一种针对特定角度的电机调速方法及电机

本申请涉及电机领域，具体涉及一种针对特定角度进行电机转速调整的方法及电机。

背景技术：

1、传统电机的调速通常是对电机转子旋转一圈的整体角速度或平均角速度进行调节，不妨把这种调速电机称为整体调速。在一些应用中，电机需要对旋转角范围(360度)内的特定角度或特定的角度范围进行调速，这也就需要对电机一个旋转周期的特定相位或特定相位范围进行调速。不妨把这种调速方式称为角度(或相位)调速。

2、对于角度(相位)敏感的应用，比如要求提升电机的90-120度范围的电机转速(或输出功率)，而电机的平均转速(或输出功率)保持不变，这就必须提升90-120度角度范围的电机转速，并相应的降低其它角度范围的转速。本发明正是针对角度(或相位)敏感的电机调速的应用需求，提出了一种针对特定角度的电机调速方法和实现这种调速方法的电机。

技术实现思路

1、本申请针对现有技术存在的问题，本发明的第一方面提供一种针对特定角度的电机调速方法，其特征在于，在电机平均转速调节功能的基础上，通过对电机的常规励磁电流的角度调制，实现对特定角度的电机转速的调节，计算公式为，

2、is(θ,t)＝f(θ)i0(t)，

3、ω＝kis(θ,t)-b

4、其中，is(θ,t)为电机的合成励磁电流，f(θ)为角度调制函数，其周期为周角，决定了电机在特定角度的转速变化，i0(t)为未加角度调制时的常规励磁电流，其决定了电机的平均转速随时间的变化，k和b为常数，ω为电机的旋转角速度。

5、进一步地，所述角度调制函数为归一化的调制函数，周期平均值为1，计算公式为，

6、is(θ,t)＝(1+f(θ))i0(t)

7、其中，f(θ)为交流角度调制函数，平均值为0。

8、进一步地，交流角度调制函数f(θ)为任意波形平均值为0的周期函数，包括正弦、余弦、方波和脉冲函数。

9、进一步地，根据角度相位角与时间的对应关系，将角度调制函数f(θ)和交流角度调制函数f(θ)转换为周期性的时间调制函数，则电机的励磁电流随时间变化的计算公式为：

10、is(t)＝f(θ(t))i0(t)或is(t)＝(1+f(θ(t)))i0(t)，

11、其中，角度随时间的函数关系θ(t)为以下微分方程的解：

12、

13、当i0(t)为时间的缓变函数时，角度与时间的函数关系可表达为：

14、

15、其中，t为电机的转动周期，为电机的平均转速，两者皆为时间的缓变函数，也就是可以用某个时间点的测量值来近似附近的一个时间段的函数值。

16、进一步地，对常规励磁电流和交流角度调制函数进行时间补偿，计算公式为

17、is(t)＝(1+f(θ(t+τ)))i0(t+τ)，

18、其中，τ为电机转速对励磁电流的响应存在的延迟时间。

19、进一步地，包括通过调速端口进行电机转速调节、通过电源进行电机转速调节或通过直接数字频率合成进行转速调节。

20、本发明的第二方面提供一种电机，包括电机本体和至少一个电子控制单元和微处理器；所述微处理器存储有内部程序，并能够自动运行内部程序以输出数据或控制指令；所述至少一个电子控制单元执行所述微处理器的输出指令，使得所述至少一个电子控制单元执行如本发明第一方面的针对特定角度的电机调速方法。

21、本申请至少具有如下有益效果：

22、实现特定角度的转速调节，提高电机控制精度：传统的电机调速方法主要关注整体或平均转速的调节，而本发明的调速方法能够在保持电机平均转速不变的同时，对旋转角范围内的特定角度或角度范围进行转速调节，满足了对角度(或相位)敏感的应用需求。通过对电机励磁电流进行角度调制，能够精确控制电机在任意角度的转速，提高电机控制的精度和灵活性。利用角度调制函数，可以根据需要增加或降低电机在特定角度的转速，从而优化电机的性能，如提高或降低特定角度的输出功率，实现角度或相位调速功能等。

23、多种实现方式进行电机调速：本发明提供了多种实现角度调速的方法，包括在电机驱动电路的调速端口施加角度调制、对电机电源进行角度调制以及采用dds技术对电机驱动电流进行直接调制，为不同应用场景提供了灵活的解决方案。

24、闭环控制系统：结合传感器对电机转子的特定角度和平均转速进行近实时测量，实现具有角度反馈和校正功能的闭环控制系统，提高系统的精准度和可靠性。

25、本申请利用角度调制函数，可以根据需要增加或降低电机在特定角度的转速，从而优化电机的性能，如拓展工作模式、调节瞬时功率、提高工作效率、降低能耗等。本申请克服了关于电机转速调节的偏见，在一般情况下，电机调速的本质是改变电机的输入条件，从而改变电机的转速，主要涉及到电压、电流、频率等参数的调整。但是一直以来这种调节所改变的是电机的整体转速。而本申请克服了技术偏见，通过对磁力电流的角度调制改变电机在特定角度下的转速，从而提高或降低特定角度的输出功率，实现角度或相位调速功能等。

技术特征：

1.一种针对特定角度的电机调速方法，其特征在于，通过调制电机在特定角度的励磁电流，

2.如权利要求1所述的针对特定角度的电机调速方法，其特征在于，

3.如权利要求2所述的针对特定角度的电机调速方法，其特征在于，交流角度调制函数f(θ)为平均值为0的任意波形周期函数，包括正弦、余弦、方波和脉冲函数。

4.如权利要求3所述的针对特定角度的电机调速方法，其特征在于，根据角度相位角与时间的对应关系，将角度调制函数f(θ)和交流角度调制函数f(θ)转换为周期性的时间调制函数，则电机的励磁电流is随时间变化的计算公式为：

5.如权利要求1-4任一项所述的针对特定角度的电机调速方法，其特征在于，还包括，对常规励磁电流和交流角度调制函数进行时间补偿，计算公式为

6.如权利要求1-4任一项所述的针对特定角度的电机调速方法，其特征在于，包括通过调速端口进行电机转速调节、通过电源进行电机转速调节或通过直接数字频率合成进行转速调节。

7.如权利要求6所述的针对特定角度的电机调速方法，其特征在于，所述通过调速端口进行电机转速调节，包括，将交流角度调制函数f(θ)转换为电压、电阻或脉宽调制信号，通过电机驱动电路的调速端口输入电压、电阻或脉宽调制信号，从而控制电机在任意角度的调速。

8.如权利要求6所述的针对特定角度的电机调速方法，其特征在于，所述通过电源进行电机转速调节，包括电源电压调节、电源电流调节和电压或电流的占空比调节，所述电源电压调节采用集成的电压调节器芯片实现；所述电流调节采用电流控制电路实现；所述电压或电流的占空比调节则利用脉宽调制信号对开关电路的导通或关断时间进行控制而实现。

9.如权利要求6所述的针对特定角度的电机调速方法，其特征在于，所述直接数字频率合成转速调节，包括，采用直接数字频率合成dds技术生成具有角度和时间双重调制的合成控制信号vs(t)＝(1+f(θ(t)))v0(t)，将该信号加载到多相逆变电路上产生电机的合成励磁电流，控制电机调速。

10.如权利要求1-4任一项所述的针对特定角度的电机调速方法，其特征在于，获得电机转子的特定角度θ1所对应的相邻两次的时间信号t1、t′1，并计算获得电机的转动周期t＝t′1-t1，根据t1、t′1、t计算获得交流角度调制函数结合常规励磁电流i0(t)，通过驱动电路对电机的转速进行闭环反馈调节。

11.一种电机，其特征在于，包括：

技术总结本发明提出一种针对特定角度进行电机转速调整的方法及电机，该方法包括通过在保持平均转速不变的同时，实现对电机旋转角范围内特定角度或角度范围的转速调节，通过角度调制函数精确控制电机励磁电流，提高控制精度和灵活性，支持多种实现方式，如调速端口调制、电源调制及DDS技术调制。该方法利用角度调制函数，可以根据需要增加或降低电机在特定角度的转速，从而优化电机的性能，如拓展工作模式、调节瞬时功率、提高工作效率、降低能耗等，为不同应用场景提供了灵活的解决方案。技术研发人员：张流强受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4