[发明专利]用于同步机内的角度估计的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于同步机内特别是永磁同步机内的角度估计的方法和设备。

背景技术

为驱动例如在用于电力驱动的车辆如电动车辆或者混动车辆的电驱技术中使用的永磁激励的同步机，需要识别转子角，也就是说同步机的转子或转动件的关于其围绕转子轴的转动运动的位置。需要该测量参量，以便使得力矩的产生与实际的转子位置相协调。

转子角例如可以借助角度传感器确定。然而这种角度传感技术，特别是具有高分辨率的角度传感技术，在制造电力驱动系统的情况下能够引起可观的成本。因此经常使用具有相应较低角度分辨率的利于成本的角度传感器。例如从文献DE102007052365A1中公开了一种方法，用于借助低分辨率的角度传感器和卡尔曼滤波器确定同步机的转子角。

另外可选的方案可以是，代替通过角度传感器测量转子角，执行基于电流和／或电压传感器的估计。在这种情况下可以使用所谓的主动的方法，也就是说这样一种方法，其中把附加的电压信号调制在在电机上施加的供电电压上并且测量在电机中通过该附加的电压信号感生的电流。在适宜设计电机的情况下，也就是说例如在足够的磁的各向异性的情况下，能够从测量的电流反推出当前的转子角。例如从Linke，M.等的文献：“Sensorless position control of Permanent Magnet Synchronous Machines without Limitation at Zero Speed”，IEEE IECON'021，2002，第674-679页，公开了无传感器的方法，其中把高频信号加入到机器的供电电压中，并且其中测量在电机内通过该高频信号感生的响应信号，其允许估计转子角。

然而用于转子角求取的已知方法仅对于规定的受限的转速范围适合。例如在使用无传感器的方法的情况下不能在所有的情况下都保证对于电动车辆或者混动车辆的电驱动装置提出的安全要求。另一方面具有低分辨率的角度传感器的方法在低转速范围内由于测量数据不够而不及其他的方法。

发明内容

存在对于用于同步机内转子角的求取角度的解决方案的需求，其在同步机的所有转速范围内都使得能够更稳健地、更可靠地和更高效率地进行力矩调节，而不必利用费用高的高分辨率的角度传感技术。

因此本发明提出一种用于同步机内的角度估计的设备，具有角度传感器装置，其设计用于，求取用于同步机的转子的转子角的事件离散的测量值并且输出根据所求取的测量值的测量信号，并具有估计装置，其设计用于，检测同步机的电流和／或电压信号并且根据所检测的电流和／或电压信号计算同步机的转子的转子角的与预期的转子角的偏差和输出根据所计算的偏差的偏差信号，还具有组合装置，其设计用于，接收测量信号和偏差信号并且从测量信号和偏差信号的组合中计算用于同步机的转子的转子角的估计值。由此能够以有利的方式在一个集成的方案中组合两种求取方法，由此能够在所有的转速范围内实现同步机的可靠的运行。

此外通过使用两种方法给出一种冗余性，该冗余性提高例如角度传感器装置的容错率。另外能够给角度传感器装置装备具有低分辨率的从而利于成本的角度传感器，其中随之产生的较小数目的测量值可以通过估计装置的偏差信号得以平衡。此外通过本发明的设备提供这样的优点：相对于同步机的已经存在的操控部件而言，不需要附加的硬件例如附加的传感器等。

根据另一种实施方式，本发明提供一种用于同步机内的角度估计的方法，具有借助角度传感器求取用于同步机的转子的转子角的事件离散的测量值、检测同步机的电流和／或电压信号并且计算同步机的转子的转子角的与预期的转子角的偏差、以及通过组合所求取的测量值和所计算的偏差计算用于同步机的转子的转子角的估计值的步骤。

在一种优选的实施方式中，所述设备作为组合装置具有卡尔曼滤波器，其具有设计用于计算用于转子的动态模型的状态矢量的预测值的预测装置、和设计用于根据预测值计算修正信号的修正装置。