用于降低电动机中扭矩波动的系统的制作方法
【专利摘要】提供了一种电动机控制系统。所述电动机控制系统包括电动机、位置传感器、电流传感器和控制模块。所述电动机具有转子和定子。所述电动机基于施加到所述电动机的相电流来生成输出扭矩。由所述电动机生成的输出扭矩形成在预定范围内的扭矩波动。所述位置传感器监测所述电动机来确定转子位置。所述电流传感器监测所述电动机来确定所述相电流。所述控制模块与所述电动机、所述位置传感器和所述电流传感器通信。所述控制模块包括查询表，所述查询表存储相电流命令的值。所述控制模块基于所述转子位置和所述相电流来确定来自所述查询表的相电流命令。
【专利说明】用于降低电动机中扭矩波动的系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于电动机的控制系统，更具体涉及一种用于施加相电流到电动机的控制系统。
【背景技术】
[0002]开关式磁阻电动机(SRM)是一种将磁阻扭矩转化成机械功率的类型的电动机。SRM相对地能耐受故障(例如，在短路故障时没有堵转扭矩并且在逆变电路中没有直通故障)。SRM不包括磁体，并且因此不产生齿槽扭矩(齿槽扭矩是由转子的永磁体与定子的槽之间的相互作用形成的)。此外，SRM还具有相对高的运行温度、集中的电动机绕组和相对简单和坚固的结构。然而，SRM还产生相对高的扭矩波动以及可听见的噪声。扭矩波动通常限定为在SRM输出轴的输出扭矩上的周期性增加或降低。
[0003]电动转向(EPS)应用中采用的电动机通常需要产生相对低的扭矩波动和低的可听见的噪声。因此，由SRM产生的扭矩波动和可听见的噪声可能需要在用于EPS应用之前降低。
【发明内容】
[0004]在一个实施方式中，提供了一种电动机控制系统。所述电动机控制系统包括电动机、位置传感器、电流传感器和控制模块。所述电动机具有转子和定子。所述电动机基于施加到电动机的相电流来生成输出扭矩。由电动机生成的所述输出扭矩形成在预定范围内的扭矩波动。所述位置传感器监测所述电动机来确定转子位置。所述电流传感器监测所述电动机来确定所述相电流。所述控制模块与所述电动机、所述位置传感器和所述电流传感器通信。所述控制模块包括查询表，所述查询表存储相电流命令的值。所述相电流命令配置成用于通过所述电动机生成在所述预定范围内的扭矩波动。所述控制模块基于所述转子位置和所述相电流来确定来自所述查询表的相电流命令。所述相电流命令指示施加到所述电动机的相电流。所述控制模块基于所述相电流命令发送控制信号到所述电动机以便生成所述输出扭矩。
[0005]在另一个实施方式中，提供了一种控制电动机的方法，其中所述电动机基于施加到所述电动机的相电流来生成输出扭矩。所述方法包括确定所述电动机的转子位置。所述方法包括施加到所述电动机的相电流。所述方法包括通过控制模块基于所述转子位置和所述相电流来确定来自查询表的相电流命令。所述相电流命令配置成用于通过所述电动机生成在所述预定范围内的扭矩波动。所述查询表存储相电流命令的值。所述方法包括基于所述相电流命令来发送控制信号到所述电动机。所述方法包括由所述电动机生成所述输出扭矩，所述输出扭矩形成在预定范围内的扭矩波动。
[0006]在又一个实施方式中，提供了一种电动机控制系统，所述电动机控制系统具有电动机、位置传感器和控制模块。所述电动机具有转子和定子。所述电动机基于施加到所述电动机的扭矩命令信号来生成输出扭矩。所述位置传感器监测所述电动机以便确定所述电动机的转子位置。所述控制模块与所述电动机和所述位置传感器通信。所述控制模块接收所述转子位置和所述扭矩命令信号来作为输入。所述扭矩命令信号是基于瞬时参考电流的。所述控制模块发送所述扭矩命令信号到所述电动机。由所述电动机生成的所述输出扭矩形成在预定范围内的扭矩波动。
[0007]根据下面结合附图的描述，这些以及其他优点和特征将变得更清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]被认为是本发明的主题物被特别地指出并且在详细说明结尾处的权利要求书中清楚地要求保护。本发明的前述以及其他特征和优点将通过下面结合附图进行的详细描述而变得显而易见，其中:
图1是根据本发明的示例性实施方式的电动机的横截面视图；
图2是图表，示出了由根据本发明的另一个示例性实施方式的图1所示的电动机形成的示例性扭矩-电流-角度特性(还标示为T-1- Θ )；
图3是示例性方框图，示出了根据本发明的又一个示例性实施方式的电动机的控制系统；
图4是根据本发明的另一个示例性实施方式的用于图1所示的电动机的一组理想电流曲线曲线的图示；
图5是根据本发明的又一个示例性实施方式的在图5所示的理想电流曲线中的一个以及调节曲线的图示；
图6是根据本发明的另一个示例性实施方式的最终曲线以及图5所示的调节曲线的图示；
图7是根据本发明的又一个示例性实施方式的测试装置的示例性方框图；
图8是根据本发明的另一个示例性实施方式的用于图3所示的电动机的换相次序的示例性图示；以及
图9是根据本发明的又一个示例性实施方式的图3所示的控制模块的备选实施方式的图示。
【具体实施方式】
[0009]现参阅附图，在图中将参阅【具体实施方式】描述而非限制本发明，图1是电动机10的横截面视图。在一个不例性实施方式中，电动机10可以是开关式磁阻电动机(SRM)。然而，应当理解的是，还可以使用如下的任何类型的电动机:由电动机产生的输出扭矩直接相关于供应到所述电动机的电流的各个相。在一种方法中，电动机10可用于电动转向(EPS)系统中，然而，应当理解的是，电动机10还可用于各种其他应用。电动机10包括定子20和转子22。
[0010]定子20包括定子外周边或边缘24以及多个向内延伸的定子极靴30。每个定子极靴30都包括大体上对置的侧面32以及定子极靴宽度34。在一个实施方式中，定子极靴30的侧面32可以朝向电动机10的中心轴线A-A向内取向或成锥形。定子极靴宽度34通过定子极靴30中的一个的最内侧边缘36测量，其中所述最内侧边缘36代表定子极靴30的定位或取向成最接近于中心轴线A-A的表面。定子20还包括定子轭铁厚度40。定子轭铁厚度40是在定子外边缘24与槽38之间测量的，所述槽38定位在定子极靴30的两个之间。
[0011]转子22被容纳在定子20的孔口 42内，并且包括多个向外延伸的极靴50、转子外半径52和转子内半径54。转子外半径52和转子内半径54都是相对于电动机10的中心轴线A-A测量的。转子极靴50中的每个都包括大体上与侧面57对置的转子极靴宽度56以及最外侧边缘58。最外侧边缘58代表转子极靴50的定位或者取向成距离中心轴线A-A最远的表面。转子外半径52是通过转子极靴50中的一个的最外侧边缘58测量的。转子内半径54是沿着槽60测量的,所述槽60定位在转子极靴50的两个之间。转子极靴宽度56是通过转子极靴50中的一个的最外侧边缘58测量的。
[0012]图2是示出了由图1所示的电动机10形成的示例性扭矩-电流-角度特性(还标示为T-1- Θ )的图表。所述扭矩-电流-角度特性可以在电动机10的参数扫描期间确定，其中y轴线代表由电动机10产生的扭矩(以Nm为单位测量)并且x轴线代表电动机10的转子位置(以度为单位测量)。图表示出了多个曲线P1-P8，其中每个曲线都代表供应到电动机10的单个相的固定量的电流。电动机10的参数扫描是通过反复调节供应到电动机10的固定电流的量来执行的，而电动机10的其他运行参数是恒定的。应当指出的是，图2所示的示例性扭矩-电流-角度特性不考虑由供应到电动机10的其他电流相产生的互相耦合影响。应当指出的是，扭矩-电流-角度特性用于确定最终电流曲线120，所述最终电流曲线120在图6中示出，并且在下面更详细地描述。
[0013]现参阅图1-2，电动机10的各种尺寸可以选定为使得在参数扫描期间，电动机10产生扭矩曲线P1-P8，所述扭矩曲线P1-P8每个都相对于X轴线(例如，代表转子位置的轴线)大体上对称。电动机10的各种尺寸还可以选定为使得每个曲线P1-P8的扭矩产生部分46相对于Y轴线大体上是平的。例如,在一个实施方式中，扭矩曲线P1-P8中的每个的扭矩产生部分46是大体上平的并且相对于I轴线的改变不大于+/-10个百分点。在图2所示的实施方式中，扭矩曲线P1-P8中的每个的扭矩产生部分46相对于X轴线从大约九十度到大约二百七十度变动(例如，扭矩曲线P1-P8中的每个的扭矩产生部分46都具有相对于X轴线大约180度的跨度)。在一个实施方式中，可被选定为产生扭矩曲线P1-P8的电动机10的各种尺寸包括，例如，定子极靴宽度34、定子轭铁厚度40、转子外半径52、转子内半径54和转子极靴宽度56。
[0014]图3是示出了电动机10的控制系统70的方框图。控制系统70包括电动机10、位置传感器72、电流传感器74、控制模块76和功率转换器78。位置传感器72可用于确定电动机10(图1)的转子22的位置或电角度位置。在一个示例性实施方式中，位置传感器72可以是生成转子位置信号80的轴角度转换器，所述转子位置信号80代表转子22 (图1)的位置。电流传感器74检测施加到电动机10的线圈绕组(未示出)的相电流，并且生成施加到电动机10的相电流的相电流信号82。
[0015]控制模块76基于转子位置信号80和相电流信号82通过功率转换器78来控制电动机10的运行。在各种实施方式中,控制模块76可包括一个或多个子模块和数据存储器。如在此使用的，术语“模块”和“子模块”涉及专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器，或者提供期望的功能的组合逻辑电路。
[0016]控制模块76从位置传感器72接收转子位置信号80以及从电流传感器74接收电流信号82作为输入。控制模块76与功率转换器78通信。控制模块76生成发送到功率转换器78的扭矩命令信号88。扭矩命令信号88基于转子位置信号80和电流信号82。功率转换器78联接到功率供应90，并且响应于从控制模块76接收到的扭矩命令信号88而施加相电流到电动机10的定子绕组(未示出)。在一个示例性实施方式中，电动机10可以是三相电动机，其中电流以如A相、B相和C相的相而施加。电动机10基于由功率转换器78施加的相电流来生成扭矩输出T。
[0017]在如图3所示的实施方式中，控制模块76包括查询表84。查询表84存储相电流命令的值。控制模块76基于转子位置信号80和电流信号82确定来自查询表84的具体相电流命令。控制模块76可以随后将来自查询表84的电流命令值转化或变换成扭矩命令信号88，所述扭矩命令信号88发送到功率转换器78。在一个实施方式中，已经凭经验确定了存储在查询表84中的电流命令值，使得在电动机10的运行期间，由电动机10生成的扭矩输出T大体上没有扭矩波动。扭矩波动可以限定为最大扭矩Tmax与最小扭矩Tmin之间的差值与在具体时段期间的平均扭矩Tavg之比的百分数，并且可由公式I计算:
(Tmax-Tmin/Tavg) X 100=扭矩波动公式 I。
[0018]大体上没有扭矩波动可以限定为在预定范围内的扭矩波动的量。例如，在一个实施方式中，大体上没有扭矩波动可以限定为不超过大约百分之二的扭矩波动。然而，应当理解的是，扭矩波动的量可以基于电动机10的具体需求而改变。在另一种方法中，大体上没有扭矩波动可以是大约百分之零。
[0019]在一个实施方式中，存储在查询表84中的电流命令值可以通过图4-7中描述的方法来确定。现在转至图4，示出了电动机10(图3)的对于单相电流(例如，图3所示的A相、B相或C相中的任一个)的一组理想电流曲线100A-100N。当供应到电动机10(图3)的时候，每个理想电流曲线100A-100N都生成具体量的扭矩。随着供应到电动机10的电流的量的增加，由电动机10产生的扭矩的量也增加。基于电动机10的转子位置，理想电流曲线100A-100N每个都包括第一运行区域Θ 1、第二运行区域Θ 2和第三运行区域Θ3。每个理想电流曲线100A-100N还包括在第一运行区域Θ I (它在图4中被标示为SI)和第三运行区域Θ 3(它在图4中被标示为S3)中的倾斜或成角度曲线以及在第二运行区域Θ 2中的大体上水平的曲线。第二运行区域Θ 2中由电动机10生成的扭矩是大体上恒定的。
[0020]第一运行区域Θ I的斜度SI和第三运行区域Θ 3的斜度S3是基于电动机10的具体扭矩-速度特性的。在一个实施方式中，第一运行区域Θ I的成角度的曲线的斜度SI以及第三运行区域Θ 3的斜度S3 二者都可以是的电动机10的最大运行速度(电动机10的最大速度基于具体理想电流曲线100A-100N改变)、电动机10的相感应系数和电动机10的施加电压的函数，并且可以通过如下的公式2表达:
【权利要求】
1.一种电动机控制系统,包括: 具有转子和定子的电动机，所述电动机配置成用于基于施加到所述电动机的相电流来生成输出扭矩，所述输出扭矩形成在预定范围内的扭矩波动； 位置传感器，所述位置传感器用于监测所述电动机来确定转子位置； 电流传感器，所述电流传感器用于监测所述电动机来确定所述相电流； 控制模块，所述控制模块与所述电动机、所述位置传感器和所述电流传感器通信，所述控制模块包括查询表，所述查询表存储施加到所述电动机的相电流命令的值，所述相电流命令配置成用于通过所述电动机生成在所述预定范围内的扭矩波动，所述控制模块配置成用于: 基于所述转子位置和所述相电流确定来自所述查询表的具体相电流命令，所述相电流命令指示施加到所述电动机的相电流；以及 发送控制信号到所述电动机以生成所述输出扭矩，所述控制信号是基于所述具体相电流命令的。
2.如权利要求1所述的电动机控制系统，其中，存储在所述查询表中的相电流命令是基于具体量的电流的，所述具体量的电流在所述电动机的具体转子位置处被供应到所述电动机以生成需要量的扭矩。
3.如权利要求2所述的电动机控制系统，其中，供应到所述电动机来生成所述需要量的扭矩的具体量的电 流由调节电流曲线表示。
4.如权利要求3所述的电动机控制系统，其中，通过考虑在电动机的换相期间产生的互相耦合影响将所述调节电流曲线修改成最终电流曲线。
5.如权利要求4所述的电动机控制系统，其中，所述最终电流曲线存储在所述查询表中，并且所述相电流命令是基于所述最终电流曲线的。
6.如权利要求1所述的电动机控制系统，其中，所述扭矩波动是在最大扭矩输出与最小扭矩输出之间的差值与在具体时段期间的电动机平均扭矩输出之比的百分数。
7.如权利要求1所述的电流控制系统，其中，所述扭矩波动的预定范围不超过大约百分之二。
8.如权利要求1所述的电动机控制系统，其中，所述电动机是三相电动机。
9.如权利要求1所述的电动机控制系统，其中，所述电动机是开关式磁阻电动机(SRM)。
10.一种控制电动机的方法，所述方法包括: 确定所述电动机的转子位置； 确定施加到所述电动机的相电流； 确定具体相电流命令，并且其中所述相电流命令配置成用于由所述电动机生成在预定范围内的扭矩波动； 基于所述具体相电流命令发送控制信号到所述电动机；以及 通过所述电动机生成输出扭矩，所述输出扭矩形成在预定范围内的扭矩波动。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述相电流命令存储在查询表中并且是基于具体量的电流的，所述具体量的电流在所述电动机的具体转子位置处被供应到所述电动机以生成需要量的扭矩。
12.如权利要求11所述的方法，其中，供应到所述电动机来生成所述需要量的扭矩的具体量的电流由调节电流曲线表示。
13.如权利要求12所述的方法，其中，通过考虑在电动机的换相期间产生的互相耦合影响将所述调节电流曲线修改成最终电流曲线。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述最终电流曲线存储在所述查询表中，并且所述相电流命令是基于所述最终电流曲线的。
15.—种电动机控制系统,包括: 具有转子和定子的电动机，所述电动机基于施加到所述电动机的扭矩命令信号来生成输出扭矩，生成的所述输出扭矩形成在预定范围内的扭矩波动； 位置传感器，所述位置传感器用于监测所述电动机以确定所述电动机的转子位置； 控制模块，所述控制模块与所述电动机和所述位置传感器通信，所述控制模块配置成用于: 接收所述转子位置和所述扭矩命令信号来作为输入，所述扭矩命令信号基于瞬时参考电流；以及 发送所述扭矩命令信号到所述电动机； 其中，基于所述转 子位置和所述扭矩命令信号而确定瞬时参考电流使用了傅里叶级数分析，并且被表达为:
其中，i是瞬时参考电流、T是扭矩命令信号、是转子位置信号、η是谐波的数量、an是第一傅里叶系数、bn是第二傅里叶系数、并且ω。是基础频率。
【文档编号】H02P25/08GK104052345SQ201410089681
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2013年3月11日
【发明者】R.米凯尔, M.S.伊斯拉姆, Y.索泽尔, I.侯赛因 申请人:操纵技术Ip控股公司