[发明专利]开关磁阻电机驱动器的准无传感器自适应控制的方法和装置

说明书

一种用于高转子磁极开关磁阻电机(HRSRM)的准无传感器自适应控制的方法和装置。该方法包括以下步骤：将电压脉冲施加到无功相绕组，并测量每个无功绕组中的电流响应。电机索引脉冲用于速度计算和建立时基。持续监视电流的斜率，这允许轴速度被更新多次并且跟踪速度的任何改变，以及基于轴速度固定闭合角。用于高转子磁极开关磁阻电机(HRSRM)的准无传感器控制的装置包括具有定子和转子的开关磁阻电机、由连接到开关磁阻电机的处理器控制的三相逆变器、负载和转换器。

相关申请

本申请要求于2017年6月14日提交的序列号为62/519807的美国临时申请的优先权。该临时申请的公开内容并入本文，如同全文列出一样。

技术领域

本发明一般涉及开关磁阻电机(switched reluctance motor)驱动系统，并且更具体地，涉及基于开关磁阻电机的相位的电感测量的用于转子位置估计的系统。

背景技术

开关磁阻电机(“SRM”)是一种旋转电机，其中定子和转子两者具有凸极(salientpole)。开关磁阻电机由于其坚固且强健的结构，是各种电机控制应用的可行候选。开关磁阻电机由与给定转子位置耦合的电压冲程而驱动。SRM是在转子和定子两者上具有多个极的无刷电机。不同于未被激励且没有定子的转子，定子具有相绕组。不同于未被激励且其上没有安装绕组或永磁体的转子，定子具有相绕组。相反，SRM的转子由导磁材料(通常是铁)形成，当电流流过定子磁极上的绕组时，该导磁材料吸引由该定子磁极上的绕组产生的磁通量。当对应于转子位置、以顺序方式接通和断开对定子相绕组的激励时，磁引力导致转子旋转。对于SRM，一对径向相对的定子磁极产生转矩，以吸引一对相应的转子磁极与该定子磁极对准。结果，该转矩产生在SRM的转子中的移动。

使用开关磁阻电机驱动器用于工业应用是最近才出现的。SRM驱动器已被认为是对于几种变速驱动器应用中的传统驱动器的可能的替代。在传统SRM中，诸如编码器或分解器(resolver)的轴角传感器(transducer)生成转子位置信号，并且控制器读取该转子位置信号。为了努力在减小尺寸和成本的同时提高可靠性，先前已经提出了各种方案来通过确定参考换向角来去除轴位置传感器。这些方案通过监视电机的端电压和电流来实施间接转子位置感测。开关磁阻电机的性能部分取决于相对于转子位置的相位激发(energization)的精确定时。当至少一个相位被激发且转子在旋转时，这些方法是有用的。

另一方案描述了用于使用有功(active)相电压和电流测量来实现SRM驱动器的无传感器控制的系统和方法。无传感器系统和方法通常依赖于SRM驱动器的动态模型。实时测量有功相电流，并且使用这些测量，通过数值技术求解表示有功相位的动态方程以获得转子位置信息。相位电感由傅里叶级数来表示，系数被表示为相电流的多项式函数，以补偿磁饱和。控制器基本上与驱动系统并行运行观测器(observer)。由于电机的磁特性被精确地表示，由观测器计算的状态变量预期与实际状态变量相匹配。因此，也作为状态变量的转子位置将间接地可用。该系统教导了用于使用从有功相位测量的相位电感来估计转子位置的一般方法。这里，它们向有功相位施加电压并且测量电流响应以测量位置。该电流幅度被保持为低，以最小化在电机的轴上生成的任何负转矩。

另一方案描述了涉及将电压感测脉冲施加到一个未激发的相位的间接电机位置感测的方法。结果是与相位电感的瞬时值成比例的相电流的改变。通过将相电流的变化与参考电流进行比较来确定合适的换向时间，从而将相位激励与转子位置同步。可以通过分别降低或增加阈值来提前或延迟相位激励。由于在较高速度期间无功(inactive)相位的不可用性，利用SRM的无功相位的这种换向方法限于低速。此外，尽管电流和转矩水平在无功相位中相对较小，但是它们将对在这种应用中SRM效率的损失有贡献。