专利名称：在三相交换磁阻电机中在启动和低速处的位置估计的制作方法
技术领域：
提供了一种交换磁阻电动机(SRM)的电动机位置的检测方法。更具体地，提供了一种通过脉冲注入的三相SRM的电动机位置的检测方法。
背景技术：
SRM可能具有三相，四相或一些其他数量的相位。在一些应用中，可期望的是在 SRM中检测该电动机位置。在一些应用中，调度在SRM中的换流角是电动机位置的函数。电动机位置检测可以是直接的或间接的。可使用位置传感器来进行电动机的直接位置检测。可不使用位置传感器来进行电动机的间接位置检测或位置估计。位置传感器可包括轴装编码器或分解器。基于光检测，磁场变化，或其他方法，位置传感器可检测到旋转位置。位置传感器可包括电位器，分解器，同步输出器，编码器等，及其组合。不使用位置传感器来进行电动机的间接位置检测可以是通过侵入式方法或非侵入式方法。在一些实施方案中，该侵入式方法涉及该SRM的空闲相位的主动探测。在一些实施方案中，可通过探测信号来测量该SRM相位的电感。在一些实施方案中，在侵入式方法中使用的设想和方法限制了在高速处的适用性。在一些实施方案中，该非侵入式方法使用了该SRM的相位电流和相位电压的终端测量。在一些实施方案中，在该方法中使用的方法和设想限制了在低速，零速或接近零速处的性能。仍期望的是，研发一种三相SRM的电动机的间接位置检测的方法，足以处理运行场景的广泛方案，包括但不限于低速和高速。
发明内容
提供了一种在三相交换磁阻电机中的间接位置估计方法。该方法可包括提供一种三相交换磁阻电机。三相交换磁阻电机可包括电动机和三个相位。该方法可进一步包括产生与该电机相关的数据，为至少一个相位设置多个阈值电流值，并检测电动机位置。检测电动机位置可包括使用足以感应在所述第一相位中的脉冲电流的脉冲电压序列，其中该感应的脉冲电流具有一些最大电流强度幅值，将该最大电流强度幅值与该第一相位的多个阈值电流值至少之一进行比较，和基于在该第一相位中脉冲电流的最大电流强度幅值来确定该电动机的扇区。
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也提供了一种在三相交换磁阻电机中的间接位置估计方法。该方法可包括提供一种三相交换磁阻电机。三相交换磁阻电机可包括电动机和三个相位。该方法可进一步包括产生与该电机相关的数据。产生与该电机相关的数据可包括，对于该三个相位的每一个，在所述电动机动作时处理在第一角度位置处的第一测试事件，并在所述电动机动作时处理在第二角度位置处的第二测试事件。该第一测试事件可包括使用在该相位两端的测试脉冲电压以感应电流，确定在该相位中最大的感应电流，并允许该感应电流降低零。该第二测试事件可包括使用在该相位两端的测试脉冲电压以感应电流，确定在该最大的感应电流。该方法可进一步包括为该三个相位的每一个设置阈值电流值。为该三个相位的每一个设置阈值电流值可包括为该三个相位的每一个设置高电流阈值，并为该三个相位的每一个设置低电流阈值。该方法可进一步包括检测电动机位置。检测电动机位置可包括施用足以感应具有在该三个相位每一个中的一些最大电流强度幅值的脉冲电流的检测电压，对于每一个相位，将所述脉冲电流的最大电流强度幅值与该相位的这些阈值进行比较，和确定该电动机的扇区，基于在该至少一个相位中脉冲电流的最大电流强度的幅值。也提供了一种用于在三相交换磁阻电机中的间接位置估计的设备，其中该三相交换磁阻电机包括具有多个扇区和三个相位的电动机。该设备可包括可操作地结合相位的电压源，可操作地结合相位的电流检测电路，和计算机。
本主题可成形为某些部分和部分的设置，其实施方案将在本说明书中具体说明并在构成其一部分的附图中进行描述，其中图1是示出在三个相位的每一个中电流脉冲VS位置的一组图；图2是示出在三个相位的每一个中相位电感VS位置的一组图；图3是示出在三个相位的每一个中电流VS时间的一组图；图4是可用于实施用来检测三相SRM的电动机位置的方法的电路的一实施方案的图；图5是可用于实施用来检测三相SRM的电动机位置的方法的计算平台的一实施方案的图。
具体实施例方式参照附1-5，其中这些图仅仅用于描述在三相交换磁阻电机中在启动和低速处位置估计方法的某些实施方案，而不为了限制为这些实施方案。不会将与此处公开的实施方案相关的具体特征认作为限制性的，除非该权利要求另作明确陈述。在某些实施方案中，三相SRM的无传感器操作可使用一个相位用于电动机驱动， 一个或更多其他相位用来检测在不同时刻的位置。在某些实施方案中，脉冲注入可能能够检测在启动处该电动机的位置。在某些实施方案中，同时将脉冲注入该三个相位中并比较这些相位以识别该电动机位置。能够依照扇区来识别该SRM电动机位置。对于这三个相位 SRM，可定义六个不同扇区。每一个扇区是唯一的并告诉我们哪一个相位可用来检测且哪一个相位可用来电动机驱动或上电该SRM。图1示出了来自在三相交换磁阻电机中在启动和低速处位置估计方法的一个非限制性实施方案处的数据。但不限制，该实施方案包括脉冲注入。脉冲注入包括在SRM相位两端的脉冲电压的应用。但不限制，在从其采用图1中所示数据的实施方案中，该脉冲注入的、包括试验的应用在该SRM的三个相位每一个的两端，相位A，B和C，在该电流中变化的监视相对于在该SRM的三个相位每一个中的时间。该脉冲注入电流用于位置估计，在一些实施方案中，不用于电动机驱动或上电该SRM。在所示的实施方案中，将脉冲电压用于相位A，B和C每一个的两端，并测量在相位 A，B和C每一个中产生的电流。一般地，在该电流测量期间，该电动机可能经历非常小或零角度移位。但不限制，在所示的实施方案中，当该电流产生在相位消失时，建立了新的角位置，将另一脉冲电压用于该相位两端，其中该产生电流已经消失，且另一电流因此减小。每一个脉冲电压应用，电流感应的结果，和该产生电流的后续消失可被称作为“测试事件”。在一些实施方案中，使用了一系列的测试事件。可将多个脉冲电压应用的重复称作为“脉冲电压序列”。在一些应用中，将多个脉冲电压用于形成持续直到完成该SRM至少一个电性周期的脉冲电压序列的系列中。在一些应用中，将多个脉冲电压用于形成持续在该SRM完整电性周期的一些扇区上的脉冲电压序列的系列中。在一些使用脉冲电压序列的实施方案中，在给定相位中的脉冲电压序列可以属于固定频率。在一些其中将脉冲电压序列用于多个相位的实施方案中，该脉冲电压序列的频率可能在相位之间相同或变化。在一些实施方案中，用于给定相位的脉冲电压可能是该相位的负荷比的一些扇区。在一些实施方案中，用于给定相位的脉冲电压可能少于该相位的负荷比的40%。在一些实施方案中，但不限制，零角位移发生在测量期间。如果将采取后续的测量，在采取任意后续测量之前，可建立新的角位置。在一些实施方案中，但不限制，该电动机在测量期间经历了角位移，并在该电动机动作时通过进行测量可建立新的角位置。在一些实施方案中，但不限制，该电动机在测量期间经历了非常小的角位移。图1示出了，对于相位A，电流VS时间的图20，对于相位B，电流 VS时间的图30，对于相位C，电流VS时间的图40。每一个图由一系列电流尖脉冲构成，如， 但不限制，在相位A中的尖脉冲21，在相位B中的尖脉冲31，和在相位C中的尖脉冲41。由脉冲电压应用产生每一个尖脉冲21，31，41，且每一个尖脉冲具有最大值。在每一个相位中的多个尖脉冲是脉冲电压序列的结果。沿着该横坐标的尖脉冲的宽度表示随着检测该电流的期间的角位移。在一些实施方案中，该沿着该横坐标的尖脉冲的宽度是可变的。但不限制，在图1中所示的每一个尖脉冲具有沿着该横坐标的固定宽度。无论在该电流测量期间的角位移是否非常小或为零，关于该电流的数据将在此处被称作为在一些角位置处采用的数据，除非另行说明。在随着非常小的位移所采取的数据之间的差，如，但不限制，如图1中所示，并可使得在单个离散角位置处所采用的足够小以避免将不能接受的误差引入该提供的方法中。总体看来，基于宏观尺度，在图1中绘出的非限制性实施方案中的图，20，30，40是周期性的；在每一个相位中的电流尖脉冲在周期最大值和周期最小值之间变化，使用单个最大区域，25，35，45，用于每一个周期。每一个图的周期性本质与该SRM的旋转的周期性本质一致；即，这些图使用与该SRM旋转一致的时期示出了周期。这些相位角度上相互偏置；即，该相位B和相位C脉冲注入电流分布分别偏离于相位A分布120° (电性的)和240° (电性的)。图1中所示的图20，30，40描述了超过该SRM的单个电性的旋转。该单个电性的旋转也被称作为电性周期。图1中的这些图描述了随着大约0.22秒的数据。在所示时期期间正旋转的该SRM所在的速度处，单个旋转占用大约0. 16秒。如以下将更完整地具体描述一样，在一些非限制性实施方案中，可将三相SRM周期的时期描述为比较六个相等的位置扇区。在包括六个相等的位置扇区的实施方案中，每一个扇区覆盖了 60电性上的角度并总共覆盖了整个周期的所有360电性上的角度。在图 1中示出了位置扇区标签50。图2示出了来自在三相交换磁阻电机中在启动和低速处位置估计方法的一个非限制性实施方案处的数据。图2示出了理论上的相位电感变化，作为在三个相位中电性角度内的该电动机位置的函数。图2中最上面的图，60，是在相位A中电感VS电动机位置的图。在图2中的中间图，70，是在相位B中电感VS电动机位置的图。在图2中的最下面的图，80，是在相位C中电感VS电动机位置的图。如图2中所示，相位电感与该脉冲注入电流幅值成反比。将图2中所示的数据与图1中所示的数据相比较，在给定相位中的相位电感幅度最大值与在该相位中该脉冲注入电流幅度最小值一致。类似地，在给定相位中的相位电感幅度最小值与在该相位中该脉冲注入电流幅度最大值一致。例如，但不限制，图60示出了在相位A中的相位电感幅值是在电性角度范围150到210度处的最小值。通过与图20进行比较，能够看出，该电性角度范围150到210度对应于扇区3，且在相位A中的该脉冲注入电流幅值是扇区3中的其最大值。可测量SRM给定模型的给定相位的脉冲注入电流分布，使用测试脉冲电压序列以建立给定模型和相位的角位置的签字说明并用于估计位置。该SRM给定模型的给定相位的脉冲注入电流分布，一旦知道，能够被用作角位置的可靠估计器。例如，参照图1，图20，该相位A的已知脉冲注入电流分布可用来示出，如果将等同于该测试脉冲电压的测试脉冲电压用于相位A并产生超过该非限制性高阈值的电流，则该SRM处于该第三扇区。如图1所绘制的非限制性实施方案中所示的一样，该高阈值大约是0. 8A。在某些非限制性实施方案中，在三相SRM的操作期间，可使用相位用于电动机驱动或检测。用于电动机驱动的相位，电动机驱动的相位，采用大量电压用于移动该电动机。 用于检测的相位，检测相位，采用脉冲电压来检测可测量的脉冲注入电流。但不限制，需要检测可测量的脉冲注入电流的平均电压可能实际上少于需要用来移动该电动机的平均电压。在某些非限制性实施方案中，在三相SRM操作期间，在任意给定的时间，一个相位将实施电动机驱动相位的职责，而一个相位将实施检测相位的职责。在该电动机位置改变时，该SRM的可获得的三个相位A，B和C，在实施作为电动机驱动相位的职责，空闲，和实施作为检测相位的职责之间交换。在这些SRM相位之间的这些职责，电动机驱动、空闲和检测的交换即换相。在某些实施方案中，使用在三个相位中该三个脉冲注入电流的相对变化的算法用来确定来自该三个相位中该三个脉冲注入电流处的电动机位置扇区。该扇区信息用来启动和持续SRM的操作。在某些实施方案中，扇区信息用于换相；用于确定在给定时间处哪一个相位将被电动机驱动和哪一个相位将被检测并用来确定何时在相位A、B和C中适合进行在实施作为电动机驱动相位职责、空闲和实施作为检测相位职责之间的转变。在某些实施方案中，扇区信息用来确定如何将电源提供给该SRM的合适相位以控制该SRM的转矩和速度。在某些实施方案中，为了确定该不同扇区，建立了用于每一个相位的两个阈值。在每一个相位中，该两个阈值包括高阈值和低阈值。如在图1中所述的非限制性实施方案中所示，在相位A中，如图20中所示，该高阈值27大约是0. 8A，该低阈值28大约是0. 2A。在相位B中，如图30中所示，该高阈值37大约是0. 8A，该低阈值38大约是0. 2A。在相位C 中，如图40中所示，该高阈值47大约是0. 8A，该低阈值48大约是0. 2A。在某些实施方案中，在每一个相位中的该高阈值相同。在某些实施方案中，在每一个相位中的该低阈值相同。在某些实施方案中，这些阈值可以在该各个相位之间不同。该高阈值和低阈值是可选择的值。在某些实施方案中，可将该高阈值和低阈值选择作为提供该SRM的所需转矩的速度的函数。在某些实施方案中，将该高阈值设置为处于或接近该30度(电性的)偏离该未对齐位置的电流脉冲响应的最大电流强度。在图1所示的非限制性实施方案中，用于相位A 的高阈值处于该扇区3的末端；其对应于如图2曲线60中所示的在210度处该理论电感分布的位置。将该低阈值设置在该理论电感分布的未对齐和对齐电感位置之间所测量的电流脉冲响应的最大电流强度处。在图1所示的非限制性实施方案中，用于相位A的低阈值处于扇区4的末端；其对应于如图2曲线60中所示的在270度处该理论电感分布的位置。在三相位SRM的数据采集之后设置这些阈值。从SRM数据处确定的该两个阈值可用于零速和非常低的速度。随着速度增长，这些阈值可能轻微地、作为速度的函数、直线地前进到两个固定的最大上限值。何时在该各个职责和空闲状态之间交换该三个相位A、B和C的确定相关于三相 SRM的操作。可使用不同阈值来确定该SRM扇区并据此确定如何在该各个职责和空闲状态之间交换该三个相位A、B和C。在一些实施方案中，可使用低阈值来确定何时改变正实施该电动机驱动职责的相位。在一些实施方案中，可使用高阈值用来确定何时改变正实施检测职责的相位。在某些实施方案中，用于该无传感器操作的启动初始算法能够运行来自任意初始条件处的电机。但不限制，适合将脉冲电压用于相位的电源转换器可用来将电流脉冲同时注入在该SRM的三个相位之上。可通过在每一个相位中获得的最大脉冲幅值，使用该高和低阈值分别在相位A、B和C每一个中的la、Ib和Ic的比较来发现该电动机位置。表1概述了比较算法的一个实施方案。表1 作为该脉冲幅值函数的扇区确定
权利要求
1.一种在三相交换磁阻电机中的间接位置估计方法，包括 提供三相交换磁阻电机，所述电机包括电动机和三个相位； 产生与该电机相关的数据；为至少第一个相位设置多个阈值电流值；和检测电动机位置通过；使用足以感应具有在所述第一相位中的脉冲电流的脉冲电压序列，所述脉冲电流具有一些最大电流强度幅值，将所述脉冲电流的最大电流强度幅值与该第一相位的多个阈值电流值的至少一个相比较，和基于在该第一相位中脉冲电流的最大电流强度幅值来确定该电动机的扇区。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述为至少第一个相位设置多个阈值电流值包括为该三个相位的任意一个设置高电流阈值和低电流阈值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述为至少第一个相位设置多个阈值电流值包括为该三个相位的每一个设置高电流阈值；和为该三个相位的每一个设置低电流阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述产生包括确定在该至少第一相位中的多个角位置处的最大感应电流。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述产生包括确定在该至少第一相位和第二相位的至少一个中的多个角位置处的最大电流。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述产生包括确定在该三个相位每一个中的多个角位置处的最大电流。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述产生包括为该三个相位每一个， 在第一角位置处处理第一测试事件，所述第一测试事件包括在该相位两端上使用测试脉冲电压以感应电流；和确定在该相位中的最大感应电流；和允许所述感应电流降至零。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括对于该三个相位的每一个，在第二角位置处处理第二测试事件，所述第二测试事件包括在该相位两端上使用测试脉冲电压以感应电流；和确定在该相位中的最大感应电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述电动机在所述测试事件期间处于运动中。
10.一种在三相交换磁阻电机中的间接位置估计方法，包括 提供三相交换磁阻电机，所述电机包括电动机和三个相位；产生与该电机相关的数据，其中所述产生包括对于该三个相位的每一个在所述电动机处于运动中时在第一角位置处处理第一测试事件； 所述第一测试事件包括； 在该相位两端使用测试脉冲以感应电流； 确定在该相位中的最大感应电流；和允许所述感应电流降至零；和在所述电动机处于运动中时在第二角位置处处理第二测试事件，所述第二测试事件包括在该相位两端使用测试脉冲以感应电流；和确定该最大感应电流；为该三个相位每一个设置阈值电流值，其中所述设置包括 为该三个相位每一个设置高电流阈值； 为该三个相位每一个设置低电流阈值；和检测电动机位置通过；使用足以感应具有在该三个相位每一个中的一些最大电流强度幅值的脉冲电流的检测电压；对于每一个相位，将所述脉冲电流的最大电流强度幅值与该相位的阈值相比较； 基于在该至少一个相位中脉冲电流的最大电流强度幅值来确定该电动机的扇区。
11.一种在三相交换磁阻电机中的间接位置估计装置，其中所述三相交换磁阻电机包括具有多个扇区和三个相位的电动机，所述装置包括可操作地结合相位的电压源； 可操作地结合相位的电流检测电路；和计算机。
12.根据权利要求11所述的在三相交换磁阻电机中的间接位置估计装置，其中所述电压源是适合于将脉冲电压用于所述相位的电源转换器。
13.根据权利要求12所述的在三相交换磁阻电机中的间接位置估计装置，其中所述脉冲电压足以感应在所述相位中具有一些最大电流强度幅值的脉冲电流。
14.根据权利要求13所述的在三相交换磁阻电机中的间接位置估计装置，其中， 所述电流检测电路适合于输出代表在所述相位中检测电流的数据或信号；和所述电流检测电路适合于输出代表在所述相位中电动机驱动电流的数据或信号。
15.根据权利要求14所述的在三相交换磁阻电机中的间接位置估计装置，其中所述电流检测电路包括电流变换器。
16.根据权利要求15所述的在三相交换磁阻电机中的间接位置估计装置，其中电流检测电路包括第一放大器，所述第一放大器具有增益；和所述第一放大器适合用于处理电动机驱动相位电流。
17.根据权利要求16所述的在三相交换磁阻电机中的间接位置估计装置，其中所述检测电路包括第二放大器，所述第二放大器具有增益；所述第二放大器适合用于处理检测脉冲电路；和所述第二放大器的所述增益十倍或更多倍大于所述第一放大器的增益。
18.根据权利要求17所述的在三相交换磁阻电机中的间接位置估计装置，其中， 所述计算装置适合访问与低阈值相关的数据；所述计算装置适合访问与高阈值相关的数据；和所述计算装置适合基于该感应脉冲电流的最大电流强度幅值与该低阈值和该高阈值的比较来确定该电动机的扇区。
19.根据权利要求18所述的在三相交换磁阻电机中的间接位置估计装置，其中所述计算装置包括信号接口。
20.根据权利要求19所述的在三相交换磁阻电机中的间接位置估计装置，其中可操作地将所述信号接口结合接口电路。
全文摘要
提供了一种在三相交换磁阻机器中的间接位置估计方法。该方法可包括提供一种三相交换磁阻机器。三相交换磁阻机器可包括电动机和三个相位。该方法可进一步包括产生与该机器相关的数据，为至少第一个相位设置阈值电流值；并检测电动机位置。检测电动机位置可包括使用足以感应具有在所述第一相位中的一些最大电流强度的脉冲电流的检测脉冲电压，相对于该第一相位的阈值确定所述脉冲电流的最大电流强度的幅值，并基于在该第一相位中脉冲电流的最大电流强度幅值来确定该电动机的扇区。
文档编号H02P25/08GK102449901SQ201080023996
公开日2012年5月9日 申请日期2010年4月28日 优先权日2009年4月30日
发明者G·帕斯克索尼, I·侯赛因 申请人:阿克伦大学