[发明专利]内置永磁电机中磁场削弱的线性

说明书

技术领域

本发明的实施例一般涉及电机控制，特别是涉及影响电机的磁场削弱(fieldweakening)区域中转矩线性的技术。

背景技术

电机将电功率转换为机械力和运动。电机用于许多应用中，包括诸如风扇、冰箱以及洗衣机的家用电器。电力传动装置也越来越多地应用于电动车辆和混合电动车辆中。

旋转电机一般具有内部旋转磁体，称为转子，其在固定的定子内部旋转。转子电磁场与定子绕组产生的场之间的相互作用产生了电机转矩。转子可以是永磁体也可以由线圈构成。然而，如果转子具有嵌入其中的永磁体(即，该永磁体不在转子表面)，电机可以被称为内置永磁(IPM)电机。在其两端提供输入电压的电机部分称作“电枢”。根据电机的设计，要么转子作为电枢，要么定子作为电枢。在IPM电机中，电枢是定子，并且是一组绕组线圈，其由输入电压供电来驱动电机。

将机械能转换为电能的反向任务由发生器或发电机完成。上面提到的电机也可以用作发电机，因为部件是相同的。当电机/发电机被机械转矩驱动时，输出电。用在混合动力车辆和电动车辆或者电动机车上的牵引机经常执行这两种任务。

通常随着电机加速，为了将定子电压保持在其极限内电枢(以及因此场)电流减少。磁场中的衰减减少了电机内部的磁通量，其也被称为磁通量或者磁场削弱。磁场削弱控制技术可以用来增强电机转矩速度特性的性能。为了保持对定子电流的控制，可以通过磁场削弱控制回路减小电机磁场。IPM电机中的磁场或磁通量的削弱可以通过调整定子励磁来完成。IPM电机中的定子励磁可以由电压源逆变器的电压脉冲宽度调制(PWM)来控制。

在过去，磁通量削弱技术就已经被使用，其中有目的地削弱IPM磁通量，以减少与高磁通量相关的问题，比如，由高反电动势(Back-EMF)引起的过电压。例如，在电机的恒定转矩区域操作期间，闭环电流调节器控制已经被用于控制所施加的PWM电压激励，使得瞬时相电流跟随其命令的值。然而，当电机终端电压逼近PWM逆变器的最大电压时，可能在较高的速度发生电流调节器的饱和。除此之外，为了保持合适的电流调节直至最大可用的电机速度，应该削弱磁通量。减少电机内部的磁通量在高速时提供了改善的IPM电机的功率特性。然而，转矩可能正比于磁通量而减少。

因此，希望将IPM电机的磁场削弱区域中的转矩线性保持在电压和电流系统限制内。此外，根据随后的详细描述和随附的权利要求书，结合附图和前述的技术领域和背景技术，其他可取特征和特性将变得显而易见。

发明内容

公开了用于在IPM电机的磁场削弱区域中产生转矩线性的系统和方法。该系统和方法分别使用磁通量削弱和转矩线性控制回路来调整IPM电机的定子电流命令的q轴和d轴分量。从而，在IPM电机的磁场削弱区域操作期间保持转矩线性。

根据第一实施例的系统包括以下元件。表格查找模块用来接收转矩命令、转子角速度和直流链路电压(DC-link voltage)作为输入，并且输出q轴和d轴电流命令。具有动态过调制(dynamic over modulation)的同步电流调节器模块也用来基于该电流命令产生q轴和d轴电压命令。为了补偿q轴命令的电流和q轴可用电流之间的差异，使用磁场削弱模块来基于电压命令产生用于q轴电流命令的调整。加法器用来通过将q轴电流调整增加到q轴电流命令来调整q轴电流命令。另外，为了保持转矩线性，转矩线性模块产生作为q轴电流调整函数的d轴电流调整。第二加法器用来通过将d轴电流调整增加到d轴电流命令来调整d轴电流命令。

这里所描述的方法的实施例开始于基于转矩命令、转子角速度和直流链路电压产生q轴和d轴电流命令。然后，该方法基于电流命令产生q轴和d轴电压命令。为了补偿q轴命令的电流和q轴可用电流之间的差异，该方法基于电压命令产生对q轴电流命令的调整。然后，为了调整q轴电流命令，该方法将q轴电流调整增加到q轴电流命令。另外，为了保持转矩线性，该方法产生作为q轴电流调整函数的d轴电流调整。然后，为了调整d轴电流命令，该方法将d轴电流调整增加到d轴电流命令。

根据另一实施例的第二系统包括用于电机的转矩线性控制体系结构，其包括以下元件。比例增益模块产生比例增益，以及将比例增益乘以q轴电流调整以获得d轴调整电流。限制器模块将d轴电流调整保持在最大范围内。

附图说明

下面将结合附图描述本公开的实施例，其中同样的数字代表同样的元件，以及

图1是包括用于矢量控制的IPM电机的现有控制系统的功能框图，其中没有转矩线性块；

图2是用于矢量控制的IPM电机的带转矩线性控制块的控制系统的功能框图；