基于中性点电压驱动永磁电机制造技术

本公开涉及基于中性点电压驱动永磁电机。本公开涉及一种永磁电机控制方法和系统。永磁电机的新结构配置具有其上附接有两个或更多个的永磁体的转子，以三个线圈(绕组)彼此之间布置为“Y”型拓扑结构缠绕的定子，并且绕线定子的中性点以可以实质上实时地检测中性点处的电压的方式布线。检测到的中性点电压与提供给定子绕组的励磁电流的相关联矢量一起被分析以确定转子的速度。转子的确定的速度被用于矢量控制。

Permanent Magnet Motor Driven by Neutral Point Voltage

【技术实现步骤摘要】
基于中性点电压驱动永磁电机
本公开涉及驱动一种永磁电机。
技术介绍
永磁同步电机(PMSM)是一种AC同步电机，它的场励磁是由永磁体而不是转子中的绕组提供。PMSM具有转子上的永磁转子组件和绕线定子。PMSM的驱动器电路通常使用场取向控制(或矢量控制)方法来控制，使得六个矢量的三相AC电流被提供给定子的绕组以驱动转子。已经产生确定关于定子线圈的转子取向/位置的解决方案。一些解决方案使用传感器，例如霍尔效应传感器、可变磁阻(VR)轮速传感器或转动编码器来测量转子的角位置。某些其他解决方案通过测量未驱动线圈中的反电动势来估计转子角位置。确定的转子位置被馈送到控制器中，用于控制到定子的励磁电流的频率和振幅以维持具有磁体组件的转子的转动。基于传感器的解决方案在某些应用中不能令人满意地工作。例如，在需要高可靠性的应用中，例如电动自行车电机的缺点是霍尔效应传感器的高故障比率。例如，霍尔效应传感器易受高潮湿环境的损害。此外附加的传感器带来成本升高。传统的无传感器解决方案也具有一些弊端。由于反电动势在停止时为零，并且与转子速度成比例，所以测量的端子电压在低速时不能检测过零点。对于这样的低速情形，即转子静止或者处于非常低的速度，例如小于60rpm，已经采用了一些来检测随转子位置变化的电感，这一般被称为高频波形注入(HFI)解决方案。但是，HFI解决方案在低转子速度下不能检测到转动方向的改变。
技术实现思路
本公开的示例涉及一种永磁电机控制方法和系统。永久磁铁电机的新结构配置中，绕线定子的中性点以实质上实时检测中性点电压的方式进行布线。定子可以以“Y”型拓扑缠绕，其中三个线圈(绕组)彼此之间以120电角度布置。然后可以在控制器处分析中性点处的检测的电压(“中性点电压”)，以确定转子的位置。该技术使用两种不同的方法来确定转子的初始位置(即当转子静停时)，或者确定转子的动态位置(即当转子相对于绕线定子转动时)。该技术还确定转子的转动方向或转动方向的改变。为了确定初始转子位置，向绕组提供瞬时的校准电流。校准电压具有低量级，使得转子不会被驱动移动。校准电流可以具有100Hz的频率并且可以持续0.5到1秒，在该时间内遍历多个周期中的全部六个矢量。利用每个矢量检测到的中性点电压具有正弦曲线或类正弦曲线的波形。与具有彼此120度异相的三个矢量相关联的三个中性点电压波形可以被选择以进行克拉克变换。得到的Alpha和Beta波形可以用来确定转子的初始位置。所确定的转子的初始位置可以用于被提供给定子绕组以驱动转子的励磁电流的初始矢量控制。转子从初始位置转动之后，可以基于转子到达30n度角时的时间点来确定转子位置。每个30n度角是关于定子绕组的物理转子角度。30n度角具有n倍(n为整数)的30度的角度值。转子可以从顺时针方向或逆时针方向到达30n度的角度，并且30n度角一般被定义为涵盖这两种情境。无论转子是顺时针还是逆时针转动，第二30n度角都是在转子转动方向上的紧接着第一30n度角。例如，如果第一30度角是60度角，如果转子顺时针转动，则第二30n度角是30度角，并且如果转子是逆时针转动，则第二30n度角是90度角。类似地，第三30n度角是紧接着第二30n度角的30度角，而不管转子的转动方向如何。当检测到转子到达第一30n度角和第二30n度角时，可基于转子到达第一30n度角与第二30n度角之间的时间间隔估计转子的转动速度。为了矢量控制的目的，估计的速度可以用于确定转子的位置。该技术基于检测到的中性点电压确定转子到达30n度角。具体地，可以确定120度异相的两个中性点电压波形之间的交叉点，以估计转子到达30n度角的时间点。选择与三个励磁电流矢量相关联的三个中性点电压波形用于交叉点检测，三个矢量彼此异相120度。中性点电压波形一般地不是正弦曲线。该技术并不能确定三个中性点电压波形的完整轮廓，而仅聚焦于确定交叉点。作为一个示例，可以通过比较两个波形之间的连续的一对中性点电压读数的相对电压幅值来确定交叉点。例如，第一波形中的连续对可以包括第一中性点电压和随后的第二中性点电压的读数，两者都处在第一波形，而第二波形中的连续对可以包括第三中性点电压和随后的第四中性点电压的读数，两者都处于第二波形。连续对在励磁电流的六个矢量的周期内。如果第一中性点电压读数大于第三中性点电压读数，并且第二中性点电压读数小于第四中性点电压读数，则可以确定第一波形和第二波形的交叉点已经发生，并且该交叉的时间点可以被标识为转子到达30n度角的时间点。附图说明在附图中，除非上下文另外指示，否则相同的附图标记表示类似的元件或动作。附图中的元件的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。图1示出了示例永磁电机系统的实例；图2示出了永磁电机的控制器的实例；图3示出了控制永磁电机的矢量的操作中的步骤的实例；图4示出了确定转子的初始位置的操作中的步骤的实例；图5示出了励磁电流矢量与中性点电压之间的关系表；图6示出了示例性中性点电压波形；图7A示出了具有彼此120度异相的三个正弦曲线状中性点电压波形；图7B示出了图7A的中性点电压波形的克拉克变换的结果；图8A示出了在第一方向上转动的转子的中性点电压波形的交叉点；图8B示出了在第二方向上转动的转子的中性点电压波形的交叉点；图9示出了确定交叉点的过程的实例；图10示出了确定转子速度的过程的实例。具体实施方式在以下描述中，阐述了某些具体细节以便提供对本公开的各种示例的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其他实例中，没有详细描述与电子组件和制造技术相关联的公知结构以避免不必要地模糊本公开的示例的描述。附图不一定按比例绘制，并且一些特征被放大以提供特定特征的更清楚的视图。除非上下文另有要求，否则整个说明书和权利要求中，词语“包括(comprise)”及其变形(诸如“comprises”和“comprising”应按开放的包括性意义来解释，即“包括但不限于”。诸如第一、第二和第三的序数的使用未必暗示着次序的排名意义，而是可能仅仅区分行为或结构的多个实例。在整个说明书中对“一个示例”或“示例”的指定意味着结合该示例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个示例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个示例中”或“在一示例中”并不一定都指的是相同的示例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何适合的方式在一个或多个示例中组合。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，除非内容另有明确地规定，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指代。还应注意的是，术语“或”一般地以包括“和/或”的意义采用，除非内容另有明确规定。本公开一般地涉及一种永磁电机控制方法和系统。永磁电机可以是永磁同步电机(PMSM)或永磁无刷DC电机(BLDC)，或包括转子的其他电机，转子具有与之耦合中或嵌入其中的永磁体以及接收AC励磁电流的缠绕的定子。除了其他结构上的差异之外，PMSM电机的反电动势通常是正弦波形或类正弦波形，并且BLDC电机的反电动势通常是梯形波形。在本文的描述中，使用PMSM电机作为永磁电机的说明性示例以描述这些技术。应理解的是，与PMSM示例相关联的描述可以类似地施加到其他类型的包括BLDC电机的永磁电机，而不需要进一步的创本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作永磁电机的方法，包括：确定所述永磁电机的转子的初始位置；基于所述转子的所述初始位置，向所述永磁电机的定子的绕组提供励磁电流；检测在所述绕组的中性点处的中性点电压；基于所检测的所述中性点电压和所述励磁电流的矢量，确定当所述转子到达第一30n度角时的第一时间点、以及当所述转子到达随后的第二30n度角的第二时间点，；基于所述第一时间点和所述第二时间点来估计所述转子的第一速度；以及基于所估计的所述第一速度来控制所述励磁电流。

【技术特征摘要】
2018.01.31 US 62/624,526;2019.01.28 US 16/259,5331.一种用于操作永磁电机的方法，包括：确定所述永磁电机的转子的初始位置；基于所述转子的所述初始位置，向所述永磁电机的定子的绕组提供励磁电流；检测在所述绕组的中性点处的中性点电压；基于所检测的所述中性点电压和所述励磁电流的矢量，确定当所述转子到达第一30n度角时的第一时间点、以及当所述转子到达随后的第二30n度角的第二时间点，；基于所述第一时间点和所述第二时间点来估计所述转子的第一速度；以及基于所估计的所述第一速度来控制所述励磁电流。2.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述励磁电流包括：基于所估计的速度来估计所述转子的动态位置；以及基于所述转子的所估计的动态位置来确定所述励磁电流。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于所检测的所述中性点电压和所述励磁电流的所述矢量，确定当所述转子到达在所述第二30n度角之后的第三30n度角时的第三时间点；以及基于所述第三时间点和所述第二时间点、并且基于所述第一速度来估计所述转子的第二速度。4.根据权利要求3所述的方法，其中估计所述第二速度包括：基于所述第三时间点与所述第二时间点之间的间隔来估计所述第二速度的初始值；使用所述第一速度来确定所述转子到达所述第三30n度角的比较时间点；通过对所述第三时间点和所述比较时间点进行比较来确定增量时间；以及基于所述第二速度的初始值和所述增量时间来估计所述第二速度。5.根据权利要求3所述的方法，其中估计所述第二速度包括：基于所述第三时间点与所述第二时间点之间的间隔来估计所述第二速度的初始值；通过将所述第二速度的初始值与所述第一速度进行比较来确定校准值；使用所述第一速度来确定所述转子到达所述第三30n度角的比较时间点；以及基于所述第二速度的初始值和所述校准值来估计所述第二速度。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于与30n度角相关联的所述励磁电流的矢量来确定所述转子的转动方向。7.根据权利要求1所述的方法，其中确定当所述转子到达30n度角时的第一时间点包括：将所述励磁电流的第一矢量、第二矢量和第三矢量标识为彼此异相120度的所述第一矢量、所述第二矢量和所述第三矢量；检测与所述第一矢量、所述第二矢量和所述第三矢量相关联的所述中性点电压；以及将与所述励磁电流的所述第一矢量、所述第二矢量和所述第三矢量中的两个矢量相关联的所述中性点电压的波形的交叉点确定为30n度角。8.根据权利要求7所述的方法，其中确定与所述第一矢量和所述第二矢量相关联的所述中性点电压的波形的交叉点包括：检测与所述第一矢量相关联的第一中性点电压值和随后的第二中性点电压值；检测与所述第二矢量相关联的第三中性点电压值和随后的第四中性点电压值；以及基于以下中的任一项来确定与所述第一矢量和所述第二矢量相关联的所述中性点电压的所述波形的所述交叉点：所述第一中性点电压大于所述第三中性点电压，并且所述第二中性点电压小于所述第四中性点电压；或者所述第一中性点电压小于所述第三中性点电压，并且所述第二中性点电压大于所述第四中性点电压。9.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述永磁电机的所述转子的所述初始位置包括：向所述定子的所述绕组提供校准电流，所述校准电流的大小小于用于驱动所述转子的阈值大小；检测与所述校准电流相关联的中性点电压；获得与所述校准电流的三个矢量相关联的所述中性点电压的正弦波形，所述三个矢量彼此异相120度；以及基于所述正弦波形来确定所述转子的所述初始位置。10.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述转子的所述初始位置包括针对所述正弦波形执行克拉克变换。11.一种集成电路，包括：处理核心；接口元件；存储器，存储有可执行指令，当所述可执行指令被所述处理核心执行时，所述可执行指令配置所述处理核心以实施电...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪韧冬，
申请(专利权)人：世意法北京半导体研发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11