[发明专利]用于确定AC电机的转子的位置的电机控制器、AC电机系统和确定AC电机的转子的位置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定AC电机的转子的位置的电机控制器和确定 AC电机的转子的位置的方法。

背景技术

AC电机被广泛地使用在许多应用中，包括诸如洗衣机、洗碗机、 电扇的消费者应用和诸如车窗升降器控制件、电动助力转向系统、电 子机械制动系统的车辆应用等。

AC电机系统通常包括电机和电机控制器，电机包括定子和转子， 电机控制器用于控制被提供以驱动电机的功率。为了确保对电机的良 好控制，例如为了满足特定的电机性能要求，电机控制器需要知道电 机转子的位置。

诸如位置和速度变换器的位置传感器以及这样的传感器需要的电 缆和连接器增加了AC电机系统的大小、重量和复杂度，并且成为AC 电机系统的故障源。为了消除这样的位置传感器，特别是对于小型低 成本电机控制器，已经对用于为在多种不同操作条件下的不同种类电 机确定电机位置的无传感器技术进行了很多研究。

简单的技术使用在电机中生成的感应的反电动势(EMF)。然而， 转子停止或处于低速度时，在电机中生成的反电动势(EMF)不足以 以实现转子位置的准确估计。

更复杂的技术基于适当参考信号的注入和AC电机对注入的参考 信号的响应的跟踪，以确定转子位置。关于大部分低速度和零速度无 传感器控制技术的基础是电机的d轴和q轴特性的差异的存在：d轴和 q轴定义了dq旋转坐标系。该差异被用于确定转子位置并且被称为凸 极。电机特性可以包括例如电感或电阻。凸极电机是表现例如取决于 转子位置的d轴和q轴中的电感的差异的凸极的电机。在永久磁体(PM) 电机中，有多个凸极源，例如，转子固有的凸极、基于饱和的凸极(定 子、齿)。

典型地，如所述，例如，在US专利申请no.2006/0061319和US 专利no.6,894,454中，通过将载波信号与参考电压信号结合，高频载波 信号被注入到定子中，所述参考电压信号控制提供给AC电机的定子的 功率。作为结果的高频分量然后被电机控制器中的处理器处理以确定 转子位置，所述高频分量携带凸极位置信息并且是来自定子的反馈电 流的一部分。反馈电流也被反馈作为控制器中的控制环路的一部分， 以控制施加给定子的功率。

例如在电机负载的改变期间，由于载波信号和参考电压信号以及 控制环路的操作，在电机中生成高频谐波分量。已知的无传感器控制 方法不考虑在携带凸极位置信息的高频分量和在控制环路中生成的高 频谐波分量之间引起的干扰。这种干扰影响电机控制器在确定转子位 置方面的性能。

因此，需要改善的电机控制器。

发明内容

本发明提供了如在所附权利要求中描述的电机控制器、AC电机系 统、确定AC电机的转子的位置的方法、计算机程序和计算机可读介质。

附图说明

参考附图，现在将仅通过示例方式描述根据本发明的确定AC电 机的转子的位置的方法、AC电机系统和电机控制器。

图1是包括根据本发明的实施例的电机控制器的AC电机系统的 简化示意框图；

图2是更加详细地示出根据本发明实施例的图1的电机控制器的 一些元件的简化示意框图；和

图3是根据本发明的实施例的在图1的电机控制器中使用的凸极 跟踪观测器的简化示意框图。

具体实施方式

将参考3相永久磁体同步(PMS)电机描述本发明。应理解的是， 本发明不限制于用于3相PMS电机，并且可以应用到任何具有凸极的 AC电机，例如2相AC电机、具有埋入电机内的或表面安装的永久磁 体的PM电机、同步磁阻电机(SynRM)、开关磁阻电机(SRM)、AC 感应电机(ACIM)或AC直线电机。

首先参考图1，根据本发明，AC电机系统2包括具有定子7和转 子9的AC电机6、用于提供功率给定子7的功率转换器8和根据本发 明的用于控制功率转换器8并且确定转子9的位置的电机控制器4。功 率转换器8耦合到AC电源(未示出)，并且具有耦合到模拟数字转换 器(ADC)的输出。为了说明目的，在图1中示出了dq旋转坐标系。