用于永磁電機的無傳感器丟失/找到的轉子檢測的制作方法
【專利說明】
[00011 本發明申請是申請日期為2009年9月30日、申請號為"200980162543.0"、發明名稱 為"用于永磁電機的無傳感器丟失/找到的轉子檢測"的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本公開涉及永磁電機中對轉子位置和/速度的無傳感器檢測，包括在轉子丟失或 找到時出于控制電機目的的檢測。
【背景技術】
[0003] 本節提供了與本公開相關的背景信息，這不一定是現有技術。
[0004] 永磁電機典型地包括定子和在定子內或者定子周圍轉動的轉子。轉子的速度和角 位置通常用來生成用于電機的控制信號。傳統上，轉子的速度和角位置是經由一個或多個 轉子位置傳感器來確定。最近，開發了各種技術并將其用來無傳感器地確定轉子的速度和 角位置（即，不直接地測量轉子速度和角位置）。例如，可以估計電機的通量并將其用來估計 轉子速度和/或位置。然而，在啟動這些電機時不使用所估計的通量。相反，不依賴于所估計 的通量來控制電機，直到經過了規定的時間段為止，或者直到電機達到了規定的速度、扭矩 輸出等為止。在那時，假定通量的估計值足夠精確，并且電機控制開始使用所估計的通量來 控制電機。
[0005] 在某個時間段之后，并且有可能是由于外部因素，在現有技術的控制器中的通量 估計值會變得不可靠。在該情況中，轉子位置和速度估計值變得不可靠，導致驅動器跳閘 (tripping)或者有問題的震蕩。
【發明內容】
[0006] 本節提供了對本公開的一般總結，并且不是對其完整范圍或者其全部特征的詳盡 公開。
[0007] 根據本公開的一個方面，公開了一種控制永磁電機的方法。該方法包括:估計電機 的通量;確定所估計的通量是否已基本收斂到電機的實際通量；以及響應于確定所估計的 通量已基本收斂到實際通量，使用所估計的通量來控制電機。
[0008] 根據本公開的另一方面，公開了一種操作永磁電機的方法。該方法包括:估計電機 的通量;使用所估計的通量來控制電機;確定所估計的通量是否已基本偏離電機的實際通 量；以及響應于所估計的通量被確定為已基本偏離實際通量，中斷使用所估計的通量來控 制電機。
[0009] 根據本公開的又一方面，公開了一種控制永磁電機的方法。該方法包括:估計電機 的通量;監控給由于電機的驅動器的功率;檢測在給驅動器的功率降至規定的水平以下后 何時返回規定的水平；以及在給驅動器的功率返回規定的水平之后，確定所估計的通量是 否已基本收斂到電機的實際通量。該方法還包括:如果所估計的通量被確定為已基本收斂 到實際通量，則使用所估計的通量來生成用于電機的控制信號。
[0010] 根據本公開的再一方面，公開了又一種控制永磁電機的方法。該方法包括:在啟動 期間估計電機的通量;確定在規定的時間段內所估計的通量是否已基本收斂到電機的實際 通量；響應于確定所估計的通量在規定的時間段期間已基本上收斂到實際通量，停止嘗試 旋轉電機。
[0011] 可應用性的其他領域將根據此處提供的描述而變得顯然。該總結中的描述和特定 示例僅僅旨在圖示的目的，而并不旨在限制本公開的范圍。
【附圖說明】
[0012] 此處所公開的圖僅用于圖示所選擇的實施例而非所有有可能的實施方式，并不旨 在用于限制本公開的范圍。
[0013] 圖1是根據本公開的一個方面的檢測找到的轉子的方法的框圖。
[0014] 圖2是根據本公開的另一實施例的檢測丟失的轉子的方法的快圖。
[0015] 圖3是根據本公開的再一實施例的檢測在啟動時鎖定的轉子情況的方法的框圖。 [0016]圖4是根據本發明的又一實施例的在電力中斷（power disruption)之后抓住 (catch)轉子的方法的框圖。
[0017] 圖5是根據本公開的一些實施例的示例永磁電機組件的框圖。
[0018] 圖6是根據本公開的一個實施例中所利用的龍伯格(Luenberger)觀測器的框圖。
[0019] 圖7A至7D圖示了使用所測量的和所估計的電流中的誤差來的收斂檢測的圖。
[0020] 圖8A至8D圖示了使用所估計的磁通量的收斂檢測的圖。
【具體實施方式】
[0021 ]現在將參照附圖來更全面地描述示例實施例。
[0022] 提供了示例實施例以使得本公開會是透徹的，并且會將范圍傳達給本領域普通技 術人員。陳述了大量具體細節，諸如具體部件、設備和方法的示例，以提供對本公開的實施 例的透徹理解。對于本領域技術人員而言顯然的是，具體細節不是必須利用的、可以以許多 不同形式來實施示例實施例、以及示例實施例不應該被理解為限于本公開的范圍。在一些 示例實施例中，沒有詳細描述眾所周知的處理、眾所周知的設備結構以及眾所周知的技術。
[0023] 此處所使用的術語是僅僅為了描述特定示例實施例的目的的，而并不旨在進行限 制。如此處所使用的，單數形式"一"、"一個"和"這(那)個"可以旨在也包括復數形式，除非 上下文清楚指明了其他情況。術語"包括"、"包含"和"具有"是開放性的，并且因此指出了存 在所述的特征、整數、步驟、操作、元素、部件和/或這些項目的組。此處描述的方法步驟、處 理和操作不應被解釋為需要它們以所討論或者所圖示的特定順序來執行，除非按執行的順 序而將其具體標識。還要理解，可以利用附加的或者可替選的步驟。
[0024] 盡管此處可能使用術語第一、第二、第三等來描述不同元素、部件、區域、層和/或 部分，但是這些元素、部件、區域、層和/或部分不應被理解為被這些術語所限制。這些術語 可以僅僅用來區別一個元素、部件、區域、層或部分與另一個區域、層或部分。諸如"第一"、 "第二"和其他編號術語的術語在此處使用時并不暗示了次序或順序，除非由上下文清楚地 指明。因而，以下所討論的第一元素、部件、區域、層或部分可以在不脫離示例實施例的教導 的情況下稱作第二元素、部件、區域、層或部分。
[0025] 圖1圖示了根據本公開的一個方面的控制永磁電機的方法100。該方法包括在框 102中估計電機的通量以及在框104中確定所估計的通量是否已基本收斂到電機的實際通 量。該方法還包括在框106中響應于確定所估計的通量已基本收斂到實際通量而使用所估 計的通量來控制電機。以這種方式，可以在確定所估計的通量已基本收斂之后立即使用所 估計的通量來控制電機。這可以最小化不使用所估計的通量控制電機(例如，在開環控制模 式中）的時間量。可替選地，可以直到所估計的通量被確定為已基本收斂之后的規定的時間 為止，才使用所估計的通量來控制電機。例如，可以直到在所估計的通量被確定為已基本收 斂之后，過去了預先規定的延遲周期或者滿足了電機的操作條件等等為止，才使用所估計 的通量來控制電機。可以啟動期間和/或在操作電機時的任何其他適當時候使用上述方法。
[0026] 為了本公開的目的，在所估計的通量處于相對于實際通量的、規定的誤差容限之 內時將所估計的通量看作已基本收斂到實際通量，使得可以使用所估計的通量來有效地控 制電機。誤差容限可以規定為常數值(在電機的操作期間可以或者不可以例如響應于電機 的操作條件而變化），規定為統計測量值和/或規定為另外地適合于這些教導的任何給定的 應用。可以以各種方式來確定所估計的通量是否在任何給定的時間處處于規定的誤差容限 之內，以下描述了這些方式的一些示例。在所估計的通量已基本收斂到電機的實際通量時 將轉子看作"找到(found)"。
[0027] 可以使用任何適當的技術(包括現在已知的以及未來的技術)來估計電機的通量。 代表性地，以使用諸如卡爾曼(Kalman)觀測器、龍伯格觀測器等的觀測器(也叫估計器)來 在所選擇的參考系中估計通量(例如磁通量和/或光通量）。所選擇的參考系可以包括:諸如 定子參考系的靜止參考系(例如，兩個相阿爾法貝塔或者三個相ABC的參考系），以及諸如電 參考系、與轉子同步的轉子參考系、與所命令的速度歐米茄_v同步的西塔_v參考系(也稱為 驅動器或命令參考系）、或者以與另一系統參數同步的特定角速度來旋轉的任意參考系的 旋轉參考系。然而，也可以在這些教導的任何給定應用中使用用于估計通量的其他適當的 技術。此外，可以使用電機的所測量的、所估計的或者所要求的相電流和/或相電壓或者(所 測量的、所估計的或所要求的)逆變器總線電壓和/或設備電流來估計通量。
[0028] 相似地，可以利用各種技術來確定所估計的通量是否已基本收斂到電機的實際通 量。例如，可以使用所估計的通量來計算所選擇的參考系中的其他電機操作參數，并且隨后 將其與相同參考系中該操作參數的所測量的值相比較。所估計的和所測量的值之間的差與 所估計的電機的通量和電機的實際通量之間的差有關，并且可以用來確定所估計的通量是 否已基本收斂到實際通量（如果希望的話，也用來校正通量的下一次估計值）。在一些實施 例中，使用所估計的通量來計算相電流并且將其與所測量的相電流進行比較，以確定所估 計的通量是否位于相對于電機的實際通量的、規定的誤差容限之內。可替選地，并且假定電 機的實際通量不能直接測量，可以估計諸如角度或者速度的不同參數并且將其與所測量的 值進行比較，以確定所估計的通量是否位于規定的容限內。
[0029] 可以將電機操作參數的所估計的和所測量的值處理為誤差信號，以確定所估計的 通量是否已基本收斂到實際通量。該處理可以包括針對誤差信號產生統計信息(平均值、方 差、標準差等），并且該處理可以例如由實施諸如遞歸滾動平均值的適當功能的數字濾波器 來執行。在一些實施例中，統計信息用來將計數器遞增和/或遞減，其中在計數器值位于規 定的范圍之內時計數器的值代表所估計的通量的收斂。所應用的計數器規則可以取決于是 否已檢測到收斂、取決于電機的操作狀態以及/或者其他條件。
[0030]可以使用所估計的通量來根據包括例如通量控制和電流控制方案的、所利用的具