[發明專利]用于高效能無鐵心永磁電機的無傳感器最優轉矩控制

無效

• 申請號: 200980146650.4
• 申請日: 2009-09-23
• 公開（公告）號: CN102224672A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 斯科特·加勒特·伯曼;扎赫爾·阿布達拉赫·達布西
• 申請（專利權）人: 威羅門飛行公司
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

權益聲明和引用結合

本申請要求DABOUSSI.于2008年9月23日提交的名稱為“SENSORLESS?OPTIMUM?TORQUE?CONTROL?FOR?HIGH?EFFICIENCY?IRONLESS?PM?MACHINES”的美國臨時專利申請第61/194,030號的優先權，其全部內容結合于此作為參考。

技術領域

本發明涉及用于測量永磁電機的轉子位置的方法和系統。更具體地，涉及一種使用無鐵心永磁(PM)電機的端電壓和電流來執行無傳感器的電機回轉(motoring)和發電操作的方法和系統。

背景技術

如圖1所示，永磁電機是一種交流(AC)電動機，其中通過施加垂直于永磁轉子產生的場的電磁場，向旋轉裝置提供能量。為了控制AC永磁電機，應當始終知道轉子永磁體(PM)102、104所產生的磁場的絕對位置。磁體的位置對于確定產生期望的轉矩所必需的電機的定子電流的大小非常重要。該操作被稱為定子電流換向(stator?current?commutation)。由于磁體相對于定子106旋轉，所以磁體的位置可以通過測量轉子絕對角位置來計算。諸如旋轉變壓器和光學編碼器的絕對位置傳感器通常用于測量電機轉子的絕對角位置。電機的角速度也可以根據位置信息來計算。

常用的角位置傳感器被機械地耦接至電機轉子。對于某些應用，這種設備的嚴酷環境條件和/或對緊湊機械集成度的關注將帶來挑戰，特別是如果要求高運行可靠性。對于某些這種實際應用，機械式安裝的位置傳感器被認為是一個薄弱環節，即，關鍵性的單點故障(single?point?of?failure)。對于成本敏感性應用，絕對位置傳感器的高成本可能是一個問題。

發明內容

本發明采用無鐵心永磁電機中的端電壓和電流來執行無傳感器的電機回轉和發電操作。在估計電機的電動勢(emf)時，本發明利用無鐵心電機的低的每單位電感(per?unit?inductance)，并且使用近似表示電機電動勢的電機端電壓。還包括某些補償來抵消由于定子電流的存在引起的歐姆電壓降和電感電壓降所導致的任何影響。同樣如下所示，該方法利用了d-q旋轉參照坐標系變換所帶來的電機電壓和電流的DC性質。本發明提供了很寬范圍的位置和速度感測，這使得電機即使在非常困難的起動轉矩條件(諸如與內燃機相關聯的條件)下仍有效地起動。此外，本發明結合了實現電機的更有效操作的轉矩角優化方案。

本發明的實施方式涉及一種通過確定轉子位置來進行無傳感器轉矩控制的由計算機實現的方法，該方法使用無鐵心永磁電機的端電壓和電流來執行無傳感器的電機回轉和發電操作，包括：獲得該電機的瞬時端電壓；將瞬時端電壓變換為零直軸電壓和非零交軸電壓；調節永磁電機的電頻率，從而將零直軸電壓調整為具有零值；通過對調節后的電機的電頻率應用積分器來確定永磁電機的非最終電角度；通過對非最終電角度和來自先前計算周期的電角度進行積分來確定電機的最終電角度；以及調節電機的電流矢量，以使電流矢量垂直于電機的最終電角度，從而優化電機的轉矩。

本發明的實施方式還涉及一種通過確定轉子位置來進行無傳感器轉矩控制的系統，該系統使用無鐵心永磁電機的端電壓和電流來執行無傳感器的電機回轉和發電操作，包括：用于獲得電機的瞬時端電壓的裝置；用于將瞬時端電壓變換為零直軸電壓和非零交軸電壓的裝置；用于調節永磁電機的電頻率從而將零直軸電壓調整為具有零值的裝置；用于通過對調節后的電機的電頻率應用積分器來確定永磁電機的非最終電角度的裝置；用于通過對非最終電角度和來自先前計算周期的電角度進行積分來確定電機的最終電角度的裝置；以及用于調節電機的電流矢量，以使電流矢量垂直于電機的最終電角度，從而優化電機的轉矩的裝置。

此外，本發明的實施方式涉及一種通過確定轉子位置來進行無傳感器轉矩控制的計算機可讀介質，該計算機可讀介質使用無鐵心永磁電機的端電壓和電流來執行無傳感器的電機回轉和發電操作，包括：用于獲得該電機的瞬時端電壓的裝置；用于將該瞬時端電壓變換為零直軸電壓和非零交軸電壓的裝置；用于調節永磁電機的電頻率從而將零直軸電壓調整為具有零值的裝置；用于通過對調節后的電機的電頻率應用積分器來確定永磁電機的非最終電角度的裝置；用于通過對非最終電角度和來自先前計算周期的電角度進行積分來確定電機的最終電角度的裝置；以及用于調節電機的電流矢量，以使電流矢量垂直于電機的最終電角度，而優化電機的轉矩的裝置。