利用独立相参数的无刷电机制造技术

一种用于多相永磁体电机的控制系统补偿了独立电机相电路元件中的物理变化。该控制系统连续地建立用于电机相绕组的开关赋能的控制电压，其与相应绕组的特定参数紧密匹配。该系统可以被应用到以下电机中，即其中每个定子相部件包括铁磁隔离的定子电磁体，电磁体芯元件彼此分立不直接接触，并且形成有分立的相绕组。可以使用数字信号处理器，其施加并入了作为常数值的参数的算法，访问关于特定相的参数用于产生适当的控制信号来为该相赋能。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
利用独立相参数的无刷电机相关申请本申请包含的主题涉及Maslov等人于2001年4月5日提交的共同未决的美国申请No.09/826,423、Maslov等人于2001年4月5日提交的共同未决的美国申请No.09/826,422、Maslov等人于2001年10月1日提交的美国申请No.09/966,102、Pyntikov等人于2001年11月27日提交的美国申请No.09/993,596，所有的上述申请与本申请共同被转让。这些申请的公开内容在此处并入列为参考。专利
本专利技术涉及旋转式电动机，更特定地，涉及无刷永磁电机的精确控制。专利技术背景上文认定的共同未决的专利申请描述了建立用于车辆的有效电动机驱动作为对内燃机的可变替代方案的挑战。建立有效的电动机驱动的挑战。对电机绕组的电子控制脉冲赋能提供了更加灵活的管理电机特性的前景。通过控制脉冲宽度、占空系数和能量源对适当定子绕组的开关应用，可以获得在实质上区别于交流同步电机的功能上的多样性。结合该绕组使用永磁体对于限制电流消耗是有利的。在车辆驾驶环境中，非常需要的是，在宽的速度范围中获得平稳的运行，同时在最小功率消耗下维持高的扭矩输出能力。共同未决的申请中描述的电机结构配置致力于这些目的。可将电磁体芯部分配置为环形环中的隔离的透磁结构，用以提供增加的磁通量集中度。电磁体芯部分的隔离允许在磁芯中独立地集中磁通量，同时具有最小的磁通量损失或者使得同其他电磁体部件的相互作用引起的有害互感干扰-->影响最小。无刷电机应用中的精确控制性能涉及与电流反馈元件相关联的非线性前馈补偿的汇合。然而，前馈补偿表达式极大地取决于多种电路参数，诸如相电阻、相自感等等，在图1的独立电机相的等效电路图中示意性地示出了这些参数。Vi(t)表示每相电压输入，Ri表示每相绕组电阻，而Li表示每相自感。Ei(t)表示电机每相的相反的反电动势电压，并且其可由下列表达式近似：Et＝(Keiω)sin(Nrθi)其中Kei表示每相反电动势电压系数，ω(t)表示转子速度，Nr表示永磁体对的数目，而θi(t)表示第i相绕组和转子参考位置之间的相对位移。由于受到机械/制造容差和其他结构特征影响的现象，每个电机相将呈现出关于每个电路元件的值的范围。影响电路参数幅度的因素包括：电磁体芯的净磁链；与电路相关的芯电感的波动；由于诸如截面积和绕组张力的制造容差的变化而引起的相绕组电阻变化；芯的磁导率的变化(涉及材料的等级以及处理和完成历史记录)；每个定子芯上的相绕组缠绕方法(均匀地缠绕或是杂乱地缠绕)或者线圈的制造质量；电磁体和永磁体相互作用的位置(即，磁路的磁导)；气隙中磁通量密度的变化，其取决于永磁体转子磁体的子组件；剩磁磁通量密度；由于外部磁场引起的偏磁场；线圈导线的形状(矩形，圆形或者螺旋形)；线圈中获得的绕组因数；可能改变芯截面容差的芯几何形状中获得的制造容差；缠绕线圈的有效长度。典型地，电机控制策略假设参数值在整个电机上是一致的。采用一个中间参数值表示电机的所有相应电路元件。由于独立相补偿程序中的参数值失配，控制策略的过/欠补偿造成该集总参数近似通常会导致跟踪性能的下降。在定子结构被配置为独立的铁磁隔离芯部件时，该假设的参数趋向于更大的差异。因此，存在对经个别考虑的电路参-->数补偿的需要，其针对了分立的相绕组和定子相部件结构中的参数变化。
技术实现思路
本专利技术满足了此需要，同时维持了诸如共同未决的申请中公开的分立的且铁磁隔离的独立定子芯元件配置的优点。本专利技术的实现对独立相电路元件进行补偿的控制策略的能力提供了较高程度的精确控制能力，原因是每相控制环路与其相应的绕组和结构紧密匹配。通过在多相电机的控制系统中建立一个或者多个参数组、每组参数特定地与各个定子相的特性相匹配，至少部分地获得了上述能力。由根据与用于被赋能相绕组的定子相部件相关的参数产生信号的控制器管理每个相绕组的连续开关赋能。该控制提供的优点是使电机具有多种结构，并且可以将该控制施加到以下所述电机中，其中每个定子相部件包括铁磁隔离的定子电磁体，电磁体芯元件彼此分立不直接接触，并且由分立的相绕组形成。可以使用数字信号处理器，其使用并入了作为常数值的参数的算法，用于被访问的特定相的参数用于产生适当的控制信号用于为该相赋能。取决于所选系统的状态，诸如位置、温度和其他外部条件，其他的参数是可变的。可替换地，可以为控制器提供关于每个相的分立的环路，每个环路执行包含各自相参数的控制算法。该算法可以包括基于每相中检测的电流、检测的转子位置和速度、作为至控制器的输入信号而接收的检测的条件的分量。在电机用于跟踪可变的用户启动的输入(诸如电动车辆的操作)的应用中，本专利技术是特别有利的。响应于扭矩命令输入信号，由控制器根据包括关于每个相的特定参数的表达式来选择每相所需的电流轨迹。通过下文的详细描述，对于本领域的技术人员，本专利技术的另外的-->优点将变得易于理解，其中简单地通过说明执行本专利技术所考虑的最佳方式，仅示出和描述了本专利技术的优选实施例。如将描述的，本专利技术可以具有其他的和不同实施例，并且在不偏离本专利技术的前提下，其几处细节可以在几个多种显著方面进行修改。因此，附图和描述应被认为是说明性的，而非限制性的。附图简述在附图中，本专利技术是作为示例而进行说明的，而非作为限制，并且附图中相似的参考数字表示相似的元件，其中：图1是独立的电机相的等效电路图。图2是根据本专利技术的电机控制系统的框图。图3是用于图2系统控制的电机的独立定子芯部分绕组的开关组和驱动器的局部电路图。图4是适用于图2控制系统的电机结构的三维剖面图。图5是说明用于图2控制系统的扭矩控制器方法的框图。图6是说明图5控制器方法的变化方案的局部框图。专利技术详述图2是根据本专利技术的电机控制系统的框图。多相电机10包括转子20和定子30。定子具有多个相绕组，其通过从d-c电源40经电子开关组42提供的驱动电流以可开关方式被赋能。开关组通过栅极驱动器46联接到控制器44。控制器44具有一个或者多个用户输入端和用于在操作期间检测的电机条件的多个输入端。由其输出提供给控制器44的多个电流传感器48中相应的一个检测每个相绕组中的电流。控制器可以具有多个用于该目的多个输入端，或者在替换方案中，来自电流传感器的信号可以被多路复用并且连接到单一的控制器输入端。转子位置传感器46连接到控制器44的另一输入端，用以提供至其的位置信号。位置传感器的输出还施加到速度近似器50，其将位置信号转换为用以施加到控制器44另一输入端的速度信号。-->序列控制器可以包括微处理器或者等效的微控制器，诸如TexasInstrument的数字信号处理器TMS320LF2407APG。开关组可以包括多个MOSFET H-桥，诸如International Rectifier IRFIZ48N-ND。栅极驱动器可以包括Intersil MOSFET的栅极驱动器HIP4082IB。位置传感器可以包括任何已知的传感装置，诸如霍尔(Hall)效应器件(AllegroMicrosystems 92B5308)、巨磁阻(GMR)传感器、容性旋转式传感器、簧片开关、包括非晶传感器的脉冲线传感器、解算器、光学传感器等等。对于电流传感器48，可以使用霍尔效应电流传感器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多相永磁体电机的控制系统，该电机具有多个定子相部件和转子，每个定子相部件包括形成在芯元件上的相绕组，所述系统包括：　　　　多个可控开关，每个相绕组分别连接到一个或者多个开关和电源，用于为相绕组选择性赋能；和　　　　控制器，其具有存储于其中的多个控制参数，该控制参数包括至少一组控制参数，每个组是针对不同的各自定子相部件基于其物理特性而特别确定的；　　　　其中响应于由控制器根据与用于被赋能相绕组的定子相部件相关的控制参数组产生的控制信号来为相绕组赋能。

【技术特征摘要】
US 2002-6-19 10/173,6101.一种用于多相永磁体电机的控制系统，该电机具有多个定子相部件和转子，每个定子相部件包括形成在芯元件上的相绕组，所述系统包括：多个可控开关，每个相绕组分别连接到一个或者多个开关和电源，用于为相绕组选择性赋能；和控制器，其具有存储于其中的多个控制参数，该控制参数包括至少一组控制参数，每个组是针对不同的各自定子相部件基于其物理特性而特别确定的；其中响应于由控制器根据与用于被赋能相绕组的定子相部件相关的控制参数组产生的控制信号来为相绕组赋能。2.权利要求1的控制系统，其中所述控制器包括数字信号处理器。3.权利要求1的控制系统，其中所述控制器配置有用于每个定子相的分立的控制环路，每个相环路配置施加关于各自电机相的参数组，用以产生关于各自相绕组的控制信号。4.权利要求1的控制系统，其中每个定子相部件的芯元件包括铁磁隔离的定子电磁体，电磁体芯元件彼此隔开不直接接触，并且相绕组形成在每个芯元件上。5.权利要求2的控制系统，进一步包括电流传感器，其联接到每个相绕组并且连接到数字信号处理器的输入端，其中数字信号处理器根据得自相关相绕组的电流传感器的输出来产生每个连续的控制信号。6.权利要求3的控制系统，进一步包括转子位置传感器，其具有联接到所述数字信号处理器的输出端，用以提供至该数字信号处理器的位置信号。7.权利要求6的控制系统，其中速度信号产生器联接在位置传感器输出端和数字信号处理器之间，用以提供至该数字信号处理器的速度信号。8.权利要求1的控制系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍里斯A马斯洛夫，马修G菲姆斯特，扎雷萨尔马西索格莫尼安，
申请(专利权)人：波峰实验室责任有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]