[發明專利]用于控制磁阻電機的方法和裝置

無效

• 申請號: 201280008485.8
• 申請日: 2012-01-30
• 公開（公告）號: CN103354974A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: S·德沙爾納伊斯
• 申請（專利權）人: 雷諾股份公司
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P21/00;H02P25/08
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 于靜;李崢

技術領域

本發明的主題是用于控制被稱為同步磁阻電機的電機的方法，以及適于能夠根據本方法受控的電機。

背景技術

同步磁阻電機包括定義電機磁極的一系列定子繞組以及已經例如采用一系列的凹口構造的鐵磁材料制成的轉子，以便使其更易于建立在某些特定方向上的轉子內部的磁場。

此外該轉子可由層狀結構組成，以便限制在轉子內部的電流流動。

這種電機經常比轉子包括繞組或永久磁體的電機的生產成本更低。對于給定的電流強度，可以獲得的最大轉矩特別取決于控制方法。

具體而言，由電動機產生的機械功率與注入到電機的定子繞組中的電流乘以在這些繞組中由轉子旋轉感應的電動勢的乘積成比例。

然而，電機的電動勢并不總是正弦的。通過正弦波電流提供的電機電動勢經常是方形的。

為了優化由電機傳送的功率或轉矩，將有必要能夠提供與電動勢相同輪廓的電流給電機。通過注入正弦波電流，僅使用基波電動勢，不使用電動勢的其它諧波并且降低電機的功率因數。

在磁阻電機的情況下，該電動勢不僅取決于轉子的旋轉速度，還取決于注入到繞組中的電流形狀。

為增加由電機傳送的轉矩，因此可能傾向于提供矩形形狀的電流信號給電機。然而這種控制方法產生多個問題：

-對應于不會促進轉矩產生的電流外觀的稱為“鐵損耗”的損耗在由矩形形狀的電流信號提供的情況下較高，

-矩形電流信號的最優性是相對的，因為沿著在轉子和定子之間的氣隙的磁場不可能完全是矩形，

-由于將矩形信號分成許多諧波，所以當電機運行時這些各種諧波的相互作用可產生振動和噪音。

對于通過矩形電流激勵電機的需求，某些文件諸如專利申請JP61001294提出除了注入正弦波基本電流信號還注入諧波電流信號，以便對于給定的電壓產生更多功率。專利US5189357因此提出通過正弦波信號激勵同步電機，在該正弦波信號上疊加第一信號的3階諧波。

美國專利US6674262提出注入由基波和一系列諧波組成的復合信號，其中通過在電機設計期間的微調來確定該復合信號的振幅。

上面提出的解決方案提出了注入電流輪廓的先驗（priori），但不建議考慮電動勢信號的真實輪廓。此外，對于低轉矩，注入電流信號的形狀與對于高轉矩的相似，這可在低轉矩時產生不必要的鐵損耗，并且對于更大的電流振幅可限制電機可提供的轉矩。

發明內容

本發明的目的是改進電機尤其是磁阻電機的控制，以使得可以限制在低轉矩時的鐵損耗，并且對于由供電電路允許的同一個最大電流振幅，獲得電機的更大轉矩或機械功率。

因此，在用于控制磁阻多相電機尤其是用于機動車輛的電機的方法中，通過在其原理上類似于在與電機轉子一起旋轉的參考坐標系（d，q）中定義的一對（Id，Iq）激勵電流Id和電樞電流Iq的Concordia-Park類型變換來推導注入到電機定子的每個線圈中的電流，使得：

-該激勵電流（Id）由基本正弦波信號組成，當電機的轉矩設定點增加時，將遞增階次的其它奇次諧波依次添加到該正弦波信號上，

-該電樞電流（Iq）是與估計或測量的電機電動勢成比例的信號。

根據優選實施例，當電機的轉矩設定點增加時，在激勵電流的有效存在的諧波之間的最高階諧波的振幅增加直到該振幅達到與諧波階次相關的閾值振幅為止，同時使激勵電流的低階諧波的振幅保持恒定。

當轉矩設定點進一步增加并且最高階諧波的振幅達到與諧波階次相關的閾值振幅時，向激勵電流添加高階諧波信號。

有利地，基于連接電機旋轉速度轉矩和設定點轉矩（N，C）的第一映射，以及施加到基波和包括激勵電流（Id）的各奇次諧波上的振幅列表，確定激勵電流（Id）信號的分量。

優選地，選擇奇次諧波的振幅使得隨著轉矩設定點（C）增加，該激勵電流Id變得越來越接近矩形信號。

根據優選實施例，基波激勵信號的脈動（ω）等于電機的脈動（Ω）乘以電機的磁極對數，并且在其中計算激勵電流（Id）和電樞電流（Iq）的參考坐標系（d，q）的旋轉速度等于電機轉子的旋轉速度。

優選地選擇激勵信號（Id）的相位，使得當電機轉子的最小磁阻（d）軸與電機定子的一個線圈的軸對齊時，該信號（Id）最大。“最小磁阻軸”意為轉子的一個徑向方向，沿著該方向對于給定的激勵場，感應的磁場相對于相鄰方向局部最大。

根據一個可能的實施例，選擇電樞電流（Iq）的振幅，使得電樞電流（Iq）的有效值等于激勵電流的有效值（Id）。