CN106130430A - 永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法及下线检测装置 - Google Patents

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徐佳萌
赵东
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Abstract

本发明公开的一种永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法，向永磁同步电机的三相绕组中至少两相之间通入一定大小的直流电，使得电机转子定位于某一位置，获取电机转子的实际角度位置θreal，永磁同步电机所具有的转角位置传感器测量电机转子在电机绕组通入直流电后的转动角度θs，并根据公式θoffset＝θreal‑θs计算得到永磁同步电机转子初始位置偏差角θoffset。还公开了采用上述检测方法的下线检测装置。本发明可以高精度地检测转子的初始位置偏差角，保证电机控制时的扭矩控制精度。不受转子磁钢布置形式的影响，特别是检测过程中电机无需高速旋转，无需复杂算法，在电机静态下即可完成检测，结构简单，安全可靠。

Description

永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法及下线检测 装置
技术领域
本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法及采用该检测方法的下线检测装置。
背景技术
由于永磁同步电机具有体积小、重量轻、扭矩密度大、功率密度大、效率高、调速特性好等优点，现有的新能源汽车驱动电机一般采用永磁同步电机。新能源汽车驱动电机要求精确的电机控制，目前采用的永磁同步电机驱动控制方法，需要知道任意时刻转子的精确位置，转子位置精度直接影响电机扭矩控制精度。
现有广泛使用的位置传感器通常是旋转变压器，由定子和转子两部分组成。在电机装配时，通常旋转变压器的定子和电机的定子通过机械结构安装在一起，旋转变压器的转子和电机的转子安装在一起。通常情况下，旋转变压器的零位和电机的零位不同，两者之间相差一个固定的角度，即电机初始位置偏差角；再者，由于零件的加工公差和生产装配时的装配公差，无法保证每个电机初始位置完全相同，这就要求有一个快速可靠的方法对电机进行精确的初始位置标定，以保证扭矩控制精度。
为了获取永磁同步电机的转子的初始位置偏差角，目前主要有以下方法：
1、基于永磁同步电机反电动势测量的初始位置偏差角检测方法，该方法精度较高，但要求通过外部结构将电机拖动到一定的高速下进行反电动势测量，低速运行或零速时，由于反电动势较小或者为零，则无法进行检测。此外，基于永磁同步电机反电动势测量的初始位置偏差角检测的检测装置的结构相对复杂，成本较高；
2、基于高频信号或者脉冲信号注入的初始位置偏差检测方法，通过检测电流响应信号来计算出转子位置信息，算法复杂，易受转子磁钢布置形式的影响，精度偏低。
为此，申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一在于：针对现有技术的不足而提供一种永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法，该检测方法可以高精度地检测转子的初始位置偏差角，从而精确获得电机转子的实时位置，保证电机控制时的扭矩精度。
本发明所要解决的技术问题之二在于：提供一种采用上述永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法的下线检测装置。
作为本发明第一方面的一种永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法，向永磁同步电机的三相绕组中至少两相之间通入一定大小的直流电，使得电机转子定位于某一位置，获取电机转子的实际角度位置θreal，永磁同步电机所具有的转角位置传感器测量电机转子在电机绕组通入直流电后的转动角度θs，并根据公式θoffset＝θreal-θs计算得到永磁同步电机转子初始位置偏差角θoffset。
在本发明的一个优选实施例中，所述直流电的电流大小为电机额定电流的五分之一至二分之一。
在本发明的一个优选实施例中，所述直流电将在所述永磁同步电机的电机定子中产生固定的磁场，该磁场的方向由所选择的通电绕组的相序以及直流电的通电方向确定。
在本发明的一个优选实施例中，所述永磁同步电机的转子磁钢的布置形式为内置式磁钢或者表贴式磁钢。
在本发明的一个优选实施例中，所述永磁同步电机的三相绕组采用星形接法或者三角接法。
作为本发明第二方面的一种采用上述永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法的下线检测装置，包括：
一直流电源，所述直流电源与永磁同步电机的电源端连接，用于向永磁同步电机的三相绕组中至少两相之间通入一定大小的直流电，使得电机转子定位于某一位置；
一转角位置传感器，所述位置传感器与永磁同步电机的转子连接，用于测量电机转子在电机绕组通入直流电后的转动角度，并根据测量到的转动角度产生一个测量信号；
一初始位置检测控制器，所述初始位置检测控制器与所述位置传感器连接，用于接收所述转角位置传感器产生的测量信号，并将所述测量信号进行解码运算得到所述转角位置传感器所测量到的转动角度；以及
一分别与所述直流电源和初始位置检测控制器连接的PLC上位机，所述PLC上位机一方面控制所述直流电源通入所述永磁同步电机的直流电的电流大小及通断，另一方面获取所述初始位置检测控制器解码运算得到的转动角度，并将实际角度位置与该转动角度作差处理得到转子初始位置偏差角，再根据转子初始位置偏差角对转子的初始位置进行标定。
在本发明的一个优选实施例中，所述PLC上位机通过一CAN通讯单元与所述初始位置检测控制器通讯连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述直流电的电流大小为电机额定电流的五分之一至二分之一。
在本发明的一个优选实施例中，所述永磁同步电机的转子磁钢的布置形式为内置式磁钢或者表贴式磁钢。
在本发明的一个优选实施例中，所述永磁同步电机的三相绕组采用星形接法或者三角接法。
由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：本发明的永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法可以高精度地检测转子的初始位置偏差角，保证电机控制时的扭矩控制精度。其与现有技术相比，不受转子磁钢布置形式的影响，特别是检测过程中电机无需高速旋转，无需复杂算法，在电机静态下即可完成检测，结构简单，安全可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所检测的永磁同步电机的三相绕组采用星形接法且通电电流方向为V进W出时的定子电流矢量(转子实际角度位置)的示意图。
图2是本发明所检测的永磁同步电机的三相绕组采用星形接法且通电电流方向为V进W出时的定子磁场(转子实际角度位置)的示意图。
图3是本发明所检测的永磁同步电机的三相绕组采用星形接法且通电电流方向为W进V出时的定子电流矢量(转子实际角度位置)的示意图。
图4是本发明所检测的永磁同步电机的三相绕组采用星形接法且通电电流方向为W进V出时的定子磁场(转子实际角度位置)的示意图。
图5是本发明所检测的永磁同步电机的三相绕组采用三角接法且通电电流方向为V进W出时的定子电流矢量(转子实际角度位置)的示意图。
图6是本发明所检测的永磁同步电机的三相绕组采用三角接法且通电电流方向为V进W出时的定子磁场(转子实际角度位置)的示意图。
图7是本发明所检测的永磁同步电机的三相绕组采用三角接法且通电电流方向为W进V出时的定子电流矢量(转子实际角度位置)的示意图。
图8是本发明所检测的永磁同步电机的三相绕组采用三角接法且通电电流方向为W进V出时的定子磁场(转子实际角度位置)的示意图。
图9是采用本发明的永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法的下线检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明的一种永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法，包括以下步骤：
步骤S1，往永磁同步电机的三相绕组的至少两相之间通入一定大小的直流电，使得电机转子定位于某一位置，从而获取电机转子的实际角度位置θreal。
通常而言，直流电的电流越大，电机定子产生的磁场对于电机转子的固定作用越大，定位精度越高，但与此同时电机绕组通电后会发热。因而，直流电较佳的电流大小取值范围为电机额定电流的1/5至1/2。该直流电将在电机定子中产生固定方向的磁场，该磁场的方向由所选择通电绕组的相序，以及直流电的通电电流方向确定，其对应关系如下表：
结合上表以及附图进行说明：
图1和图2为永磁同步电机的三相绕组采用星形接法时，通电电流为从V流进W流出时，定子电流矢量和磁场(转子实际角度位置)示意图。在dq坐标系中，V相绕组和W相绕组在该直流电的作用下，产生大小相等的V相fv和W相fw的磁场，它们矢量合成后的磁场fs方向在q轴正轴上，即磁场位置为90度电度角。电机转子在该合成磁场的吸引作用下，将旋转到90度电度角位置，即此时转子实际角度位置θreal＝90°el。
图3和图4相对于图1和图2，直流电电流方向相反，即从W流进V流出时，定子绕组合成磁场fs方向在q轴负轴上，即磁场位置为270度电度角。电机转子在该合成磁场的吸引作用下，将旋转到270度电度角位置，即此时转子实际角度位置θreal＝270°el。
图5和图6为永磁同步电机的三相绕组采用三角接法时，通电电流为从V流进W流出时，定子电流矢量和磁场(转子实际角度位置)示意图。由于采用三角连接，此时绕组电路相当于U相与W相串联后，在与V相并联，由此可知，U相和W相电流相等，且为V相电流的二分之一。在dq坐标系中，U相和W相将产生大小相等的U相fu和W相fw的磁场，V相的磁场为fu的两倍。fu，fv，fw矢量合成后的磁场fs方向在120度电度角方向上，即磁场位置为120度电度角。电机转子在该合成磁场的吸引作用下，将旋转到120度电度角位置，即此时转子实际角度位置θreal＝120°el。
图7和图8相对于图5和图6，直流电电流方向相反，即从W流进V流出时，定子绕组合成磁场fs方向在300度电度角方向上，即磁场位置为300度电度角。电机转子在该合成磁场的吸引作用下，将旋转到300度电度角位置，即此时转子实际角度位置θreal＝300°el。
步骤S2，永磁同步电机所具有的转角位置传感器测量电机转子在电机绕组通入直流电后的转动角度θs。
步骤S3，根据公式θoffset＝θreal-θs计算得到永磁同步电机转子初始位置偏差角θoffset。
本发明的永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法适用于转子磁钢的布置形式为内置式磁钢或者表贴式磁钢的永磁同步电机。
此外，本发明还提供了一种采用上述永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法的下线检测装置，包括直流电源100、转角位置传感器200、初始位置检测控制器300以及PLC上位机400。
直流电源100与永磁同步电机10的电源端连接，直流电源100用于向永磁同步电机10的三相绕组中至少两相之间通入一定大小的直流电，使得永磁同步电机的转子定位于某一位置，确定电机转子的实际角度位置θreal。
转角位置传感器200安装在永磁同步电机10上且与永磁同步电机10的转子连接，转角位置传感器200用于测量电机转子在电机绕组通入直流电后的转动角度θs，并根据测量到的转动角度θs产生一个测量信号。
初始位置检测控制器300与转角转角位置传感器200连接，转角位置传感器200用于接收转角位置传感器200产生的检测信号，并将转角位置传感器200产生的检测信号进行解码运算得到转角位置传感器200的转角角度θs。
PLC上位机400一方面与直流电源100连接，控制直流电源100通入永磁同步电机10的直流电的电流大小及通断，另一方面通过一CAN通讯单元500与初始位置检测控制器300通讯连接，获取解码运算得到的转动角度，并将实际角度位置θreal与转动角度θs作差处理得到转子初始位置偏差角θoffset，再根据转子初始位置偏差角θoffset对转子的初始位置进行标定。PLC上位机400还对计算得到的转子初始位置偏差角θoffset进行存储和显示。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法，其特征在于，向永磁同步电机的三相绕组中至少两相之间通入一定大小的直流电，使得电机转子定位于某一位置，获取电机转子的实际角度位置θreal，永磁同步电机所具有的转角位置传感器测量电机转子在电机绕组通入直流电后的转动角度θs，并根据公式θoffset＝θreal-θs计算得到永磁同步电机转子初始位置偏差角θoffset。
2.如权利要求1所述的永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法，其特征在于，所述直流电的电流大小为电机额定电流的五分之一至二分之一。
3.如权利要求1所述的永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法，其特征在于，所述直流电将在所述永磁同步电机的电机定子中产生固定的磁场，该磁场的方向由所选择的通电绕组的相序以及直流电的通电方向确定。
4.如权利要求1所述的永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法，其特征在于，所述永磁同步电机的转子磁钢的布置形式为内置式磁钢或者表贴式磁钢。
5.如权利要求1所述的永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法，其特征在于，所述永磁同步电机的三相绕组采用星形接法或者三角接法。
6.一种采用如权利要求1至5中任一项所述的永磁同步电机转子初始位置偏差角的检测方法的下线检测装置，其特征在于，包括：
一直流电源，所述直流电源与永磁同步电机的电源端连接，用于向永磁同步电机的三相绕组中至少两相之间通入一定大小的直流电，使得电机转子定位于某一位置；
一转角位置传感器，所述位置传感器与永磁同步电机的转子连接，用于测量电机转子在电机绕组通入直流电后的转动角度，并根据测量到的转动角度产生一个测量信号；
一初始位置检测控制器，所述初始位置检测控制器与所述位置传感器连接，用于接收所述转角位置传感器产生的测量信号，并将所述测量信号进行解码运算得到所述转角位置传感器所测量到的转动角度；以及
一分别与所述直流电源和初始位置检测控制器连接的PLC上位机，所述PLC上位机一方面控制所述直流电源通入所述永磁同步电机的直流电的电流大小及通断，另一方面获取所述初始位置检测控制器解码运算得到的转动角度，并将实际角度位置与该转动角度作差处理得到转子初始位置偏差角，再根据转子初始位置偏差角对转子的初始位置进行标定。
7.如权利要求6所述的下线检测装置，其特征在于，所述PLC上位机通过一CAN通讯单元与所述初始位置检测控制器通讯连接。
8.如权利要求6所述的下线检测装置，其特征在于，所述直流电的电流大小为电机额定电流的五分之一至二分之一。
9.如权利要求6所述的下线检测装置，其特征在于，所述永磁同步电机的转子磁钢的布置形式为内置式磁钢或者表贴式磁钢。
10.如权利要求6所述的下线检测装置，其特征在于，所述永磁同步电机的三相绕组采用星形接法或者三角接法。
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