[发明专利]估计多相旋转电机的转子的角位置的方法以及对用于这种电机的多相逆变器的控制的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于估计多相同步旋转电机的转子的角位置/旋转速度的方法，且涉及用于多相逆变器的控制方法和装置，该多相逆变器被设计为由直流电压源向多相同步旋转电机供电。

本发明还涉及一种多相同步旋转电机，其包括并入在这些前述装置中的逆变器，特别地用于机动车辆中的应用。

背景技术

电驱动器在机动车辆领域中越来越普及，且实现越来越多的功能。

由于同步电机的高性能和它们的高功率密度，在机动车辆工业中多使用同步电机。

它们特别地在混合动力电动车辆(HEV)中和电动车辆(EV)中用于电动助力转向、空调和热机的冷却风扇中。

图1示意性地示出具有同步电机1的电驱动器。该类型的系统还通常包括：

-由电池2构成的能量源；

-由逆变器3构成的静态转换器；

-控制单元4。

需要适当的功率逆变器3来从电池2产生可变频率和相幅的各种电压。

同步电机执行电能和机械能之间的转换。

如图1所示，与基准7(扭矩或速度)相关联的测量传感器(直流电压供应、相电流5和角位置/旋转速度6)构成系统的控制单元4的输入端。

图2示意性地示出，在三相同步电机1的情况下控制单元4的主要元件，所述控制单元控制逆变器3的功率电子器件，以便为电机1供应与基准对应的正确电压。

该控制单元4的目的是允许以良好的性能在大范围的扭矩和速度内运行。

为此，闭环控制是必要的。

电流调节部8(电流控制环路-CCL)依赖于确保在电流基准i^ref处测量的相电流的良好控制的校正。

用于计算电流基准的单元9从扭矩/速度基准7和电机1的电参数提供i^ref。

其将机械基准变为电学基准。

当基准电压V^ref已经被电流调节单元8计算时，矢量脉冲宽度调制单元10或矢量PWM(空间矢量调制-SVM)在克拉克参照系(Clarke reference)中由基准电压的分量产生必须应用于逆变器3的臂的占空比。

接下来，功率控制单元11产生用于控制逆变器3的控制信号U、V、W。

就电流调节部8而言，因为使用三相系统，控制可在多个参照系中被分析。

已知的克拉克变换是关于三相的值在两个固定轴线(α，β)上的投影。克拉克变换之后是轴线的旋转，其将参照系(α，β)的交流分量相对于由转子产生的磁通转换为根据直轴线和正交轴线(axis in quadrature)的直流分量(参照系(d，q))。克拉克变换和参照系(α，β)到参照系(d，q)的旋转的组合被称为派克变换(Park transformation)。

这些变换的主要优势是减小系统的量级和控制的解耦。

该类型的电机的控制需要关于电机转子的角位置和/或速度的信息6。传统上，位置/速度信息6通过一个或两个测量传感器获得，但是已知的是，考虑到旋转速度可通过计算角位置的相对于时间的一阶导数而获得，单个角位置传感器通常就可以足够。

为了减小同步电机及其控制的成本，从文献US5569994已知的是可以省去所述位置/速度传感器(一个或多个)，以便控制电机。为此，使用由电机的各相绕组产生的电动势(emf)，以便估计转子的位置。但是，根据US5569994的该方法没有提供在低速下测量转子的角位置的满意方案。

无论哪种情况，当需要电驱动器的安全和准确的运行时，难以省去位置/速度传感器14、15，且控制单元4必须容忍位置/速度传感器14、15的缺乏(deficiency)12、13。这使得可以确保在没有中断的情况下运行且符合安全要求。

当前，在要求最高的应用中，设备的冗余被用于克服传感器故障，这使得系统更复杂且增加其成本。

同时，软件冗余显著更有利，这是由于其开发能力以及其低成本。为此，制造习惯上已知的“软件传感器”。

这些利用其他可行的测量值，特别是由电流传感器提供的那些，以及关于控制的其他数据，以便重新构建遗失的信号。

例如，文献US7002318描述了一种用于车辆推进系统的具有故障容忍的控制的方法和装置。在具有永磁体的三相电马达的转子的角位置的传感器失效的情况下，根据相电流计算位置估计，且该位置估计被控制装置使用。但是，将注意到，该文献没有提出用于多相同步旋转电机的任何满意的方案。

发明内容