[發明專利]用于確定AC電機的轉子的位置的電機控制器、AC電機系統和確定AC電機的轉子的位置的方法

有效

• 申請號: 200780100205.5
• 申請日: 2007-08-20
• 公開（公告）號: CN101779371A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 彼得·巴拉佐維克;羅曼·菲爾卡
• 申請（專利權）人: 飛思卡爾半導體公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 關兆輝;謝麗娜

技術領域

本發明涉及用于確定AC電機的轉子的位置的電機控制器和確定 AC電機的轉子的位置的方法。

背景技術

AC電機被廣泛地使用在許多應用中，包括諸如洗衣機、洗碗機、 電扇的消費者應用和諸如車窗升降器控制件、電動助力轉向系統、電 子機械制動系統的車輛應用等。

AC電機系統通常包括電機和電機控制器，電機包括定子和轉子， 電機控制器用于控制被提供以驅動電機的功率。為了確保對電機的良 好控制，例如為了滿足特定的電機性能要求，電機控制器需要知道電 機轉子的位置。

諸如位置和速度變換器的位置傳感器以及這樣的傳感器需要的電 纜和連接器增加了AC電機系統的大小、重量和復雜度，并且成為AC 電機系統的故障源。為了消除這樣的位置傳感器，特別是對于小型低 成本電機控制器，已經對用于為在多種不同操作條件下的不同種類電 機確定電機位置的無傳感器技術進行了很多研究。

簡單的技術使用在電機中生成的感應的反電動勢(EMF)。然而， 轉子停止或處于低速度時，在電機中生成的反電動勢(EMF)不足以 以實現轉子位置的準確估計。

更復雜的技術基于適當參考信號的注入和AC電機對注入的參考 信號的響應的跟蹤，以確定轉子位置。關于大部分低速度和零速度無 傳感器控制技術的基礎是電機的d軸和q軸特性的差異的存在：d軸和 q軸定義了dq旋轉坐標系。該差異被用于確定轉子位置并且被稱為凸 極。電機特性可以包括例如電感或電阻。凸極電機是表現例如取決于 轉子位置的d軸和q軸中的電感的差異的凸極的電機。在永久磁體(PM) 電機中，有多個凸極源，例如，轉子固有的凸極、基于飽和的凸極(定 子、齒)。

典型地，如所述，例如，在US專利申請no.2006/0061319和US 專利no.6,894,454中，通過將載波信號與參考電壓信號結合，高頻載波 信號被注入到定子中，所述參考電壓信號控制提供給AC電機的定子的 功率。作為結果的高頻分量然后被電機控制器中的處理器處理以確定 轉子位置，所述高頻分量攜帶凸極位置信息并且是來自定子的反饋電 流的一部分。反饋電流也被反饋作為控制器中的控制環路的一部分， 以控制施加給定子的功率。

例如在電機負載的改變期間，由于載波信號和參考電壓信號以及 控制環路的操作，在電機中生成高頻諧波分量。已知的無傳感器控制 方法不考慮在攜帶凸極位置信息的高頻分量和在控制環路中生成的高 頻諧波分量之間引起的干擾。這種干擾影響電機控制器在確定轉子位 置方面的性能。

因此，需要改善的電機控制器。

發明內容

本發明提供了如在所附權利要求中描述的電機控制器、AC電機系 統、確定AC電機的轉子的位置的方法、計算機程序和計算機可讀介質。

附圖說明

參考附圖，現在將僅通過示例方式描述根據本發明的確定AC電 機的轉子的位置的方法、AC電機系統和電機控制器。

圖1是包括根據本發明的實施例的電機控制器的AC電機系統的 簡化示意框圖；

圖2是更加詳細地示出根據本發明實施例的圖1的電機控制器的 一些元件的簡化示意框圖；和

圖3是根據本發明的實施例的在圖1的電機控制器中使用的凸極 跟蹤觀測器的簡化示意框圖。

具體實施方式

將參考3相永久磁體同步(PMS)電機描述本發明。應理解的是， 本發明不限制于用于3相PMS電機，并且可以應用到任何具有凸極的 AC電機，例如2相AC電機、具有埋入電機內的或表面安裝的永久磁 體的PM電機、同步磁阻電機(SynRM)、開關磁阻電機(SRM)、AC 感應電機(ACIM)或AC直線電機。

首先參考圖1，根據本發明，AC電機系統2包括具有定子7和轉 子9的AC電機6、用于提供功率給定子7的功率轉換器8和根據本發 明的用于控制功率轉換器8并且確定轉子9的位置的電機控制器4。功 率轉換器8耦合到AC電源(未示出)，并且具有耦合到模擬數字轉換 器(ADC)的輸出。為了說明目的，在圖1中示出了dq旋轉坐標系。