确定永磁同步电机的转子的初始位置制造技术

本发明专利技术题为“确定永磁同步电机的转子的初始位置”。在一方面，本发明专利技术提供了一种用于确定同步电机的转子的初始角位置的系统，该系统包括电动机驱动模块，该电动机驱动模块被配置为向同步电机提供电动机驱动电压信号，该电动机驱动电压信号足以在同步电机中感应出电流；和转子位置确定模块，该转子位置确定模块被配置为接收电机中产生的电流的指示，并基于电机中产生的电流的指示来确定转子的初始位置。电动机驱动电压信号包括至少第一部分、第二部分和第三部分，第一部分在第一持续时间期间具有第一非零电压，第二部分在第二持续时间期间具有第二非零电压，并且第三部分在第三持续时间期间具有基本上为零的电压，第一部分具有第一极性，并且第二部分具有与第一极性相反的第二极性，并且第一持续时间和第二持续时间不同。

【技术实现步骤摘要】
确定永磁同步电机的转子的初始位置
本公开涉及确定永磁同步电机(PMSM)诸如三相永磁同步电动机或永磁同步发电机的转子的初始位置。
技术介绍
电动机将电能转换为提供给负载的机械能。同步电动机是交流(AC)电动机。在稳态操作中，同步电动机的转轴(例如，转子)的运动与施加到电动机固定部分(诸如定子)中的绕组的交流电力的频率同步。嵌入在轴内或轴表面上的永磁体随着施加到定子绕组的交流电力的振荡而同步旋转，使得该轴也随着交流电力的振荡而同步旋转。
技术实现思路
在一方面，本专利技术提供了一种用于确定同步电机的转子的初始角位置的系统，包括电动机驱动模块，该电动机驱动模块被配置为向同步电机提供电动机驱动电压信号，该电动机驱动电压信号足以在同步电机中感应出电流；以及转子位置确定模块，该转子位置确定模块被配置为接收电机中感应的电流的指示，并基于电机中感应的电流的指示来确定转子的初始位置。电动机驱动电压信号包括至少第一部分、第二部分和第三部分，第一部分在第一持续时间期间具有第一非零电压，第二部分在第二持续时间期间具有第二非零电压，并且第三部分在第三持续时间期间具有基本上为零的电压，第一部分具有第一极性并且第二部分具有与第一极性相反的第二极性，并且第一持续时间和第二持续时间不同。具体实施可包括下列特征中的一者或多者。第三持续时间可以不同于第一持续时间或第二持续时间。第三持续时间可以不同于第一持续时间和第二持续时间。第一非零电压和第二非零电压可以不同。电动机驱动电压信号可以包括第一区段和在第一区段之前或之后出现的第二区段，第一区段可以包括第一部分和第二部分，第二区段可以包括第四部分和第五部分，第四部分可以具有第一非零电压、第一持续时间和第二极性，并且第五部分可以具有第二非零电压和第一极性。系统还可以包括调制装置，该调制装置被配置为从直流电源接收电力并将电力转换为电动机驱动电压信号。同步电机中感应的电流的指示可以包括由同步电机的三相中的每相汲取的电流的指示，并且转子位置确定模块可以包括：变换模块，该变换模块被配置为将该指示转换为d轴电流分量和q轴电流分量，d轴电流分量和q轴电流分量与由d轴和q轴定义的旋转直角坐标系相关联；调节器模块，该调节器模块被配置为将q轴电流分量与参考进行比较，并确定转子的旋转角的第一估计值；比较器模块，该比较器模块被配置为将d轴电流分量与先前的d轴电流分量进行比较，并基于该比较来确定转子的旋转方向；和位置确定模块，该位置确定模块被配置为基于转子的旋转角的第一估计值以及转子的旋转方向来估计转子的位置。在另一方面，确定同步电机中的转子的初始角位置的方法包括生成电动机驱动电压信号，该电动机驱动电压信号包括至少第一部分、第二部分和第三部分，其中第一部分在第一持续时间期间具有第一非零电压，第二部分在第二持续时间期间具有第二非零电压，并且第三部分在第三持续时间期间具有基本上为零的电压；第一部分具有第一极性并且第二部分具有与第一极性相反的第二极性；并且第一持续时间和第二持续时间不同。该方法还包括将电动机驱动电压信号施加到同步电机；在将电动机驱动电压信号施加到同步电机之后，测量电动机中的感应电流；以及基于测得的感应电流来确定转子的初始角位置。具体实施可包括下列特征中的一者或多者。测量感应电流可以包括测量三相中的每相中的感应电流，并且该方法还可以包括根据测得的三相中的每相中的感应电流来确定q轴电流分量；通过将所确定的q轴电流分量与参考q轴电流分量进行比较来确定误差度量；调节q轴电流以减小误差度量；确定误差度量是否小于测试时间段的阈值误差度量；如果误差度量小于测试时间段的阈值误差度量，则确定转子的旋转方向；以及如果误差度量不小于测试时间段的阈值误差度量，则将电动机驱动电压信号施加到同步电机。确定转子的旋转方向可以包括将d轴电流分量与先前的d轴电流分量进行比较。参考q轴电流分量可以包括零值。电动机驱动电压信号可以包括第一区段和在第一区段之前或之后出现的第二区段，第一区段可以包括第一部分和第二部分，第二区段可以包括第四部分和第五部分，第四部分可以具有第一非零电压、第一持续时间和第二极性，并且第五部分可以具有第二非零电压和第一极性。本文描述的任何技术的实施方式可以包括装置、设备、系统和/或方法。一个或多个具体实施的细节在附图和以下说明书中列出。根据说明书和附图以及权利要求书，其它特征将显而易见。附图说明图1A是包括三相永磁同步电动机的系统的框图。图1B是图1A的电动机的剖视图。图1C是图1A的电动机的定子绕组的示意性电路图。图1D示出了图1A的电动机的转子中的永磁体的磁场。图1E是转子相对于图1A的电动机的定子绕组的图示。图2A是电动机驱动电压信号的示例的曲线图。图2B是由图2A的电动机驱动电压信号感应的输出电流的d轴分量的示例的曲线图。图2C是由图2A的电动机驱动电压信号感应的输出电流的q轴分量的示例的曲线图。图3A是电动机系统的框图。图3B是可以在图3A的电动机系统中使用的初始转子位置确定模块的框图。图3C是电动机的图示。图4A是用于确定转子的初始角位置的估计的示例过程的流程图。图4B是用于确定转子的旋转方向的过程的示例的流程图。图5和图6示出了实验结果的示例。具体实施方式图1A是包括驱动负载101的三相永磁同步电动机110的系统100的框图。系统100还包括电动机控制系统130，该电动机控制系统通过分析响应于将高频电动机驱动电压信号132施加到控制系统130而产生的感测电流118来估计转子114(图1B)的初始角位置(θ)。信号132是高频信号，因为信号132的频率远高于电动机110的额定工作频率。因此，转子114不响应于信号132而移动。如下面更详细地讨论的，高频电动机驱动电压信号132包括允许以比已知技术更高的精度来确定转子114的初始角位置(θ)的特征。而且，由控制系统130实现的技术不依赖于感测转子114的位置的单独的传感器。图1B是电动机110的剖视图。电动机110包括在空间上固定的定子112以及转子114，当将时变(AC)电能施加到电动机110时，该转子绕轴117旋转。在图1B的示例中，轴117延伸到页面中。转子114可以绕轴117沿顺时针或逆时针方向旋转。定子112每相包括一个电绕组。因此，在该示例中，定子112包括三个绕组113a、113b、113c(统称为绕组113)。图1C是定子绕组113a、113b、113c的示意性电路图。在图1C的示例中，绕组113以Y形构型布置。然而，其它配置也是可能的。例如，绕组113可以三角形构型连接。再次参考图1B，当交流电(AC)在定子绕组113a、113b、113c中流动时，形成相应的旋转定子磁场115a、115b、115c。每个磁场115a、115b、115c的磁通量环绕相应的绕组113a、113b、113c。还参考图1D，转子114本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定同步电机的转子的初始角位置的系统，所述系统包括：/n电动机驱动模块，所述电动机驱动模块被配置为向所述同步电机提供电动机驱动电压信号，所述电动机驱动电压信号足以在所述同步电机中感应出电流；和/n转子位置确定模块，所述转子位置确定模块被配置为接收所述电机中感应的所述电流的指示，并基于所述电机中感应的所述电流的所述指示来确定所述转子的所述初始位置，其中/n所述电动机驱动电压信号包括至少第一部分、第二部分和第三部分，/n所述第一部分在第一持续时间期间具有第一非零电压，所述第二部分在第二持续时间期间具有第二非零电压，并且所述第三部分在第三持续时间期间具有基本上为零的电压，/n所述第一部分具有第一极性，而所述第二部分具有与所述第一极性相反的第二极性，并且/n所述第一持续时间和所述第二持续时间不同。/n

【技术特征摘要】
20190327 US 62/8245561.一种用于确定同步电机的转子的初始角位置的系统，所述系统包括：
电动机驱动模块，所述电动机驱动模块被配置为向所述同步电机提供电动机驱动电压信号，所述电动机驱动电压信号足以在所述同步电机中感应出电流；和
转子位置确定模块，所述转子位置确定模块被配置为接收所述电机中感应的所述电流的指示，并基于所述电机中感应的所述电流的所述指示来确定所述转子的所述初始位置，其中
所述电动机驱动电压信号包括至少第一部分、第二部分和第三部分，
所述第一部分在第一持续时间期间具有第一非零电压，所述第二部分在第二持续时间期间具有第二非零电压，并且所述第三部分在第三持续时间期间具有基本上为零的电压，
所述第一部分具有第一极性，而所述第二部分具有与所述第一极性相反的第二极性，并且
所述第一持续时间和所述第二持续时间不同。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第三持续时间不同于所述第一持续时间或所述第二持续时间。


3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第三持续时间不同于所述第一持续时间和所述第二持续时间。


4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一非零电压和所述第二非零电压不同。


5.根据权利要求1所述的系统，其中
所述电动机驱动电压信号包括第一区段和第二区段，所述第二区段出现在所述第一区段之前或之后，
所述第一区段包括所述第一部分和所述第二部分，
所述第二区段包括第四部分和第五部分，
所述第四部分具有所述第一非零电压、所述第一持续时间和所述第二极性，并且
所述第五部分具有所述第二非零电压和所述第一极性。


6.根据权利要求1所述的系统，还包括：
调制装置，所述调制装置被配置为从直流电源接收电力并将所述电力转换为所述电动机驱动电压信号。


7.根据权利要求1所述的系统，其中在所述同步电机中感应的所述电流的所述指示包括由所述同步电机的三相中的每相汲取的电流的指示，并且所述转子位置确定模块包括：
变换模块，所述变换模块被配置为将所述指示转换为d轴电流分量和q轴电流分量，所述d轴电流分量和所述q轴电流分量与由d轴和q轴定义的旋转直角坐标系相关联；
调节器模块，所述调节器模块被配置为将所述q轴电流分量与参考进行比较，并确定所述转子的旋转角的第一估计值；
比较器模块，所述比较器模块被配置为将所述d轴电流分量与先前的d轴电流分量进行比较...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫耀金，H·李，J·齐，赵炎，蔡豪，
申请(专利权)人：伊顿智能动力有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰;IE