[发明专利]用于消弱电永磁体设备的齿槽定位转矩效应的方法

说明书

技术领域

提供一种用于消弱电永磁体设备的齿槽定位(cogging)转矩效应的方法。更准确而言，所述方法涉及消弱电永磁体设备的齿槽定位转矩效应，其中所述设备连接到控制电子装置，所述控制电子装置在下文中称为驱动器，控制所述设备的转矩和转速，此外，所述驱动器包括独立于驱动器调节转速的部分所产生的转矩而增加转矩分量的特性。

背景技术

所谓齿槽定位是永磁体(PM)设备的一种公知特性，通过改变设备的转速和/或转矩表现出来。齿槽定位转矩是由于PM设备转子的永磁体与定子槽之间的相互作用，因此转子被吸引到通过气隙(airgap)的磁通为最大值的位置。除了步进电动机之外，不希望有齿槽定位转矩，因为它造成转速变化还有定子座的振动，特别是在低到中度电动机转速时尤其如此。因此大多数PM设备一般是通过利用偏斜磁铁或定子槽来设计为将齿槽定位转矩最小化。

尽管试图通过适当的电学和机械设计将齿槽定位转矩最小化，但通常PM设备具有振幅为额定转矩0.5％-2％的剩余齿槽定位转矩。即使是实质上相同的设备，在齿槽定位转矩特性上也会有较大的个体差异。

现在的永磁体设备通常用可变频驱动器来控制，可变频驱动器广泛应用于控制电感应电动机。这些驱动器中有一些也具有用于补偿齿槽定位转矩的内置软件。这种软件简单地向来自转速控制器的转速校正转矩增加具有指定谐波次数、振幅和相位的谐波转矩分量。对于特定的负载和转速，已经证实这种补偿软件效果很好，但是经验表明，当转速和/或负载与调谐(tuning)条件差别很大时，这种软件就不行了。其原因是，随着电动机转速和负载的变化，最佳补偿信号或期望补偿信号变化很大，并且振幅和相位恒定的静态方法不能适应新条件。

下面为了方便而采用术语“电动机”，尽管分析也适用于也能用作发电机的多种电设备。

发明内容

本发明的目的是克服或至少部分地弥补现有技术PM设备的缺陷。

根据本发明，通过下面的描述和概述用于适应性齿槽定位补偿方法的所附权利要求书所指出的特点，实现上述目的。

提供一种用于消弱电永磁体设备的齿槽定位转矩效应的方法，其中，所述设备连接到驱动器，所述驱动器包括独立于转速调节器产生的转矩而增加转矩分量的特性，所述设备具有转子和定子，所述方法包括：

利用传感器测量所述转子相对于所述定子的角位置以及所述转子的角速度；

通过来自所述驱动器的至少两个不同的齿槽定位补偿信号运行至少两个测试，其中一个测试指定为“a”测试，另一个测试指定为“b”测试；

分析从所述传感器接收的信号，以得出关于所述测试的振动信号的对应振幅和相位响应；

通过将应用于所述a测试的补偿信号的复齿槽定位振幅与表示因为所述b测试的齿槽定位转矩所致的振动的振动信号的复振幅相乘，计算第一值；

通过将应用于所述b测试的补偿信号的复齿槽定位振幅与表示因为所述a测试的齿槽定位转矩所致的振动的振动信号的复振幅相乘，计算第二值；

通过所述第一值与所述第二值之间的差除以表示因为所述b测试与所述a测试所致的振动的振动信号的复振幅之间的差，来计算复齿槽定位补偿振幅，如下面的方程式(11)或(11a)所示；

基于所述复齿槽定位补偿振幅，向所述设备施加齿槽定位补偿转矩。

本发明的一个方案中所述方法包括步骤：

利用连接到所述设备或其底座的振动传感器，测量以下量的至少之一：即，所述转子、所述定子的角速度或角加速度、或者两者之间的差。

本发明的一个方案中所述方法包括步骤：

用两个不同的补偿信号运行主动(active)测试，其中，将一个或多个齿槽定位基频的谐波添加到来自所述转速调节器的设定转矩。

本发明的另一个方案中所述方法包括步骤：

对原始信号或经过处理的转速信号进行基于位置或基于时间的傅里叶分析，以得出关于所述测试的转速的对应振幅和相位响应。

本发明的另一个方案中，通过以下步骤对非谐波振动校正傅里叶分析之前的转速：

对表示整数个齿槽定位周期的间隔计算转速和角度的部分平均值。

本发明的另一个方案中，通过以下步骤对非谐波振动来校正经过处理的转速信号：

在表示整数个齿槽定位周期的间隔来计算转速和角度的部分平均值；

对所述平均值进行多项式函数拟合；

从所述原始转速信号减去拟合后的函数，得到更适合于傅里叶分析的动态转速信号。

驱动器包括至少一个转速控制器和一个转矩控制器。

下文采用以下符号：

C        齿槽定位补偿转矩