[发明专利]一种开关磁阻电机的新型无位置传感器初始定位方法

权利要求书

1.一种开关磁阻电机的新型无位置传感器初始定位方法，其特征在于，步骤如下：

第一步：阈值自动辨识

脉冲注入时，注入相绕组电压平衡方程如下所示：

式中，U表示注入相绕组电压；i表示绕组响应电流；R为一相绕组的电阻；ω为转子的角速度；L为一相绕组的电感；θ为转子位置角；t为脉冲注入时间；

当开关频率高，且占空比小时，绕组电流小时，忽略反电动势、绕组压降和磁饱和的非线性影响，方程简化成：

式中，i_p为响应电流峰值，Δt为一个周期内脉冲注入的时间；

阈值自动辨识过程需在额定母线电压下进行，通过采用自动测量策略实现阈值自动辨识，步骤如下：

1.1先对A相通电，将转子吸合至A相对齐位置处，停止通电后保持位置不动对B、C相进行脉冲注入，记录该位置采集得到的B、C相响应电流峰值的均值；

1.2对A、B相同时通电，将转子吸合至C相不对齐位置处，停止通电后保持位置不动对A、B相进行脉冲注入，记录该位置采集得到的A、B相响应电流峰值的均值；

1.3判断当前是否是最后一项吸合序列值，是则执行1.4，否则返回1.1；

1.4将只有一相吸合时的另外两相脉冲注入检测值求和后取平均值得到I₁，将同时有两相吸合时的这两相脉冲注入检测值求和后取平均值得到I₂；

确定吸合序列时，对一个机械周期进行吸合检测，吸合序列长度为2mN_r，N_r为转子极数，m为相数，吸合序列为A、AB、B、BC、C、CA、A、AB、B、BC、C、CA、A......，共吸合48次，吸合结束电机刚好转过一周；

当脉冲注入的电压、频率和占空比均不变时，结合两相电感交点位置处的响应电流峰值获得两相电感交点值计算公式：

式中，U_N为额定电压值，Δt为脉冲注入时间；

对于开关磁阻电机，从转子极与定子极刚开始重合的位置到转子极与定子极完全重合的位置，电感随着位置呈线性变化，根据这一特性，由I₁、I₂得到电流阈值I_H、I_L，计算公式为：

由L₁、L₂得到电感值L₃、L₄，计算公式为：

第二步：脉冲注入反馈电流峰值检测

通过三相功率器件对三相绕组同时进行固定占空比的电压脉冲注入，所述的固定占空比能保证总转矩小于电机阻力转矩；在三相功率器件由导通变为关断的时刻，控制器采集电流传感器此时的电流信号，作为反馈电流峰值，分别得到三相绕组的反馈电流峰值；

第三步：判断位置所在区域

根据新的电感分区原则，将三相开关磁阻电机的一个电周期等分为6个扇区，每个扇区为60°，其中，电感最大和最小区域分别作为一个扇区，在每一个扇区里有一相电感为上升区，一相电感为下降区，而另一相电感或在最大区域或在最小区域；实际电机启动时，需要根据实际电压对阈值进行标准化处理，校正公式为：

式中，U_N为额定母线电压值，U_actual为实际母线电压值；

然后比较反馈电流峰值与校正后的电流阈值，进而判断转子位置所在扇区；在每个扇区内三相电感的大小关系、反馈电流峰值的大小关系各不相同；由表1所示的电流峰值和电流阈值关系便能确定转子位置所在扇区；

表1为反馈电流峰值和电流阈值跟转子位置区域关系

表中，i_a、i_b、i_c分别为A、B、C三相绕组对注入脉冲的响应电流峰值；τ_r表示一个转子极所对应的机械角度；

第四步：精确计算转子位置

利用开关磁阻电机三相电感的对称性和相应区间的高度线性化，并结合相似三角形的原理进行精确的转子定位；

当脉冲注入的电压、频率和占空比均不变时，反馈电流峰值与相电感为反比关系，因此反馈电流峰值的倒数与位置的函数图形与相电感与位置的函数图形相同；

对采样得到的反馈电流峰值求倒数计算电感，通过第三步得到的扇区信息比较对应两相响应电流大小判断转子所在扇区，精确转子位置计算公式如表2所示；

表2 不同扇区精确转子位置计算公式

提前测量2个相电感交点位置处的反馈电流峰值，根据脉冲注入法原理计算2个相电感交点位置处的电感值，根据开关磁阻电机转子电感上升区的高度线性化，得到另外两个位置处电感值，进而对转子初始位置进行精确初始定位，从而根据导通相的导通角度，精确控制导通相导通。