專利名稱：永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是永久磁鐵同步電機(jī)，特別涉及的是永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置以及其檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
下面結(jié)合附圖對(duì)現(xiàn)有技術(shù)永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置連接框圖。
現(xiàn)有技術(shù)永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置如圖1所示，包括輸出啟動(dòng)永久磁鐵同步電機(jī)20三相電壓Va、Vb、Vc的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置10；檢測(cè)永久磁鐵同步電機(jī)20轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)裝置30；根據(jù)檢測(cè)裝置30檢測(cè)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)輸出永久磁鐵同步電機(jī)20啟動(dòng)控制信號(hào)的微電腦40。
下面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)永久磁鐵同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。
如圖1所示，電機(jī)啟動(dòng)裝置10根據(jù)微電腦40的控制信號(hào)輸出三相電壓Va、Vb、Vc，由此啟動(dòng)永久磁鐵同步電機(jī)20；永久磁鐵同步電機(jī)的內(nèi)部設(shè)置有永久磁鐵，使相勵(lì)磁(圖中未示)與轉(zhuǎn)子的位置同步，進(jìn)行磁化；為了準(zhǔn)確的磁化相勵(lì)磁，需要檢測(cè)相關(guān)永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置；檢測(cè)裝置30根據(jù)永久磁鐵同步電機(jī)20的啟動(dòng)，檢測(cè)永久磁鐵同步電機(jī)(PMSM)轉(zhuǎn)子的位置。
微電腦40接收檢測(cè)裝置30檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)控制其啟動(dòng)裝置10，以使其驅(qū)動(dòng)永久磁鐵同步電機(jī)20。
但是現(xiàn)有技術(shù)永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置具存在如下問(wèn)題。
首先，為了檢測(cè)永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，需要設(shè)置檢測(cè)裝置，比如孔傳感器、譯碼器，這樣必然增加電機(jī)相關(guān)的生產(chǎn)費(fèi)用，提高生產(chǎn)成本。
其次，將對(duì)于環(huán)境比較敏感的檢測(cè)裝置設(shè)置在永久磁鐵同步電機(jī)上，由此縮小了電機(jī)產(chǎn)品的適用范圍，而且會(huì)降低產(chǎn)品的品質(zhì)。
最后，如果在永久磁鐵同步電機(jī)上設(shè)置了檢測(cè)裝置，就要在產(chǎn)品的內(nèi)部預(yù)留一定的空間，上述電機(jī)不適用于其他產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，提供一種無(wú)需設(shè)置附加回路就可以檢測(cè)永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置，包括當(dāng)輸入某種信號(hào)時(shí)，輸出啟動(dòng)永久磁鐵同步電機(jī)的三相電壓Va、Vb、Vc的電機(jī)啟動(dòng)裝置；檢測(cè)出電機(jī)啟動(dòng)裝置輸出的三相電壓Va、Vb、Vc及相應(yīng)的三相電流ia、ib、ic，并能夠以所檢測(cè)的三相電壓Va、Vb、Vc和三相電流ia、ib、ic為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算得出永久磁鐵同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置情報(bào)，并根據(jù)得到的轉(zhuǎn)子位置情報(bào)給電機(jī)啟動(dòng)裝置輸出永久磁鐵同步電機(jī)的啟動(dòng)控制信號(hào)的控制器。
所述永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)方法，包括如下階段檢測(cè)相加于永久磁鐵同步電機(jī)的三相電壓Va、Vb、Vc以及相應(yīng)的三相電流ia、ib、ic的階段；對(duì)于所檢測(cè)出的三相電壓進(jìn)行換算，導(dǎo)出二相電壓Vα、Vβ，并依據(jù)疊加原理分離所述各電壓的電壓源，做出永久磁鐵同步電機(jī)的定子電流iαriβr方程式的階段；對(duì)于所檢測(cè)的三相電流ia、ib、ic進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出二相電流iα，iβ，根據(jù)算出的二相電流和定子電流方程式，豎立永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流iαriβr方程式的階段；以所述轉(zhuǎn)子電流方程式為基礎(chǔ)，運(yùn)算出永久磁鐵同步電機(jī)的逆電流eα，eβ，得出轉(zhuǎn)子的位置情報(bào)θe，并根據(jù)得出的轉(zhuǎn)子位置情報(bào)，輸出一定的信號(hào)，由此使永久磁鐵同步電機(jī)啟動(dòng)的階段。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置以及方法具有如下的效果首先，不需要設(shè)置檢測(cè)永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的回路，因此減少了產(chǎn)品的生產(chǎn)費(fèi)用。
其次，永久磁鐵同步電機(jī)在任何使用環(huán)境下，都可以正確檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，啟動(dòng)電機(jī)。
最后，采用了簡(jiǎn)單的位置檢測(cè)方法，檢測(cè)各個(gè)產(chǎn)品中設(shè)有的永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置，增加產(chǎn)品的效率。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)永久磁鐵同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置連接框圖；圖2是本發(fā)明永久磁鐵同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置連接框圖；圖3是本發(fā)明永久磁鐵同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法流程圖；圖4是本發(fā)明永久磁鐵同步電機(jī)的等價(jià)回路圖；圖5a、圖5b是圖4中的永久磁鐵同步電機(jī)等價(jià)回路α-β軸上的等價(jià)回路圖；圖6a、圖6b是圖5a的等價(jià)回路中分離出的電壓源圖；圖7a、圖7b是圖5b中的等價(jià)回路中分離出的電壓源圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)永久磁鐵同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置連接框圖；圖2是本發(fā)明永久磁鐵同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置連接框圖；圖3是本發(fā)明永久磁鐵同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法流程圖；圖4是本發(fā)明永久磁鐵同步電機(jī)的等價(jià)回路圖；圖5a、圖5b是圖4中的永久磁鐵同步電機(jī)等價(jià)回路α-β軸上的等價(jià)回路圖；圖6a、圖6b是圖5a的等價(jià)回路中分離出的電壓源圖；圖7a、圖7b是圖5b中的等價(jià)回路中分離出的電壓源圖。
本發(fā)明永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置如圖2所示，永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子檢測(cè)裝置包括當(dāng)輸入某種信號(hào)時(shí)，輸出啟動(dòng)永久磁鐵同步電機(jī)三相電壓Va、Vb、Vc的電機(jī)啟動(dòng)裝置100；檢測(cè)出電機(jī)啟動(dòng)裝置100輸出的三相電壓Va、Vb、Vc以及相應(yīng)的三相電流ia、ib、ic，并能夠以所檢測(cè)的三相電壓Va、Vb、Vc和三相電流ia、ib、ic為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算得出永久磁鐵同步電機(jī)200轉(zhuǎn)子位置信息，并根據(jù)得到的轉(zhuǎn)子位置信息給電機(jī)啟動(dòng)裝置100輸出永久磁鐵同步電機(jī)200的啟動(dòng)控制信號(hào)的控制器300。
下面結(jié)合附圖3對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
首先，控制器300檢測(cè)相加于電機(jī)200，即永久磁鐵同步電機(jī)(PermanentMagnet Synchronous electric Motor，以下簡(jiǎn)稱PMSM)的三相電壓Va、Vb、Vc及相應(yīng)的三相電流ia、ib、ic的階段S100。
在這里，所述檢測(cè)的三相電壓是利用圖4中的PMSM等價(jià)回路為基礎(chǔ)運(yùn)算，具有如下結(jié)果。
公式中Va、Vb、Vc分別是相加于永久磁鐵同步電機(jī)200的各三相a、b、c上的電壓，ia、ib、ic是對(duì)應(yīng)所述三相電壓的電流。
如圖4所示，公式中Ra、Rb、Rc表示三相線圈的電阻；ea、eb、ec表示三相a、b、c線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)速度電動(dòng)勢(shì)；Laa、Lbb、Lcc表示三相線圈的自身電感。而Mab、Mac、Mba、Mbc、Mca、Mcb則表示三相線圈相互之間的共同電感。
磁場(chǎng)電感Laa、Lbb、Lcc表示永久磁鐵同步電機(jī)的泄漏感應(yīng)系數(shù)I和各個(gè)相互電感M的和。
比如，所述電感Laa是l+(Mab+Mac)，其中(Mab+Mac)是(M/2+M/2)，因此Laa是(l+M)。
結(jié)果，所述永久磁鐵同步電機(jī)200的各相a、b、c上的電壓，即三相電壓Va、Vb、Vc如數(shù)學(xué)式1所示，依據(jù)電流，速度電動(dòng)勢(shì)，電阻，自身電感以及共同電感之間的相互關(guān)系算出。
圖4中的三相軸磁場(chǎng)，永久磁鐵同步電機(jī)的定子磁場(chǎng)感應(yīng)線，可以利用相互之間形成120°角的Ra的磁場(chǎng)感應(yīng)線替代。
在表現(xiàn)永久磁鐵同步電機(jī)的圓形轉(zhuǎn)子特性時(shí)，各個(gè)定子相位磁場(chǎng)感應(yīng)線的磁場(chǎng)電感Laa、Lbb、Lcc，依存于泄漏磁束鏈接數(shù)的組合，所述磁束鏈接數(shù)同等的共用定子相位，而所述共用電感(Mab，Mac，Mba，Mbc，Mca，Mcb)與轉(zhuǎn)子的位置相互獨(dú)立。
由此，數(shù)學(xué)式1定義的三相電壓Va、Vb、Vc由數(shù)學(xué)式2運(yùn)算出。
公式中P是數(shù)學(xué)式1中使用的 的微分，L表示 數(shù)學(xué)式2中的三相電壓方程進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算出α、β軸的二相電壓Vα、Vβ階段S110。
上述三相電壓進(jìn)行坐標(biāo)變換后算出的二相電壓Vα、Vβ由下面的數(shù)學(xué)式3定義。
VαVβ=-Ra+pL00-Ra+pLiαiβ+1Leαeβ]]>上述eα、eβ表示逆電動(dòng)勢(shì)，所述三相電壓以及二相電壓和所述三相電流及二相電流由數(shù)學(xué)式4定義。
Vα=23(Va-Vb2-Vc2)]]>Vβ=Vb-Vc2]]>iα=23(ia-ib2-ic2)]]>iβ=ib-ic2]]>數(shù)學(xué)式3中定義的二相電壓Vα、Vβ，以疊加原理為依據(jù)，分離出各個(gè)電壓源，樹立永久磁鐵同步電機(jī)200的定子電流方程式的階段S120(iαs，iβs)。
結(jié)合圖5a以及圖5b；圖6a以及圖6b；圖7a以及圖7b說(shuō)明以疊加原理算出的二相電壓Vα、Vβ的運(yùn)算處理過(guò)程，此時(shí)將所述算出的二相電壓Vα、Vβ利用圖5a以及圖5b中的等價(jià)回路表示。
利用疊加原理從圖5a中表示出的以Vα及eα為電壓源的等價(jià)回路中分離出兩個(gè)電壓源Vα以及eα，如圖6a以及圖6b所示。
如圖6a所示，以Vα為電壓源的等價(jià)回路表示α軸的永久磁鐵同步電機(jī)的定子電流成分iαs；如圖6b所示而以eα為電壓源的等價(jià)回路表示α軸的永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流成分iαr。
上述以圖6a及圖6b的等價(jià)回路為依據(jù)的各個(gè)電壓源Vα及eα的方程式為數(shù)學(xué)式5。
Vα=RaSiαs+Lddtiαs]]>eα=RaSiαr+Lddtiαr]]>將數(shù)學(xué)式5中的Vα以iαs為基準(zhǔn)，將eα以iαr為基準(zhǔn)進(jìn)行整理，結(jié)果為數(shù)學(xué)式6。
ddtiαs=-RaLiαs+1LVα]]>ddtiαr=-RaLiαr+1Leα]]>如圖5b所示，將以Vβ及eβ為電壓源的等價(jià)回路利用疊加原理分離出所述兩個(gè)電壓源Vβ以及eβ時(shí)，如圖7a以及7b所示。
如圖7a所示，以Vβ為電壓源的等價(jià)回路表示為依據(jù)β軸的永久磁鐵同步電機(jī)的定子電流iβs成分。如圖7b所示以eβ為電壓源的等價(jià)回路表示為依據(jù)β軸的永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流iβr成分。
依據(jù)圖7a及圖7b的等價(jià)回路，各個(gè)電壓源Vβ以及eβ的方程式為數(shù)學(xué)式7所示。
Vβ=RaSiβs+Lddtiβs]]>eβ=RaSiβr+Lddtiβr]]>將數(shù)學(xué)式7中的Vβ以iβs為基準(zhǔn)，將eβ以iβr為基準(zhǔn)進(jìn)行整理，結(jié)果為數(shù)學(xué)式8。
ddtiβs=-RaLiβs+1LVβ]]>ddtiβr=-RaLiβr+1Leβ]]>
利用數(shù)學(xué)式6以及8，整理α-β軸的永久磁鐵同步電機(jī)定子電流(iαs，iβs)以及轉(zhuǎn)子電流(iαr，iβr)時(shí)，結(jié)果為數(shù)學(xué)式9及10。
永久磁鐵同步電機(jī)的定子電流，如數(shù)學(xué)式9所示，表示為二相電壓Vα、Vβ項(xiàng)[數(shù)學(xué)式10] 永久磁鐵同步電機(jī)轉(zhuǎn)子電流(iβriαr)如數(shù)學(xué)式10中定義，可以表示為逆電動(dòng)勢(shì)(eα，eβ)相。
對(duì)數(shù)學(xué)式9定義的永久磁鐵同步電機(jī)定子電流(iαs，iβs)進(jìn)行運(yùn)算處理后，得出如數(shù)學(xué)式11定義的定子電流方程式(iαsiβs)。
iαs=VαR(1-e-RLt)+i(0)e-RLt]]>iβs=VβR(1-e-RLt)+i(0)e-RLt]]>上述控制器300檢測(cè)出相加于永久磁鐵同步電機(jī)200三相電壓Va、Vb、Vc，由此可以得出三相電壓值，根據(jù)數(shù)學(xué)式4的定義可以知道所述Vα、Vβ二相電壓。
由于永久磁鐵同步電機(jī)的變量，電阻R以及電感L都可以知道，因此根據(jù)數(shù)學(xué)式11算出永久磁鐵同步電機(jī)的定子電流(iαsiβs)。
利用所檢測(cè)出的三相電流ia、ib、ic，帶入數(shù)學(xué)式4中得出二相電流(iα，iβ)階段S130。
利用所算出的二相電流(iα，iβ)和定子電流(iαsiβs)的差值，建立永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流(iαsiβs)方程階段S140。
即，三相電流是已知的，利用數(shù)學(xué)式4可以得出二相電流，由此經(jīng)過(guò)運(yùn)算得出的轉(zhuǎn)子二相電流方程式(iαriβr)如數(shù)學(xué)式12。
iαr=eαR(1-e-RLt)+i(0)e-RLt]]>iβr=eβR(1-e-RLt)+i(0)e-RLt]]>數(shù)學(xué)式12中定義的轉(zhuǎn)子方程式(iαriβr)可以定義為如下的數(shù)學(xué)式13。
iαr(n)2eα(n)R(1-e-RL(XT))+iαr(n-1)e-RL(XT)]]>iβr(n)2eβ(n)R(1-e-RL(XT))+iβr(n-1)e-RL(XT)]]>將數(shù)學(xué)式13中的 定義為KT對(duì)于逆電動(dòng)勢(shì)(eα(n)，eβ(n))整理數(shù)學(xué)式13后，得出數(shù)學(xué)式14的逆電動(dòng)勢(shì)。
eα(n)=-R1-KT[iαr(n)-KTiαr(n-1)]]]>eβ=R1-KT[iβr(n)-KTiβr(n-1)]]]>對(duì)于數(shù)學(xué)式14算出的逆電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行運(yùn)算處理，得出永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置情報(bào)(θe)階段S160。
所述逆電動(dòng)勢(shì)(eα，eβ)和轉(zhuǎn)子位置情報(bào)(θe)之間具有為數(shù)學(xué)式15的關(guān)系。
eα=-32ωeλmsin(θe)]]>eβ=32ωeλmcos(θe)]]>
對(duì)于逆電動(dòng)勢(shì)(eα，eβ)進(jìn)行分割運(yùn)算處理得到數(shù)學(xué)式16定義的轉(zhuǎn)子位置情報(bào)(θe)。
θe=tan-1(eαeβ)]]>所述逆電動(dòng)勢(shì)(eα，eβ)值可以利用數(shù)學(xué)式14算出，通過(guò)數(shù)學(xué)式16則可得出轉(zhuǎn)子位置情報(bào)(θe)。
控制器300根據(jù)所得出的轉(zhuǎn)子位置情報(bào)(θe)，給電機(jī)啟動(dòng)裝置100發(fā)出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)永久磁鐵同步電機(jī)階段S170。
所述電機(jī)啟動(dòng)裝置100根據(jù)控制器300的控制信號(hào)輸出啟動(dòng)永久磁鐵同步電機(jī)200的三相電壓Va、Vb、Vc。
權(quán)利要求
1.一種永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置，其特征是該位置檢測(cè)裝置包括當(dāng)輸入某種信號(hào)時(shí)，輸出啟動(dòng)永久磁鐵同步電機(jī)的三相電壓(Va、Vb、Vc)的電機(jī)啟動(dòng)裝置(100)；檢測(cè)出電機(jī)啟動(dòng)裝置(100)輸出的三相電壓(Va、Vb、Vc)及相應(yīng)的三相電流(ia、ib、ic)，并能夠以所檢測(cè)的三相電壓(Va、Vb、Vc)和三相電流(ia、ib、ic)為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算得出永久磁鐵同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置情報(bào)，并根據(jù)得到的轉(zhuǎn)子位置情報(bào)給電機(jī)啟動(dòng)裝置(100)輸出永久磁鐵同步電機(jī)(200)的啟動(dòng)控制信號(hào)的控制器(300)。
2.一種權(quán)利要求1中所述的永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)方法，其特征是該檢測(cè)方法包括如下階段檢測(cè)相加于永久磁鐵同步電機(jī)(200)的三相電壓(Va、Vb、Vc)以及相應(yīng)的三相電流(ia、ib、ic)的階段；對(duì)于所檢測(cè)出的三相電壓進(jìn)行換算，導(dǎo)出二相電壓(Vα、Vβ)，并依據(jù)疊加原理分離所述各電壓的電壓源，做出永久磁鐵同步電機(jī)(200)的定子電流(iαs，iβs)方程式的階段；對(duì)于所檢測(cè)的三相電流(ia、ib、ic)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出二相電流(iα，iβ)，根據(jù)算出的二相電流和定子電流方程式，豎立永久磁鐵同步電機(jī)(200)的轉(zhuǎn)子電流(iαriβr)方程式的階段；以所述轉(zhuǎn)子電流方程式為基礎(chǔ)，運(yùn)算出永久磁鐵同步電機(jī)的逆電流(eα，eβ)，得出轉(zhuǎn)子的位置情報(bào)(θe)，并根據(jù)得出的轉(zhuǎn)子位置情報(bào)，輸出一定的信號(hào)，由此使永久磁鐵同步電機(jī)啟動(dòng)的階段。
全文摘要
本發(fā)明公開一種永久磁鐵同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法，其裝置包括輸出啟動(dòng)永久磁鐵同步電機(jī)的三相電壓的電機(jī)啟動(dòng)裝置；檢測(cè)出的三相電壓及三相電流，經(jīng)過(guò)運(yùn)算得轉(zhuǎn)子位置情報(bào)，根據(jù)情報(bào)給電機(jī)啟動(dòng)裝置輸出啟動(dòng)控制信號(hào)的控制器。其方法包括如下階段檢測(cè)相加三相電壓及相應(yīng)的三相電流階段；依據(jù)疊加原理分離做出定子電流方程式的階段；計(jì)算出二相電流i
文檔編號(hào)H02P6/14GK1767359SQ20041007242
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月27日
發(fā)明者白承冕, 鄭太旭, 金打雄 申請(qǐng)人:樂(lè)金電子(天津)電器有限公司