[发明专利]电机的位置观测器

说明书

一种用于电动机的控制系统，包括：转子；定子，具有多个相绕组；以及逆变器，通过将各个相绕组连接到第一电压电平或第二电压电平来向多个相绕组施加电压。该控制系统被配置为：测量多个相绕组中的连接到第一电压电平的第一相绕组中的电流的第一变化率；测量连接到第一电压电平的不同的第二相绕组中的电流的第二变化率；以及计算电流的第一变化率与第二变化率之差。该控制系统还被配置为使用计算出的差来获得与转子的位置有关的数据。

技术领域

本发明涉及不具有机械传感器的电机的控制，更具体地，涉及两种不同的无传感器控制方案的组合使用，借此，使用当以一种方案运行时收集的数据来适配当以另一种方案运行电动机时使用的电动机的模型。

背景技术

无刷电子换向同步电动机包括永磁无刷dc和无刷ac、同步磁阻、磁通量切换和开关磁阻电动机。

电子换向同步电动机依赖于知晓转子的位置来正确激励电动机中的特定相绕组，以传递所需大小和方向的扭矩。在不使用轴位置传感器的情况下检测转子位置的方法已成为许多研究的主题。现有技术方法被分成两类：

a)使用在定子绕组中感应的反emf的方法，该反emf是通过永磁磁通量的旋转或当电流在绕组中流动时通过相绕组电感的变化而产生的；

b)检测定子绕组的电感的位置相关变化的方法。

方法(a)依赖于电动机的旋转速度足够快，使得感应emf(电动势)或反emf足够大以进行准确检测。如果有时相绕组中没有电流流动，则可以直接测量反emf。备选地，通过涉及相绕组的电压等式的解的实时计算来估计反emf。为了准确估计emf，重要的是具有相电阻和相电感的良好模型。用于反emf估计的模型完全取决于电动机的类型：转子的表面上安装有磁铁的永磁电动机，具有由于感应变化的磁感应emf和可忽略的emf；转子上没有磁铁的同步磁阻电动机，仅具有由于感应变化的感应emf；转子内内部地安装有磁铁的内部永磁电动机或永磁辅助同步磁阻电动机，在转子内具有磁路与钢路的混合，并且具有由于感应变化的磁感应emf和emf。扩展的emf的概念已得到发展，将来自不同来源的电动势贡献合并成单个项。提供用于估计emf的模型可以正确补偿速度、磁饱和、电阻随温度的变化、以及涡流效应，那么emf和扩展的emf估计方法将非常稳健，但仅当速度足够大以产生电动势时。通常，速度必须至少为额定速度的10％，才能获得可靠的数据。

EMF估计方法(a)无法在低速或静止状态下使用。

方法(b)依赖于自感或互感的强烈位置变化。在内部永磁电动机和同步磁阻电动机中，在转子的直轴上的电感Ld与转子的正交轴上的电感Lq之间存在显著差异。在转子上表面安装有磁铁的电动机之中，凸度较低，并且直轴电感Ld和正交轴电感Lq相似。即使当直流电感和正交电感的变化有限时，通常也会存在由永久磁铁的磁通量在钢中所产生的饱和效应引起的电感的可检测变化。