[发明专利]用于低速永磁电机操作的方法和装置

说明书

技术领域

本发明总体涉及电机系统，并且更具体地涉及用于电机系统中的永磁交流(AC)电机的低速无传感器操作的方法和装置。

背景技术

在按照基于电压和电流估计转子位置而不使用转子位置传感器或速度传感器的常规算法(即，按照“无传感器算法”)的永磁(PM)电机的低速操作期间，高频信号被引入PM电机的电机定子绕组的通量轴线中并且监测电机定子绕组的扭矩轴线以导出转子位置和速度信息而不使用任何机械的位置或速度传感器。虽然这种无传感器方法对于设计成在满负荷状态下不饱和的内部PM电机而言工作良好，但目前PM电机需要具有最高可能的功率密度。此类PM电机将必须可在高负荷状态下的深度饱和中操作。

因此，希望提供一种用于永磁电机的无传感器操作的方法和装置，其在深度饱和的操作状态下提供可靠的低速控制。此外，本发明的其它希望的特征和特点将从随后结合附图和前述技术领域及背景技术的详细描述和所附权利要求变得明显。

发明内容

提供了一种用于永磁电机的低速无传感器控制的方法。该方法包括将高频信号引入永磁电机的通量轴线，并响应永磁电机的通量轴线上的通量轴线误差信号和永磁电机的扭矩轴线上的扭矩轴线误差信号二者以无传感器的方式确定转子位置和转子速度。通量轴线误差信号和扭矩轴线误差信号二者均是响应于同步基准帧中的电流矢量信号而确定的。

另外，提供了一种用于永磁电机的无传感器控制器。该控制器包括第一信号处理通道、第二信号处理通道和速度/位置生成器。第一信号处理通道响应永磁电机的通量轴线来确定第一误差分量信号。第二信号处理通道响应永磁电机的扭矩轴线确定第二误差分量信号。并且速度/位置生成器响应第一误差分量信号和第二误差分量信号来生成无传感器转子速度和无传感器转子位置。

此外，提供了一种电机系统，该电机系统包括永磁电机、逆变器、控制器以及无传感器位置和速度估计器。该永磁电机包括多个相并且该逆变器响应调制的控制信号生成多个相信号。逆变器与永磁电机联接并且将该多个相信号中的每一个提供给永磁电机的多个相中的相应一个。控制器响应无传感器位置信号、无传感器速度信号和相电流信号生成调制控制信号，相电流信号对应于该多个相信号中的一个或多个的电流。无传感器位置和速度估计器响应相电流信号生成无传感器位置信号和无传感器速度信号，并且包括：用于响应相电流、无传感器位置反馈信号和无传感器速度反馈信号来确定低速误差信号的低速误差提取模块；用于响应相电流、相电压、无传感器位置反馈信号和无传感器速度反馈信号来确定高速误差信号的高速误差提取模块；以及用于响应高速误差信号和低速误差信号来确定无传感器位置信号和无传感器速度信号的误差合并模块。无传感器位置反馈信号等于无传感器位置信号，而无传感器速度反馈信号等于无传感器速度信号。另外，相电流对应于永磁电机的多个相上的电流，而相电压对应于永磁电机的多个相上的电压。低速误差提取模块包括第一信号处理通道、第二信号处理通道和速度/位置生成器。第一信号处理通道响应永磁电机的通量轴线确定第一误差分量信号。第二信号处理通道响应永磁电机的扭矩轴线确定第二误差分量信号。并且速度/位置生成器响应第一误差分量信号和第二误差分量信号生成无传感器转子速度和无传感器转子位置。

此外，本发明还包括以下技术方案。

技术方案1.一种用于永磁电机的低速无传感器控制的方法，包括：

将高频信号引入到所述永磁电机的通量轴线中；以及

响应于所述永磁电机的通量轴线上的通量轴线误差信号和所述永磁电机的扭矩轴线上的扭矩轴线误差信号二者而以无传感器的方式确定转子位置和转子速度，所述通量轴线误差信号和所述扭矩轴线误差信号二者均是响应同步基准帧中的电流矢量信号而确定的。

技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述确定所述转子位置和所述转子速度的步骤包括：

响应于第一误差信号和通量轴线误差信号加权因子来生成通量轴线误差信号；

响应于第二误差信号和扭矩轴线误差信号加权因子来生成扭矩轴线误差信号；

将所述第一误差信号和所述第二误差信号合并以生成合并的误差信号；以及

响应于所述合并的误差信号以无传感器的方式确定所述转子位置和所述转子速度。

技术方案3.根据技术方案2所述的方法，其特征在于，所述生成所述通量轴线误差信号的步骤包括响应同步基准帧偏移值生成所述第一误差信号。