[发明专利]永磁电动机的无传感器式磁场导向控制系统、方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于永磁(PM)电动机的无传感器式磁场导向控制(field oriented control,简称FOC)技术，且更明确地说，涉及一种用于永磁电动机的无传感器式磁场导向控制系统、方法和设备。

背景技术

无刷永磁同步电动机(PMSM)是一种无传感器式PM电动机，并且是一种由交流(AC)电输入驱动的电动机。如果能够检测到无传感器式永磁电动机的启动位置，那么能够毫无冲击地启动电动机。

PMSM包括具有定子绕组(stator winding)的绕线定子(wound stator)、永磁转子(permanent magnet rotor)组合件以及感测装置，所述感测装置用于感测PM转子组合件的转子位置。感测装置通常包含霍尔传感器(hall sensor)，且霍尔传感器以恰当序列提供用于电子式切换所述定子绕组的信号，所述信号用以保持PM转子组合件的旋转。然而，感测装置中所设置的霍尔传感器增加了PMSM的成本，并且可能会造成故障而降低PMSM的可靠性。因此，需要一种用于在没有传感器的情况下进行PM电动机控制的机制。

发明内容

本发明提供一种用于永磁电动机的无传感器式磁场导向控制系统、方法和设备。所述无传感器式磁场导向控制系统包括克拉克变换(Clarke transform)模块、派克变换(Park transform)模块和角度估计模块。所述克拉克变换模块根据多个电动机相电流(motor phase current)来产生多个正交电流信号。所述派克变换模块响应于所述多个正交电流信号和角信号来产生电流信号。所述角度估计模块响应于所述电流信号来产生角信号。所述角信号与所述永磁电动机的换向角(commutation angle)相关。所述电流信号被控制为接近零。与角移位信号相关联的所述角信号经配置以产生三相电动机电压。

从另一观点来看，本发明还提供一种用于永磁电动机的无传感器式磁场导向控制设备。所述设备包括克拉克变换模块、派克变换模块、角度估计模块和总和(sum)模块。所述克拉克变换模块根据多个电动机相电流来产生多个正交电流信号。所述派克变换模块响应于所述多个正交电流信号和第一角信号来产生电流信号。所述角度估计模块响应于所述电流信号来产生所述第一角信号。所述总和模块根据所述第一角信号和角移位信号来产生第二角信号。所述电流信号被控制为接近零。所述第二角信号经配置以产生三相电动机电压(three phase motor voltage)。

从另一观点来看，本发明还提供一种用于永磁电动机的无传感器式磁场导向控制方法。所述方法包括以下步骤。根据多个电动机相电流来产生多个正交电流信号。响应于所述多个正交电流信号和角信号来产生电流信号。响应于所述电流信号来产生所述角信号。所述角信号与所述永磁电动机的换向角相关；所述电流信号被控制为接近零；并且，所述角信号经配置以产生三相电动机电压。

包含附图以提供对本发明的进一步理解，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。所述图式说明本发明的示范性实施例，且与描述一起用以解释本发明的原理。

附图说明

图1展示说明用于PM电动机的FOC无传感器式磁场导向控制系统的框图；

图2展示说明滑动模式观测器(sliding mode observer)的算法(algorithm)的示意图；

图3展示说明滑动模式观测器的框图；

图4展示说明PMSM的等效模型的示意图；

图5展示说明根据本发明的一个实施例的用于PM电动机的FOC无传感器式磁场导向控制系统的框图；

图6展示说明根据本发明的一个实施例的角度估计模块的框图；

图7展示说明根据本发明的一个实施例的比例积分(proportional integral,简称PI)控制器的框图；

图8展示说明根据本发明的另一实施例的角度估计模块的框图；

图9展示说明根据本发明的另一实施例的FOC无传感器式磁场导向控制系统的框图；

图10展示根据本发明的另一实施例的由图9中的正弦波产生器产生的波形；

图11展示说明根据本发明的一个实施例的用于永磁电动机的无传感器式磁场导向控制方法的流程图。

附图标记说明：

10：永磁同步电动机；

12：电动势源；

15：三相桥式驱动器(three-phase bridge driver)；

20：克拉克变换模块；