马达的定子的剖面侧视图；

图4是根据本发明的用于控制开关磁阻电动马达的电子换向器子组件的示意图；

图5-1以图形方式示出了根据本发明的与开关磁阻马达的一个实施例的操作相关联的电感与电流的关系第一透视图；

图5-2以图形方式示出了根据本发明的与本文所述的开关磁阻马达的一个实施例的操作相关联的电感与电流的关系的第二透视图；

图6示意性地示出了根据本发明的马达表征程序，其包括校准方法以实现开关磁阻马达的一个实施例的实时自学习；

图7-1和7-2示意性地示出了根据本发明的马达控制方案和相关流程图，它们与动态地控制开关磁阻马达的实施例的操作以将转矩传递到采用功率逆变器和控制器的装置有关；

图8-1和8-2分别以图形方式示出了根据本发明的用于开关磁阻马达的一个实施例的单相操作的电流命令和相应马达转矩输出，其中电流命令是在设定最大点与零转矩之间变化的PWM信号；

图9-1和9-2分别以图形方式示出了根据本发明的用于开关磁阻马达的一个实施例的单相操作的电流命令和相应马达转矩输出，其中电流命令是采用参考图7-1和7-2描述的马达控制方案来确定的；

应当理解，附图不一定按比例绘制，并且呈现如本文所公开的本发明的各种优选特征的略微简化的表示，所述优选特征包括例如具体尺寸、定向、位置和形状。与此类特征相关联的细节将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。

具体实施方式

如本文所描述和说明的所公开的实施例的部件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下详细描述并不旨在限制如所要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示其可能的实施例。另外，虽然在以下描述中阐述了许多具体细节以提供对本文所公开的实施例的透彻理解，但是在没有一些这样的细节的情况下可实践某些实施例。另外，为了清楚起见，在现有技术中已知的某些技术材料没有详细描述，以避免不必要地使本发明变得混淆。此外，附图是以简化形式呈现并且没有按精确比例绘制。另外，如本文所说明和描述的本发明可以在没有在本文没有具体公开的元件的情况下实践。

参考附图，其中相同的附图标记在若干附图中对应于相同或类似的部件，图1和2与本文公开的实施例一致地示出了起动机100，所述起动机可以设置在内燃机(发动机)上以提供发动机转动起动转矩作为发动机起动程序的一部分，包括用于发动机停止-起动程序。发动机在一个实施例中可以设置在车辆上，并且车辆可以包括但不限于商用车辆、工业车辆、农用车辆、乘用车辆、飞机、船只、火车、全地形车辆、个人移动设备、机器人等形式的移动平台以完成本发明的目的。替代地，起动机100可以设置在用于固定电源上的发动机上。

起动机100可以经由电缆或电源总线电连接到DC电源104，并且可以直接和/或经由控制器170与起动机开关通信。起动机100包括开关磁阻电机(开关磁阻马达)125，其被设置以响应于旋转发动机的命令而产生发动机转动起动转矩。

起动机100有利地被配置为多个子组件，所述多个子组件包括包含单个螺线管致动小齿轮驱动器和行星齿轮组件的齿轮箱/安装子组件155、包括开关磁阻马达125的马达子组件135以及电子换向器子组件115。齿轮箱/安装子组件155、马达子组件135和电子换向器子组件115组装成采用一个或多个紧固件105的整体装置。这种配置促进组装和测试，并且提供功率电子元件、噪声滤波器、控制器和互连件的高密度封装以降低EMI。DC电源104电连接到开关磁阻马达125以提供DC电流。DC电源104可以是12V DC电压电平、48V DC电压电平或另一个DC电压电平。

变速箱/安装子组件155包括壳体152、轴延伸部150、行星齿轮组134、小齿轮138、单向离合器136、小齿轮控制螺线管142和小齿轮杠杆控制臂146。小齿轮杠杆控制臂146设置在小齿轮控制螺线管142与小齿轮138之间，并且经由枢轴点148可枢转地固定到壳体152。行星齿轮组134联接到开关磁阻马达125的马达输出轴124。

由开关磁阻马达125产生的转矩输出通过马达输出轴124传递到行星齿轮组134，所述行星齿轮组提供齿轮减速机构来以减小的速度放大转矩以使发动机转动起动。在一些示例中，减速比可以在25:1至55:1的范围内。由行星齿轮组134传递的转矩通过单向离合器136。单向离合器136被配置为沿与发动机转动起动相关联的第一方向锁定和传递转矩，并且允许沿第二相反方向进行旋转滑移，如同在可能在起动事件期间由一个或多个发动机气缸的点火引起的超速状况中发生的那样。以此方式，负转矩不会返回到开关磁阻马达125。另外，发动机超限状况可以在单向离合器136处被吸收以补偿速度波动并允许发动机转速超过起动机马达转速。

由开关磁阻马达125产生的输出转矩通过小齿轮138传递到可旋转的发动机转动起动输入元件140。在一个实施例中，发动机转动起动输入元件140是发动机的曲轴。在一个实施例中，发动机转动起动输入元件140是飞轮、皮带传动装置或链传动装置，其联接到发动机的曲轴。小齿轮138还被布置为在第一脱离位置与第二接合位置之间平移和转位。小齿轮控制螺线管142包括具有两个位置(即，延伸位置和缩回位置)的电激活活塞。控制器170可以传送小齿轮控制信号144以使螺线管142通电和断电。在一些示例中，小齿轮控制信号144与马达操作信号协调。在替代示例中，小齿轮控制信号144可以由起动机马达子组件108外部的另一个推进系统控制器提供。小齿轮杠杆控制臂146设置在小齿轮控制螺线管142与小齿轮138之间。当小齿轮控制螺线管142断电时，活塞处于缩回位置，而小齿轮138缩回并脱离。当小齿轮控制螺线管142通电时，活塞移动到延伸位置，而小齿轮138延伸并接合。小齿轮控制螺线管142通电致动杠杆控制臂146的第一端，所述第一端围绕枢轴点148枢转，并且杠杆控制臂146的相对端将小齿轮138移动到第二接合位置。在一个示例中，小齿轮138被布置为沿轴延伸部150滑动以在第一脱离位置与第二接合位置之间转位。壳体152包括开口158，所述开口允许小齿轮138接合发动机转动起动输入部分140以提供转动起动转矩。

电子换向器子组件115包括电子马达控制单元(MCU)128、功率逆变器110，以及集成为可以组装到马达子组件135上的单个单元的一个或多个旋转位置传感器120。电子换向器子组件115被描绘为相对于中心旋转轴线133同轴。替代地，电子换向器子组件115的一个或多个部分可以被布置为相对于开关磁阻马达125的中心旋转轴线133偏轴。在其他替代实施例中，电子换向器子组件115被配置为布置为与马达子组件135物理分离的独立控制器。替代地，电子换向器子组件115的元件可以集成到控制器170中，所述控制器可以是发动机控制单元(ECU)控制器。电子换向器子组件115包括电源管理部分，所述电源管理部分包括功率逆变器110以将直流电转换成三相电流以驱动开关磁阻马达125。功率逆变器110可以集成为印刷电路板(PCB)112的一部分，所述印刷电路板被设置以管理电子换向器子组件115的功率部分。

PCB 112连接到开关磁阻马达125的定子绕组119以使经脉冲宽度调制的三相电流通过电端子。开关磁阻马达125还可以包括一个或多个位置传感器120以检测转子126的旋转和位置。在一些示例中，位置传感器120是霍尔效应传感器，其设置在PCB 112上并且被布置为拾取位置目标的存在，所述位置目标可以是设置在转子126的马达输出轴124的一部分上的一个或多个位置磁体122的形式。位置磁体122可以与马达输出轴124的旋转轴线133同心地定位。位置磁体122的磁场连同转子126(和输出轴124)一起旋转，因此改变极性方向，由此向位置传感器120提供输入以指示转子126的旋转位置的变化。基于磁体的类型和磁场的强度，位置传感器120布置在距磁体的预定轴向间隔处。在一个实施例中并且如所示，位置磁体122可以被布置为径向磁化的磁体，其设置在马达输出轴124的一端，并且位置传感器120以轴上布置形式设置在PCB 112上。替代地，位置磁体122可以被布置为径向磁化的磁体(未示出)，其设置在马达输出轴124的一端，并且位置传感器120以离轴布置形式布置在距设置在PCB 112上的磁体预定径向间距处。

位置传感器120的实施例包括原始角度位置传感器，其监控目标以提供增量或绝对位置信号。无论马达输出轴124是静止的还是移动的，来自绝对位置传感器的位置信号都与真实位置成比例。增量位置传感器检测位置变化。在一个实施例中，位置传感器120包括乘法编码器或数字霍尔传感器，例如，使用聚合物键合的多极磁体，并且其中产生编码器/霍尔脉冲和换向脉冲作为信号输出。位置传感器120还可以包括基于智能微处理器的芯片以提取并传输位置信号。位置传感器的另一个实施例是模拟霍尔效应传感器，例如，使用由钕磁体形成的目标的传感器，或者可操作用于产生正弦和余弦信号作为传感器输出的其他基于场的传感器。产生类似正弦和余弦输出的其他位置传感器类型包括电感型和磁阻型位置传感器。在一个实施例中，位置传感器120是霍尔效应传感器组件，其包括第一和第二霍尔效应感测元件，所述霍尔效应感测元件可以组装到开关磁阻马达的端盖上并且设置在转子磁体组件附近，所述转子磁体组件可以是环形装置，所述环形装置设置在转子126的一端并联接到所述转子的所述端。

电子换向器子组件115还包括至少一个处理器，诸如马达控制单元(MCU)128，其包括栅极驱动器以接受来自外部控制器的低功率马达控制信号以激活开关磁阻马达125。MCU128还调节来自电源104的高电流驱动输入以操作功率逆变器110。MCU 128与电源104通信，并且可以接收指示电源性能的信号，诸如电池充电状态、电压反馈、电流反馈或其他参数。MCU 128可以传输指示发动机重启的定时的信号以用作车辆推进系统的其他功能(诸如，例如变速器换挡调度、混合动力车辆推进模式选择和动力再生)的输入。

在一些示例中，MCU 128是设置在控制板132上的处理器，所述控制板与电源管理部分隔开。MCU 128可以包括例如数字信号处理器(DSP)微控制器或专用集成电路(ASIC)。控制部分与电源部分之间的间隔被布置为通过允许从电源管理部分产生的热量充分耗散而不影响MCU 128的操作来辅助控制板132的热管理。而且，所述间隔减少了MCU 128处与可能由功率逆变器110的开关产生的电噪声相关的干扰。指示起动机系统操作的信号被传输到控制板132。命令从MCU 128发送到功率逆变器110的开关。逆变器开关的操作可以基于转子位置、温度、马达反馈电流、电池反馈电流、电池电压、ECU信号或其他参数的组合。电源管理部分还可以包括一个或多个电容器154，其充当滤波器以将从开关输出的PWM电流平滑化。在一些替代示例中，电子器件的电源滤波部分可以位于电子换向器子组件115的壳体外部。

图2描绘了马达子组件135的分解等距视图，以示出与马达子组件相关联的细节，所述马达子组件包括开关磁阻马达125，所述开关磁阻马达具有安装在限定旋转轴线133的马达输出轴124上的环形定子118和转子126、多个定子绕组119以及包在壳体137和附带的端盖139内的轴承。开关磁阻马达125没有换向器、永磁体、转子鼠笼或其他转子绕组。转子126由多个堆叠层压件形成，所述层压件由铁磁材料形成并包括多个向外突出的转子磁极127。定子118由多个堆叠层压件形成，所述层压件由铁磁材料形成并包括多个向内突出的定子磁极117，其中在相邻的定子磁极117之间形成空隙区域116。定子绕组119***空隙区域116中。MCU 128向功率逆变器110的开关发送命令，所述功率逆变器依次使开关磁阻马达125的定子绕组119通电以产生旋转电磁场以促使转子126旋转。如本文所述，开关磁阻马达125通过采用在定子磁极117和形成在转子126上的凸极转子磁极127上感应的磁引力产生转矩。

图3-1至3-4示出了开关磁阻马达125的各方面，包括定子118、转子126、转子轴124和旋转轴线133，包括多个关键设计尺寸。定子118包括多个径向定向的向内突出的定子磁极117，所述定子磁极中具有其中***有定子线圈绕组119的中间定子空隙116。转子126包括从转子轴124突出的多个径向定向的向外突出的转子磁极127。关键尺寸可以包括如下：

有效长度161，其是定子118与转子126之间的重叠的轴向长度；

气隙长度162，其是向内突出的定子磁极117与向外突出的转子磁极127之间的气隙的径向长度；

定子118的外径167；

转子磁极长度164，其是从转子轴124突出的每个转子磁极127的径向长度；

定子磁极长度165，其是从定子118的内表面突出的每个定子磁极117的径向长度；

定子磁极弧166，A_S，其是在从旋转轴线133突出的两条径向线之间测量的角度，其中两条径向线与一个向内突出的定子磁极117的相应的相对拐角点相交；以及

转子磁极弧163，A_R，其是在从旋转轴线133突出的两条径向线之间测量的角度，其中两条径向线与一个向外突出的转子磁极127的相应的相对拐角点相交。

开关磁阻马达125被配置为三相装置，其具有第一数量N_S的定子磁极117和第二数量N_R的转子磁极127，产生多个角幅。角幅被定义为等于转子磁极距与定子磁极距之间的差值。根据这些几何定义，三相开关磁阻马达125的定子/转子磁极数量(N_S/N_R)之间的关系根据以下关系来确定：

N_S：定子磁极数和N_R：转子磁极数；

对于三相开关磁阻马达125，N_S是3的倍数，而N_R是整数。

有利地，开关磁阻马达125具有在8至24之间的一定数量的定子磁极117，和在6至16之间的一定数量的转子磁极127。

在一个有利实施例中，存在18个定子磁极117和12个转子磁极127，这被称为18/12组合。

在一个有利实施例中，存在24个定子磁极117和16个转子磁极127，这被称为24/16组合。

在一个有利实施例中，开关磁阻马达125被配置如下：

机器外径167小于85mm；

有效长度161小于50mm；

气隙长度162介于0.1mm至0.5mm之间；

转子磁极弧166A_R与定子磁极弧166A_S的比率大于或等于1.0。有利地，比率A_R/A_S在1.0至1.2之间；

定子直径167d_S与转子直径168d_R的比例至少为2.0:1。有利地，比率d_S/d_R在1.8至2.5之间；以及

定子磁极长度165h_S与转子磁极长度164h_R的比率等于或大于2.5。有利地，比率h_S/h_R在2.1至2.5之间。

术语“控制器”和诸如控制模块、模块、控制、控制单元、处理器等相关术语和类似术语是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(例如，微处理器)以及呈存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘等)的形式的相关非暂时性存储器部件的一个或各种组合。非暂时性存储器部件能够存储呈一个或多个软件或固件程序或例程的形式的机器可读指令，是组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓冲电路，以及可由提供所描述功能性的一个或多个处理器存取的其他部件。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器以及监控来自传感器的输入的相关装置，其中此类输入以预设采样频率或响应于触发事件而监控。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语意味着包括刻度和查找表的任何控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例程以提供期望功能。例程可以规则的间隔而执行，例如正进行的操作期间每100微秒执行一次。替代地，例程可以响应于触发事件的发生而执行。控制器之间的通信和控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线点对点链路、联网通信总线链路、无线链路或另一种合适的通信链路而实现。通信包括以合适形式交换数据信号，包括(例如)经由导电介质交换电信号、经由空气交换电磁信号、经由光学波导交换光学信号等。数据信号可包括表示来自传感器的输入的离散、模拟或数字化模拟信号、致动器命令和控制器之间的通信。术语“信号”是指传达信息的任何物理上可辨别指示器，并且可为能够行进通过介质的合适波形(例如，电、光学、磁性、机械或电磁)，诸如DC、AC、正弦波、三角波、方形、振动等。术语'模型'是指基于处理器或处理器可执行代码以及模拟装置或物理过程的物理存在的相关刻度。如本文所使用，术语'动态的'和'动态地'描述了实时执行并且以监控或以其他方式确定参数的状态和在例程的执行期间或例程执行的迭代之间规则地或定期地更新参数的状态为特征的步骤或程序。术语“校准(calibration)”、“校准(calibrate)”和相关术语是指将与装置相关联的实际或标准测量值与感知到的或观察到的测量值或命令位置进行比较的结果或过程。如本文所述的校准可以被精简至可存储的参数表、多个可执行方程或另一种合适的形式。参数被定义为表示使用一个或多个传感器和/或物理模型可辨别的装置或其他元件的物理性质的可测量。参数可以具有离散值，例如“1”或“0”，或它的值可无限可变地变化。

图4示意性地示出了用于功率逆变器110的电路400的实施例，所述电路是用于控制起动机100的开关磁阻马达125的实施例的操作的电子换向器子组件115的元件。在一个实施例中，开关磁阻马达125被配置为三相装置。其他多相电动马达配置可以采用本文描述的概念来有利地配置和操作，并且因此落入本发明的范围内。电路400被配置为将源自DC电源104的经脉冲宽度调制的电功率提供给开关磁阻马达125的定子绕组119，所述定子绕组分别被描绘为第一定子绕组422、第二定子绕组432和第三定子绕组442。示例性脉冲宽度调制控制方案由控制图指示，所述控制图包括与第一定子绕组422的控制信号相对应的Q1、与第二定子绕组432的控制信号相对应的Q2，以及与第三定子绕组442的控制信号的相对应的Q3，所有这些控制信号全部相对于电旋转度绘制，在水平轴上指示。第一定子绕组422、第二定子绕组432和第三定子绕组442中的每一者分别与第一高压总线412与低压总线414之间的相应的第一电源开关424、第二电源开关434和第三电源开关444串联布置，所述总线电连接到DC电源104。

第一高压总线412经由中间电力控制开关415电连接到DC电源104。第一定子绕组422、第二定子绕组432和第三定子绕组442以及相应的开关424、434、444的每个结分别经由相应的第一二极管426、第二二极管436和第三二极管446电连接到第二高压总线413。第四二极管456在第一高压总线412与低压总线414之间提供分流器/漏极。

第一电源开关424、第二电源开关434和第三电源开关444以及电源控制开关415的激活和停用由设置在MCU 128中的栅极驱动器控制。可操作地控制第一电源开关424、第二电源开关434和第三电源开关444以将电功率从DC电源104传输到定子118的相应绕组以驱动开关磁阻马达125。在一个实施例中，第一电源开关424、第二电源开关434和第三电源开关444是MOSFET装置。替代地，第一电源开关424、第二电源开关434和第三电源开关444可以使用并联MOSFET、GaN FET、SiC FET、IGBT或其他类型的半导体开关中的单个开关或多个所述开关形成。PCB结构可以被构成为具有合适厚度的铜中间层的FR4多层板。在其他替代示例中，电源管理部分可以包括功率模块组件而不是其中微芯片直接安装到直接键合铜(DBC)基板的PCB。铜或铝的片材可以利用铜迹线键合到绝缘基板(例如，氧化铝或氮化硅)的一侧或两侧。片材可以在烧制之前预先形成，或者使用印刷电路板技术进行化学蚀刻以形成电路，而底部片材可以保持平整。在进一步示例中，微芯片可以连接到铜汇流条或者连接在还具有有助于电气开关的隔离装置的引线框上。通常，电源管理部分包括多个开关，其被配置为管理来自电源的功率并施加如下面更详细地讨论的脉冲宽度调制(PWM)。这些开关可以与准备好在PCB上组装的引线一起封装，或者可以“在管芯中”形成并安装在铜引线框上并且引线键合以形成电连接。

用于功率逆变器110的电路400被配置为修改的(n+1)开关转换器，其可操作以控制起动机100的开关磁阻马达125的实施例。替代地，用于控制开关磁阻马达125的实施例的电路400可以被配置为非对称半桥电转换器、双线绕组电转换器、电容储能型(C-dump)电转换器或用于将DC电功率转换为AC电功率的另一种合适的电转换器，所述另一种合适的电转换器可以用于控制开关磁阻马达125的实施例的操作。

起动机100的操作可以由控制器170控制，所述控制器与包括MCU128、功率逆变器110和旋转位置传感器120的电子换向器子组件115通信。控制器170包括指令集，所述指令集可执行以动态地表征开关磁阻马达125的操作，基于其表征操作来动态地确定开关磁阻马达125的电感，并执行闭环转矩控制程序以基于动态确定的电感来控制开关磁阻马达125。所述闭环转矩控制程序基于动态确定的电感来动态地确定来自开关磁阻马达125的转矩输出。参考图5-1、5-2、6、7-1和7-2描述该操作。

开关磁阻马达125通过采用从电子换向器子组件115供应的经脉冲宽度调制的多相电流依次向定子绕组119施加电功率来操作。施加到定子绕组119的电功率引起磁场，所述磁场促使转子磁极127与激励的定子磁极117机械地对准。

图5-1以图形方式示出了与本文所述的开关磁阻马达125的一个实施例的操作相关联的电感与电流的关系。电感幅度相对于转子位置在垂直轴510上指示，所述转子位置在水平轴520上示出。转子位置被示为在0电角度至360电角度的范围内。电流包括包含最小电流514和最大电流512的电流值以及中间电流值的范围。对于最小电流514与最大电流512之间的每个电流值，当转子位置处于180电角度时发生最大电感，这被称为对准电感La(i)526。对于最小电流514与最大电流512之间的每个电流值，当转子位置处于0或360电角度时发生最小电感，这被称为未对准电感Lu(i)522。对于最小电流514与最大电流512之间的每个电流值，在0电角度至180电角度的转子位置之间发生中点电感，这被称为中点电感Lm(i)524。

图5-2采用图5-1的数据以图形方式示出了与本文所述的开关磁阻马达125的一个实施例的操作相关联的电感与电流的关系。在这里，电感幅度相对于电流在垂直轴510上指示，所述电流对于参考图5-1以图形示出的数据在水平轴515上针对0电流511与最大电流514之间的范围示出。结果指示：对准电感La(i)526大于中点电感Lm(i)524和未对准电感Lu(i)522，并且随着电流增加到最大电流514而减小，而未对准电感Lu(i)522受到电流增加到最大电流514的影响最小。

开关磁阻马达125中的电流和电感之间的关系可以表征如下：

其中

L₀(i)＝f(L_a(i),L_m(i),L_u(i))，以及

L_x(i)＝g(L_a(i),L_m(i),L_u(i))

并且其中：

L(θ，，i)表示给定电角度θ和电流i下的电感；

La(i)是对准电感；

Lm(i)是中点电感；

Lu(i)是未对准电感；

Nr是转子磁极的数或量；以及

φx是相角。

电感项La(i)、Lm(i)和Lu(i)可以如下被表示为与电流i有关的多项式方程：

La(i)＝a₀₁+a₁₁(i)+a₂₁(i)²+a₃₁(i)³+….

Lm(i)＝a₀₂+a₁₂(i)+a₂₂(i)²+a₃₂(i)³+….

Lu(i)＝a₀₃+a₁₃(i)+a₂₃(i)²+a₃₃(i)³+….

开关磁阻马达125中的电流和电感之间的关系可以应用于动态地表征开关磁阻马达125的操作。开关磁阻马达的每个相是独立的，即，其中一个相中的电感对其他相的电感没有影响。

图6采用上文描述的系统的一个实施例示意性地示出了马达表征程序600，其包括校准方法以实现开关磁阻马达125的一个实施例的实时自学习。表格1被提供作为与马达表征程序600相对应的解释，其中以数字标记的框和相应功能如下所述。在本文可以依据功能和/或逻辑块部件和各个处理步骤来描述教导。框部件可以由已经被配置为执行指定功能的硬件、软件和/或固件部件组成。

表格1

马达表征程序600的执行可以如下进行。马达表征程序600的步骤可以按合适顺序执行，并且不限于参考图6描述的顺序。如本文所采用的，术语“1”指示答案是肯定的，或“是”，而术语“0”指示答案是否定的，或“否”。

执行马达表征程序600以形成可以用于动态地控制单独的一个开关磁阻马达125的校准。在完成马达表征程序600后，可以基于电流i和相角φx采用等式1来动态地确定马达电感。参考三相开关磁阻马达125描述马达表征程序600，所述三相开关磁阻马达包括名义上称为A、B和C的相。

在发起(602)时，马达表征程序600通过确定转子磁极中的一者与定子磁极中与相A相关联的相应定子磁极的完全对齐来执行(604)，此时对相A施加初级电压脉冲(606)。初级电压脉冲的电压幅度可以等于或大于起动机100的系统电压，并且持续时间为1ms至2ms。在将初级电压脉冲施加到相A期间，监控并记录流过相A的相电流，直到达到最大电流Imax(608)。对于对准位置处的电感使用曲线拟合程序采用流过相A的受监控电流来计算等式1的多项式系数(610)。曲线拟合程序可以采用回归分析来计算等式1的多项式系数，其中多项式系数包括a₀₁、a₀₂、a₀₃、…a₁₁、a₀₂、a₁₂、a₂₂、a₃₂、…a₀₃、a₁₃、a₂₃、a₃₃…。

由于开关磁阻马达125仍然处于相对于相A对准的位置中，次级电压脉冲依次施加到相B和C，其中每个次级电压脉冲类似于施加到相A的初级电压脉冲。再次监控相应的相电流并将其从0记录到最大电流Imax(612)。对于中间位置处的电感使用曲线拟合程序采用流过相B和C的受监控电流来计算等式1的多项式系数(614)。在完成曲线拟合程序时，表征完成(616)并且捕获所得系数并将其存储在控制器170中。马达表征程序600的结果可以用在另一个程序中以基于电流i和相角φx采用等式1来动态地确定马达电感。

图7-1采用功率逆变器110和MCU 128的一个实施例示意性地示出了马达控制方案700，其动态地控制开关磁阻马达125的一个实施例的操作以将转矩传递到装置，例如，传递到发动机飞轮140。参考转矩波动控制程序760描述包括使转矩波动最小化的操作的控制方案700的详细操作，所述转矩波动控制程序参考图7-2描述。本文描述的控制概念可以应用于开关磁阻马达125的各种实施例，并且不限于开关磁阻马达125在起动机100中实现发动机起动的应用。

控制方案700采用转矩估计器程序730，其基于包括来自开关磁阻马达125的电流706、电压708和转子位置707的受监控参数来实时动态地估计总马达转矩702。在一个实施例中，可以按1电度的分辨率来计算动态估计值。优选地，测量每个马达相的电流706。

转矩估计器程序730根据以下等式来估计每个相的转矩：

其中：

T_e,phase是相(即，相A、B或C中的一者)的估计转矩；

表示相的电感变化并且采用上面的等式1来确定；

i_phase是相的电流；以及

θ是相角。

估计的马达转矩702，T_e可以通过算术求和每个相(由x指示)的估计转矩值来确定，如使用等式2确定的。

马达控制方案700通过确定马达转矩命令701与估计的马达转矩702之间的算术差来操作，所述算术差被输入到PI(比例-积分)控制器710，所述PI控制器基于此来确定电流命令703。电流命令703连同来自DC电源104的电压704和由MCU 128产生的PWM控制信号709一起输入到功率逆变器110。功率逆变器110将电功率705传递到开关磁阻马达125，所述开关磁阻马达响应于旋转发动机飞轮140而操作。

采用参考图7-2所示的转矩波动控制程序760描述了马达控制方案700的操作，其包括使转矩波动最小化的选择性操作。表格2被提供作为与转矩波动控制程序760相对应的解释，其中以数字标记的框和相应功能如下所述。在本文可以依据功能和/或逻辑块部件和各个处理步骤来描述教导。框部件可以由已经被配置为执行指定功能的硬件、软件和/或固件部件组成。

表格2

转矩波动控制程序760的操作操作以使转矩波动最小化，并且如下进行。步骤可以按合适顺序执行，并且不限于参考图7-2描述的顺序。如本文所采用的，术语“1”指示答案是肯定的，或“是”，而术语“0”指示答案是否定的，或“否”。

监控马达转矩命令，同时监控马达转速(764)。当马达转速小于基本速度(766)(0)时，从马达转速、马达转矩和开关磁阻马达125的操作特性之间的预校准关系中选择所需马达电流(773)，并且实施所需马达电流以控制其操作，并且该迭代结束(774)。

当马达转速大于基本速度(766)(1)时，所述程序确定转矩波动控制模式是否已被激活(768)，并且如果否(768)(0)，则从马达转速、马达转矩和开关磁阻马达125的操作特性之间的预校准关系中选择所需马达电流(773)，并且实施所需马达电流以控制其操作，并且该迭代结束(774)。转矩波动控制模式有利地在低马达转速下激活，例如，在一个实施例中当马达转速小于1000rpm时激活。

当转矩波动控制模式已被激活时(768)(1)，基于转矩命令与估计转矩之间的差值来确定转矩误差项，如参考图7-1的等式2和3所述的(770)。转矩误差项服从比例积分控制，即，PI控制器710，以确定电流命令703(774)，如参考图7.1所示。电流命令703连同来自DC电源104的电压704和由MCU 128产生的PWM控制信号709一起输入到功率逆变器110。功率逆变器110响应于电流命令703、电压704和PWM控制信号709而操作以传递电功率705以控制开关磁阻马达125的操作，并且该迭代结束(774)。

图8-1以图形方式示出了用于开关磁阻马达125的一个实施例的单相操作的电流命令815，其中电流命令815是PWM信号，其在垂直轴810上示出为相对于水平轴820上的时间而绘制的电流。如所示，电流命令815的幅度在设定最大点与最小点之间变化。图8-2以图形方式示出了与开关磁阻马达125的实施例的操作相关联的相应转矩输出825，其中在垂直轴830上示出了相对于水平轴820上的时间绘制的转矩。转矩输出825在激活部分期间包括大幅度摆动，其可以表现为可听噪声和/或系统振动。

图9-1以图形方式示出了用于开关磁阻马达125的一个实施例的单相操作的电流命令915，其中电流命令915是采用参考图7-1和7-2描述的马达控制方案700来确定的，所述马达控制方案包括在垂直轴910上相对于水平轴920上的时间而绘制的电流命令915。如所示，电流命令915的大小响应于估计转矩和PI控制程序而变化。图9-2以图形方式示出了与开关磁阻马达125的实施例的操作相关联的相应转矩输出925，其中在垂直轴930上示出了相对于水平轴920上的时间绘制的转矩。转矩输出925在激活部分期间具有微小的变化。如所示，这种对转矩输出925的影响导致很少或没有可辨别的转矩变化，这导致在开关磁阻马达125的操作期间对NVH(噪声-振动-粗糙度)额定值的负面影响最小或没有负面影响。

本文描述的概念提供了一种配置，其具有适用于诸如发动机起动机的应用的开关磁阻马达的自适应自学习控制。实时表征开关磁阻马达对于在其整个操作速度/转矩范围内控制马达是有用的，这促进动态转矩控制以最小化转矩波动并因此改善NVH。

与开关磁阻马达(SRM)125相关联的特征包括坚固性、机器结构的简单性、所需的故障安全能力以及对马达温度的准不敏感性。与其他类型的电动马达不同，SRM没有刷式换向器，没有永磁体，没有转子绕组，也没有鼠笼，这使得它能够高速操作并且由于低惯量而快速响应。在电流控制操作模式期间，性能独立于环境温度。机器性能取决于单脉冲操作模式下的定子欧姆电阻。该定子欧姆电阻是基于绕组温度。对于快速起动机应用，SRM具有自起动、对称、可逆和低成本的磁极数和相的所需组合。

详述和图或图式支持并且描述本教导，但是本教导的范围仅仅是由权利要求限定。虽然已详细地描述了用于实行本教导的某些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践随附权利要求中限定的本发明的各种替代设计和实施例。