用于永磁电机的无传感器丢失/找到的转子检测的制作方法
【专利说明】
[00011 本发明申请是申请日期为2009年9月30日、申请号为"200980162543.0"、发明名称 为"用于永磁电机的无传感器丢失/找到的转子检测"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本公开涉及永磁电机中对转子位置和/速度的无传感器检测，包括在转子丢失或 找到时出于控制电机目的的检测。
【背景技术】
[0003] 本节提供了与本公开相关的背景信息，这不一定是现有技术。
[0004] 永磁电机典型地包括定子和在定子内或者定子周围转动的转子。转子的速度和角 位置通常用来生成用于电机的控制信号。传统上，转子的速度和角位置是经由一个或多个 转子位置传感器来确定。最近，开发了各种技术并将其用来无传感器地确定转子的速度和 角位置（即，不直接地测量转子速度和角位置）。例如，可以估计电机的通量并将其用来估计 转子速度和/或位置。然而，在启动这些电机时不使用所估计的通量。相反，不依赖于所估计 的通量来控制电机，直到经过了规定的时间段为止，或者直到电机达到了规定的速度、扭矩 输出等为止。在那时，假定通量的估计值足够精确，并且电机控制开始使用所估计的通量来 控制电机。
[0005] 在某个时间段之后，并且有可能是由于外部因素，在现有技术的控制器中的通量 估计值会变得不可靠。在该情况中，转子位置和速度估计值变得不可靠，导致驱动器跳闸 (tripping)或者有问题的震荡。
【发明内容】
[0006] 本节提供了对本公开的一般总结，并且不是对其完整范围或者其全部特征的详尽 公开。
[0007] 根据本公开的一个方面，公开了一种控制永磁电机的方法。该方法包括:估计电机 的通量;确定所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通量；以及响应于确定所估计的 通量已基本收敛到实际通量，使用所估计的通量来控制电机。
[0008] 根据本公开的另一方面，公开了一种操作永磁电机的方法。该方法包括:估计电机 的通量;使用所估计的通量来控制电机;确定所估计的通量是否已基本偏离电机的实际通 量；以及响应于所估计的通量被确定为已基本偏离实际通量，中断使用所估计的通量来控 制电机。
[0009] 根据本公开的又一方面，公开了一种控制永磁电机的方法。该方法包括:估计电机 的通量;监控给由于电机的驱动器的功率;检测在给驱动器的功率降至规定的水平以下后 何时返回规定的水平；以及在给驱动器的功率返回规定的水平之后，确定所估计的通量是 否已基本收敛到电机的实际通量。该方法还包括:如果所估计的通量被确定为已基本收敛 到实际通量，则使用所估计的通量来生成用于电机的控制信号。
[0010] 根据本公开的再一方面，公开了又一种控制永磁电机的方法。该方法包括:在启动 期间估计电机的通量;确定在规定的时间段内所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际 通量；响应于确定所估计的通量在规定的时间段期间已基本上收敛到实际通量，停止尝试 旋转电机。
[0011] 可应用性的其他领域将根据此处提供的描述而变得显然。该总结中的描述和特定 示例仅仅旨在图示的目的，而并不旨在限制本公开的范围。
【附图说明】
[0012] 此处所公开的图仅用于图示所选择的实施例而非所有有可能的实施方式，并不旨 在用于限制本公开的范围。
[0013] 图1是根据本公开的一个方面的检测找到的转子的方法的框图。
[0014] 图2是根据本公开的另一实施例的检测丢失的转子的方法的快图。
[0015] 图3是根据本公开的再一实施例的检测在启动时锁定的转子情况的方法的框图。 [0016]图4是根据本发明的又一实施例的在电力中断（power disruption)之后抓住 (catch)转子的方法的框图。
[0017] 图5是根据本公开的一些实施例的示例永磁电机组件的框图。
[0018] 图6是根据本公开的一个实施例中所利用的龙伯格(Luenberger)观测器的框图。
[0019] 图7A至7D图示了使用所测量的和所估计的电流中的误差来的收敛检测的图。
[0020] 图8A至8D图示了使用所估计的磁通量的收敛检测的图。
【具体实施方式】
[0021 ]现在将参照附图来更全面地描述示例实施例。
[0022] 提供了示例实施例以使得本公开会是透彻的，并且会将范围传达给本领域普通技 术人员。陈述了大量具体细节，诸如具体部件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施 例的透彻理解。对于本领域技术人员而言显然的是，具体细节不是必须利用的、可以以许多 不同形式来实施示例实施例、以及示例实施例不应该被理解为限于本公开的范围。在一些 示例实施例中，没有详细描述众所周知的处理、众所周知的设备结构以及众所周知的技术。
[0023] 此处所使用的术语是仅仅为了描述特定示例实施例的目的的，而并不旨在进行限 制。如此处所使用的，单数形式"一"、"一个"和"这(那)个"可以旨在也包括复数形式，除非 上下文清楚指明了其他情况。术语"包括"、"包含"和"具有"是开放性的，并且因此指出了存 在所述的特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或这些项目的组。此处描述的方法步骤、处 理和操作不应被解释为需要它们以所讨论或者所图示的特定顺序来执行，除非按执行的顺 序而将其具体标识。还要理解，可以利用附加的或者可替选的步骤。
[0024] 尽管此处可能使用术语第一、第二、第三等来描述不同元素、部件、区域、层和/或 部分，但是这些元素、部件、区域、层和/或部分不应被理解为被这些术语所限制。这些术语 可以仅仅用来区别一个元素、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。诸如"第一"、 "第二"和其他编号术语的术语在此处使用时并不暗示了次序或顺序，除非由上下文清楚地 指明。因而，以下所讨论的第一元素、部件、区域、层或部分可以在不脱离示例实施例的教导 的情况下称作第二元素、部件、区域、层或部分。
[0025] 图1图示了根据本公开的一个方面的控制永磁电机的方法100。该方法包括在框 102中估计电机的通量以及在框104中确定所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通 量。该方法还包括在框106中响应于确定所估计的通量已基本收敛到实际通量而使用所估 计的通量来控制电机。以这种方式，可以在确定所估计的通量已基本收敛之后立即使用所 估计的通量来控制电机。这可以最小化不使用所估计的通量控制电机(例如，在开环控制模 式中）的时间量。可替选地，可以直到所估计的通量被确定为已基本收敛之后的规定的时间 为止，才使用所估计的通量来控制电机。例如，可以直到在所估计的通量被确定为已基本收 敛之后，过去了预先规定的延迟周期或者满足了电机的操作条件等等为止，才使用所估计 的通量来控制电机。可以启动期间和/或在操作电机时的任何其他适当时候使用上述方法。
[0026] 为了本公开的目的，在所估计的通量处于相对于实际通量的、规定的误差容限之 内时将所估计的通量看作已基本收敛到实际通量，使得可以使用所估计的通量来有效地控 制电机。误差容限可以规定为常数值(在电机的操作期间可以或者不可以例如响应于电机 的操作条件而变化），规定为统计测量值和/或规定为另外地适合于这些教导的任何给定的 应用。可以以各种方式来确定所估计的通量是否在任何给定的时间处处于规定的误差容限 之内，以下描述了这些方式的一些示例。在所估计的通量已基本收敛到电机的实际通量时 将转子看作"找到(found)"。
[0027] 可以使用任何适当的技术(包括现在已知的以及未来的技术)来估计电机的通量。 代表性地，以使用诸如卡尔曼(Kalman)观测器、龙伯格观测器等的观测器(也叫估计器)来 在所选择的参考系中估计通量(例如磁通量和/或光通量）。所选择的参考系可以包括:诸如 定子参考系的静止参考系(例如，两个相阿尔法贝塔或者三个相ABC的参考系），以及诸如电 参考系、与转子同步的转子参考系、与所命令的速度欧米茄_v同步的西塔_v参考系(也称为 驱动器或命令参考系）、或者以与另一系统参数同步的特定角速度来旋转的任意参考系的 旋转参考系。然而，也可以在这些教导的任何给定应用中使用用于估计通量的其他适当的 技术。此外，可以使用电机的所测量的、所估计的或者所要求的相电流和/或相电压或者(所 测量的、所估计的或所要求的)逆变器总线电压和/或设备电流来估计通量。
[0028] 相似地，可以利用各种技术来确定所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通 量。例如，可以使用所估计的通量来计算所选择的参考系中的其他电机操作参数，并且随后 将其与相同参考系中该操作参数的所测量的值相比较。所估计的和所测量的值之间的差与 所估计的电机的通量和电机的实际通量之间的差有关，并且可以用来确定所估计的通量是 否已基本收敛到实际通量（如果希望的话，也用来校正通量的下一次估计值）。在一些实施 例中，使用所估计的通量来计算相电流并且将其与所测量的相电流进行比较，以确定所估 计的通量是否位于相对于电机的实际通量的、规定的误差容限之内。可替选地，并且假定电 机的实际通量不能直接测量，可以估计诸如角度或者速度的不同参数并且将其与所测量的 值进行比较，以确定所估计的通量是否位于规定的容限内。
[0029] 可以将电机操作参数的所估计的和所测量的值处理为误差信号，以确定所估计的 通量是否已基本收敛到实际通量。该处理可以包括针对误差信号产生统计信息(平均值、方 差、标准差等），并且该处理可以例如由实施诸如递归滚动平均值的适当功能的数字滤波器 来执行。在一些实施例中，统计信息用来将计数器递增和/或递减，其中在计数器值位于规 定的范围之内时计数器的值代表所估计的通量的收敛。所应用的计数器规则可以取决于是 否已检测到收敛、取决于电机的操作状态以及/或者其他条件。
[0030]可以使用所估计的通量来根据包括例如通量控制和电流控制方案的、所利用的具