CN113037172B - 多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法及检测装置，属于电机控制领域，包括：依次悬空两套三相绕组对应的一相绕组，并施加大小相等、方向相反的电压脉冲矢量，记录对应的响应电流；根据每套三相绕组的响应电流数据分别计算转子磁极轴向角度θ_e1和θ_e2，将θ_e1、θ_e2或者θ_e＝(θ_e1+θ_e2)/2作为初判角θ_e，并从12个候选电压脉冲矢量中筛选出离θ_e方向和离θ_e+π方向最近的两个；向两套三相绕组中分别施加筛选出的两个候选电压脉冲矢量并记录响应电流峰值

和

交换两套三相绕组中施加的候选电压脉冲矢量并记录响应电流峰值

和

若

且

则判定转子初始位置角为θ_e；若

且

则判定转子初始位置角为θ_e+π。

Description

多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法及检测装置

技术领域

本发明属于电机控制领域，更具体地，涉及一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法及检测装置。

背景技术

永磁同步电机具有功率因数高、过载能力强以及输出转矩能力强等特点，在工业系统中得到了广泛的应用。而永磁同步电机转子初始位置检测是永磁同步电机调速系统中必不可少的环节。准确的检测出转子初始位置对于永磁同步电机顺利启动以及实现最大转矩运行有重要意义。若检测误差过大会降低电机的启动性能，甚至导致电机启动失败或者发生电机反转。因此，永磁同步电机的转子初始位置检测一直是工程技术界研究的热点和难题之一。

目前永磁同步电机转子初始位置检测方法主要有以下四种：1)预定位置法，2)高频信号注入法，3)电压空间矢量法，4)电压脉冲注入法。

预定位置法是通过向电机定子施加一个固定方向的电压矢量，将转子定位到电压矢量的方向，于是转子的初始位置就是该矢量方向。该方法的精度受负载影响较大，而且需要转子旋转，不适用某些要求在定位时转子保持静止的场合。

高频信号注入法主要应用于永磁同步电机在零速和低速时无位置传感器控制中，也可用于转子初始位置检测，其原理是向电机中注入特定的高频电压信号，接着从定子电流中提取出高频响应电流，然后再利用该电流确定转子的初始位置。该方法算法较为复杂，并且参数调节困难。

电压空间矢量法是通过向电机中注入幅值相同、方向不同的一系列电压矢量，检测并比较响应电流的大小来确定转子的初始位置。该方法需要找出大小合适的电压矢量，不能太大，不然电机可能会发生转动，造成转子初始位置检测失败，也不能太小，否则响应电流较小，信噪比低，影响转子初始位置的检测精度；而且如果想得到准确的转子初始位置，就需要施加多个不同方向的电压矢量，检测过程较为复杂。

电压脉冲注入法是向三相绕组中的两相注入电压脉冲，由响应电流计算出线电感，再结合电机线电感与转子位置角的函数关系，估算出转子的初始位置。该方法同样存在需要事先找出合适大小的电压脉冲的问题。

相比于预定位置法和高频信号注入法，电压空间矢量法和电压脉冲注入法的应用更为广泛，但是，这两种方法都需要对于注入电压的大小有严格的要求，若太小，则容易受干扰影响，检测精度得不到保证，若太大，则电机转子可能转动，导致检测失败。如何确定合适的电压脉冲大小，往往需要反复尝试，及其复杂，而且在电机参数发生变化时，往往需要重新确定合适的电压脉冲大小。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法及检测装置，其目的在于，有效解决传统的转子初始位置角检测方法在注入电压脉冲过大时因电机出现振动而引起转子初始位置检测精度不高甚至检测失败，在注入电压脉冲过小时检测精度低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，多相永磁同步电机中包含N套三相绕组，N≥2；转子初始位置角检测方法包括如下步骤：

(S1)选定多相永磁同步电机中的两套三相绕组，依次悬空两套三相绕组对应的一相绕组，并分别向两套三相绕组分别施加大小相等、方向相反的电压脉冲矢量，记录对应的响应电流，由此分别得到每套三相绕组的三个响应电流数据；

(S2)依据每套三相绕组的响应电流数据分别计算转子磁极轴向角度θ_e1和θ_e2，将θ_e1、θ_e2或者θ_e1和θ_e2的平均值作为初判角θ_e，并从预先确定的12个候选电压脉冲矢量中筛选出离θ_e方向和离θ_e+π方向最近的两个候选电压脉冲矢量；

12个候选电压脉冲矢量包括依次悬空一相绕组时确定的6个电压脉冲矢量，和在绕组不悬空时确定的6个电压脉冲矢量；

(S3)向两套三相绕组中分别施加筛选出的两个候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值

和

交换两套三相绕组中施加的候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值

和

(S4)若

且

则判定转子初始位置角为θ_e；若

且

则判定转子初始位置角为θ_e+π。

本发明通过向多相永磁同步电机中两套不同的三相绕组注入电压脉冲矢量的方式实现转子初始位置角检测，每次注入两套三相绕组的电压脉冲矢量大小相同而方向相反，使得两套三相绕组中电流产生的磁场能够相互抵消，从而电机的总电磁转矩大大降低甚至为零，即使电压脉冲较大时，转子也能保持静止，有效地解决了永磁同步电机在注入电压脉冲过大时出现振动而引起转子初始位置检测精度不高甚至检测失败的问题；由于本发明在注入的电压脉冲较大时，仍然能够正常检测转子初始位置角，且具有较高的检测精度，因此，能够避免使用较小的电压脉冲，从而避免检测结果易受干扰而精度较低。

进一步地，初判角θ_e为转子磁极轴向角度θ_e1和θ_e2的平均值。

本发明综合两套三相绕组的转子磁极轴向角度计算结果，确定转子初始位置角的初判角，能够进一步提高转子初始位置角的检测精度。

进一步地，步骤(S4)还包括：若响应电流峰值

和

之间既不满足

且

也不满足

且

则判定转子初始位置角检测失败。

本发明除了可以检测转子初始位置角，还可以检测出偶然出现的转子初始位置角检测失败的异常情况，从而可以避免在异常情况下将错误的检测结果作为最终的检测结果，也有利于及时发现异常情况并采取相应的措施以保证准确检测转子初始位置角。

进一步地，本发明提供的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，还包括：在转子初始位置角检测失败时，转入步骤(S3)。

本发明在转子初始位置角检测失败时，重新按照初判角θ_e和θ_e+π向两套三相绕组注入电压脉冲矢量，再次进行极性判断，能够避免因偶然因素导致转子初始位置角检测失败的情况，增加了转子初始位置角检测的容错性。

进一步地，步骤(S1)和步骤(S3)中，利用六相电压源逆变器向绕组施加电压脉冲矢量。

六相电压源逆变器有六相桥臂，每一相桥臂都有上、下两个开关管，上、下开关管不能同时导通，但可以同时关断；本发明利用六相电压源逆变器向绕组施加电压脉冲矢量，将两套三相绕组中的每一相绕组分别与六相电压源逆变器中的一相桥臂中点连接，即可通过控制开关管的通断，方便地实现对绕组悬空的控制，以及方便地控制向绕组注入的电压脉冲矢量。

进一步地，对于任意一套三相绕组，依据其响应电流数据计算转子磁极轴向角度的方式包括：

分别计算C相绕组悬空时的响应电流变化率

A相绕组悬空时的响应电流变化率

和B相绕组悬空时的响应电流变化率

根据

分别计算C相绕组悬空、A相绕组悬空和B相绕组悬空时剩余两相绕组间的线电感L_ABX、L_BCX和L_CAX；其中，L表示线电感，U表示注入的电压大小，

表示响应电流变化率；

根据

计算三相绕组的转子磁极轴向角度θ_eX。

按照本发明的另一个方面，提供了一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测装置，多相永磁同步电机中包含N套三相绕组，N≥2；转子初始位置角检测装置包括：候选电压脉冲矢量获取模块、第一响应电流获取模块、初判模块、第二响应电流获取模块和极性判断模块；

候选电压脉冲矢量获取模块，用于通过依次悬空三相绕组中的一相绕组，并在剩余两相绕组间施加大小相同而方向不同的电压，由此确定6个候选电压脉冲矢量；候选电压脉冲矢量获取模块，还用于在三相绕组不悬空时，给三相绕组施加大小相同而方向不同的电压，由此确定另外6个候选电压脉冲矢量；

第一响应电流获取模块，用于选定多相永磁同步电机中的两套三相绕组，依次悬空两套三相绕组对应的一相绕组，并分别向两套三相绕组分别施加大小相等、方向相反的电压脉冲矢量，记录对应的响应电流，由此分别得到每套三相绕组的三个响应电流数据；

初判模块，用于依据每套三相绕组的响应电流数据分别计算转子磁极轴向角度θ_e1和θ_e2，将θ_e1、θ_e2或者θ_e1和θ_e2的平均值作为初判角θ_e，并从预先确定的12个候选电压脉冲矢量中筛选出离θ_e方向和离θ_e+π方向最近的两个候选电压脉冲矢量；

第二响应电流获取模块，用于向两套三相绕组中分别施加筛选出的两个候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值

和

第二响应电流获取模块，还用于交换两套三相绕组中施加的候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值

和

极性判断模块，用于在

且

时判定转子初始位置角为θ_e，并在

且

时判定转子初始位置角为θ_e+π。

进一步地，初判模块将转子磁极轴向角度θ_e1和θ_e2的平均值作为初判角θ_e。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本发明通过向多相永磁同步电机中两套不同的三相绕组注入电压脉冲矢量的方式实现转子初始位置角检测，每次注入两套三相绕组的电压脉冲矢量大小相同而方向相反，使得两套三相绕组中电流产生的磁场能够相互抵消，从而电机的总电磁转矩大大降低甚至为零，即使电压脉冲较大时，转子也能保持静止，有效解决了永磁同步电机在注入电压脉冲过大时出现振动而引起转子初始位置检测精度不高甚至检测失败的问题；由于本发明在注入的电压脉冲较大时，仍然能够正常检测转子初始位置角，且具有较高的检测精度，因此，能够避免使用较小的电压脉冲，从而避免检测结果易受干扰而精度较低。

(2)本发明综合两套三相绕组的转子磁极轴向角度计算结果，确定转子初始位置角的初判角，能够进一步提高转子初始位置角的检测精度。

(3)本发明除了可以检测转子初始位置角，还可以检测出偶然出现的转子初始位置角检测失败的异常情况，从而可以避免在异常情况下将错误的检测结果作为最终的检测结果，也有利于及时发现异常情况并采取相应的措施以保证准确检测转子初始位置角；进一步在转子初始位置角检测失败时，重新按照初判角θ_e和θ_e+π向两套三相绕组注入对应的电压脉冲矢量，再次进行极性判断，能够避免因偶然因素导致转子初始位置角检测失败的情况，增加了转子初始位置角检测的容错性。

附图说明

图1为现有的双三相永磁同步电机中各绕组的相位关系示意图；

图2为本发明实施例提供的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法流程图；

图3为本发明实施例提供的六相电压源逆变器驱动电路图；

图4为本发明实施例提供的C相绕组断开时，两套三相绕组的等效电路及对应的电压脉冲矢量示意图；其中，(a)为第一三相绕组中C1相绕组断开时，第一三相绕组的等效电路及对应的电压脉冲矢量示意图，(b)为第二三相绕组中C2相绕组断开时，第二三相绕组的等效电路及对应的电压脉冲矢量示意图；

图5为绕组不悬空时，电压注入三相绕组与所对应电压脉冲矢量的示意图；

图6为在三相绕组不悬空和悬空一相绕组的情况下，一共可以向三相绕组施加十二个方向电压脉冲矢量的示意图；

图7为本实施例中，向第一三相绕组的A、B两相注入电压脉冲的电流响应示意图；

图8为现有的定子铁心饱和特性示意图；其中，(a)为定子绕组电流产生的磁场和转子永磁体磁场方向一致时的示意图，(b)为定子绕组电流产生的磁场和转子永磁体磁场方向不一致时的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

为了解决现有的电压空间矢量法和电压脉冲注入法在对多相永磁同步电机进行转子初始位置角进行检测时，难以确定合适大小的电压脉冲矢量，检测精度低且容易出现检测失败的技术问题，本发明提供了一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法及检测装置，其整体思路在于：利用多相永磁同步电机中的两套三相绕组注入电压，从而利用多一套绕组的优势，在采用电压脉冲注入法的基础上，向两套三相绕组同时注入幅值相等、方向相反的电压脉冲矢量，使得电机的总电磁转矩大大降低甚至为零，从而，即使在电压脉冲较大时，转子也能够保持静止，从而解决了传统三相永磁同步电机在注入电压脉冲时出现振动而引起转子初始位置检测精度不高甚至检测失败的问题，也避免了使用较小的电压脉冲矢量。

本发明所提供的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法及检测装置，适用于包含N(N≥2)套三相绕组的多相永磁同步电机，不失一般性地，如无特殊说明，以下实施例中，均以包含两套三相绕组的双三相永磁同步电机进行描述；对于包含3套以上绕组的多相永磁同步电机，从中选取两套三相绕组，即可按照与双三相永磁同步电机相同的方式进行转子初始位置角的检测。

为了便于描述，以下具体相移角为零的双三相永磁同步电机为例进行描述，将其中的两套三相绕组分别记为第一三相绕组和第二三相绕组，第一三相绕组的三相绕组分别记为A1、B1、C1，第二三相绕组的三相绕组分别记为A2、B2、C2，两套三相绕组之间的相位关系如图1所示。

以下为实施例。

实施例1：

一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，如图2所示，包括如下步骤：

(S1)选定多相永磁同步电机中的两套三相绕组，依次悬空两套三相绕组对应的一相绕组，并分别向两套三相绕组分别施加大小相等、方向相反的电压脉冲矢量，记录对应的响应电流，由此分别得到每套三相绕组的三个响应电流数据；

由于本实施例中，多相永磁同步电机中仅包含两套三相绕组，直接使用这两套三相绕组即可；

在步骤(S1)中，每次一相绕组悬空时，向第一三相绕组和第二三相绕组中注入的一组电压脉冲矢量之间大小相等而方向相反；选择悬空的绕组不同，步骤(S1)中共需注入三组电压脉冲矢量，不同组的电压脉冲矢量大小可以相同也可以不同；

作为一种可选的实时方式，本实施例中，具体利用六相电压源逆变器控制绕组的悬空，并向两套三相绕组注入电压脉冲矢量；如图3所示，六相电压源逆变器中共包含六相桥臂，每一相桥臂都包括上、下开关管，同一桥臂中上、下开关管不能同时导通，但可以同时关断，两套三相绕组中，每一相绕组分别与六相电压源逆变器的一相桥臂中点相连，从而控制桥臂开关管的通断，即可控制绕组的连接状态；在桥臂的上、下开关管同时关断时，即可实现绕组的悬空；

(S2)依据每套三相绕组的响应电流数据分别计算转子磁极轴向角度θ_e1和θ_e2，将θ_e1和θ_e2的平均值作为初判角θ_e，即θ_e＝(θ_e1+θ_e2)/2，并从预先确定的12个候选电压脉冲矢量中筛选出离θ_e方向和离θ_e+π方向最近的两个候选电压脉冲矢量；

12个候选电压脉冲矢量，包括依次悬空一相绕组时确定的6个电压脉冲矢量，和在绕组不悬空时确定的6个电压脉冲矢量；

如图4中的(a)所示，在第一三相绕组的C1相悬空时，向剩余的A1相和B1相绕组之间施加脉冲，可以确定一个电压脉冲矢量，其方向同图4中的(a)中的U_AB1；改变施加电压方向后，可以得到相反方向的电压脉冲矢量，其方向如图4中的(b)中的U_BA2；同理，依次悬空一相绕组，即可确定其余4个候选电压脉冲矢量；

当三相绕组均不悬空时，其中一种绕组连接关系如图5所示，此时得到的电压脉冲矢量如图5中的U_A1+所示，按照同样的确定方式，在电压脉冲矢量大小不变的情况下，改变绕组的连接关系，可以确定其余5个候选电压脉冲矢量；

最终所确定的12个候选电压脉冲矢量方向如图6所示；由于十二个方向电压脉冲矢量在空间对称分布，所以为离θ_e方向最近和离θ_e+π方向最近的两个电压脉冲矢量必定反向；

本实施例中，对于任意一套三相绕组，依据其响应电流数据计算转子磁极轴向角度的方式包括：

分别计算C相绕组悬空时的响应电流变化率

A相绕组悬空时的响应电流变化率

和B相绕组悬空时的响应电流变化率

由于注入的电压脉冲的宽度较小，计算相应电流变化率时，可以任取两个时刻t₁和t₂处的响应电流值i₁和i₂，然后计算

作为响应电流变化率

根据

分别计算C相绕组悬空、A相绕组悬空和B相绕组悬空时剩余两相绕组间的线电感L_ABX、L_BCX和L_CAX；其中，L表示线电感，U表示注入的电压大小，在本实施例中，U即六相电压源逆变器的直流母线电压U_dc；

表示响应电流变化率；

根据

计算三相绕组的转子磁极轴向角度θ_eX；

本实施例中，将θ_e1和θ_e2的平均值作为初判角θ_e，即θ_e＝(θ_e1+θ_e2)/2，由此综合两套三相绕组的转子磁极轴向角度计算结果，确定转子初始位置角的初判角，能够进一步提高转子初始位置角的检测精度；应当说明的是，此处关于初判角的计算，仅为本发明优选的实施方式，不应理解为对本发明的唯一限定，在本发明其他的一些实施例中，也可以直接将第一三相绕组的转子磁极轴向角度θ_e1或者第二三相绕组的转子磁极轴向角度θ_e2作为转子磁极轴向角度的初判角；

(S3)将筛选出的两个候选电压脉冲矢量分别记为第一候选电压脉冲矢量和第二候选电压脉冲矢量，向第一三相绕组和第二三相绕组分别施加第一候选电压脉冲矢量和第二候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值

和

向第一三相绕组和第二三相绕组分别施加第二候选电压脉冲矢量和第一候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值

和

容易理解的是，筛选出候选电压脉冲矢量后，向三相绕组施加候选电压脉冲矢量的方式与该候选电压脉冲矢量确定时，绕组的悬空和连接方式是一样的，例如，如果所确定的候选电压脉冲矢量是U_AB，该候选电压脉冲矢量是在C相悬空时确定地，相应地，对三相绕组施加该候选电压脉冲矢量时，也需要将C相悬空，且A相绕组和B相绕组与电源间的连接关系与图4中的(a)相同；又例如，所确定的候选电压脉冲矢量是U_A1+，则在向三相绕组施加该候选电压脉冲矢量时，三相绕组均不悬空，且各绕组与电源间的连接关系如图5所示；以此类推，更多的示例，在此将不作一一列举；

(S4)若

且

则判定转子初始位置角为θ_e；若

且

则判定转子初始位置角为θ_e+π；

本实施例中，步骤(S4)还包括：若响应电流峰值

和

之间既不满足

且

也不满足

且

则判定转子初始位置角检测失败；因偶然因素的影响，转子初始位置角检测可能失败，本实施例对此异常情况也进行检测，可以避免在异常情况下将错误的检测结果作为最终的检测结果，也有利于及时发现异常情况并采取相应的措施以保证准确检测转子初始位置角；

针对转子初始位置角检测失败情况，本实施例中还包括：在转子初始位置角检测失败时，转入步骤(S3)，由此能够再次进行极性判断，避免因偶然因素导致转子初始位置角检测失败的情况，增加了转子初始位置检测的容错性。

以下对本实施例的检测原理进行分析说明。永磁同步电机转子的位置角是指转子永磁体的N极与定子绕组A相轴线的夹角，角度范围是0～2π；转子磁极轴向角度是指转子磁极轴线与定子绕组A相轴线的角度，角度范围是0～π。

由响应电流计算绕组线电感：

定子绕组的线电感是指三相绕组其中任意两相之间的电感；在第一三相绕组的C1相绕组悬空时，A1相上桥臂和B1相下桥臂导通，等效电路及电压脉冲矢量方向如图4中的(a)所示；在第二三相绕组的C2相绕组悬空时，A2相下桥臂和B2相上桥臂导通，等效电路及电压脉冲矢量方向如图4中的(b)所示。两者同时导通且导通时间(即电压脉冲宽度)相等，根据所记录的相应电流可分别记录A1相和A2相的响应电流峰值为I_AB1和I_AB2。重复该过程，分别悬空A1相、A2相和B1相、B2相，记录响应电流峰值I_BC1、I_BC2和I_CA1、I_CA2。

图7是向A1、B1两相注入电压脉冲的电流响应示意图，由于本实施例中，利用六相电压源逆变器向绕组注入电压脉冲，因此，注入电压脉冲时的电压方程为：

其中，U_dc为直流母线电压，U_T为功率管导通压降，R为每相绕组的电阻，

为流过A1、B1两相电流的瞬时变化率，L_AB1是A1、B1两相绕组间的线电感。

功率管导通压降和绕组电阻压降均远小于直流母线电压，可以忽略不计。当功率管从导通到关断的时间间隔很短时，电流瞬时变化率

可以用电流平均变化率

来代替；

由于在初始时刻，相应电流的值为0，因此，根据所记录响应电流峰值I_AB1计算出在电压脉冲宽度T内的电压变化量为Δi_ab＝I_AB1，因此，电压方程可以写成：

由此可以得到A1、B1两相绕组间的线电感L_AB1的计算公式如下：

同理，可计算其余的线电感L_BC1、L_CA1、L_AB2、L_BC2和L_CA2。

由绕组的线电感计算转子磁极轴向角度：

定子绕组的线电感包含两相绕组各自的自感以及它们之间的互感。永磁同步电机定子绕组的自感和互感都与转子的位置角有关，具体关系如下：

其中，θ为转子的位置角，L_AA、L_BB和L_CC为三相绕组自感，M_AB、M_BC和M_CA为三相绕组互感，L_s0为绕组自感的平均值，L_s2为绕组自感二次谐波的幅值；

以A相和B相为例，计算出A、B两相线电感的公式为：

同理，可计算出B、C两相和C、A两相的线电感为：

L_BC＝3L_s0-3L_s2cos(2θ+π)(7)

可以看出，三相绕组的线电感也与转子的位置角有关，但只包含转子位置角的二倍角，因此只能利用线电感计算出转子磁极轴向角度，计算公式为：

其中，下标X为1或2。

转子磁极极性判断：

转子磁极极性判断是基于定子铁心饱和特性，由于定子绕组电流产生的磁场方向与电压脉冲矢量方向一致，而转子永磁磁场方向与N极所在方向一致，如图8中的(a)所示，当注入正向电压脉冲矢量，即定子绕组电流产生的磁场ψ_s和转子永磁体磁场ψ_f方向一致时，定子铁芯磁饱和程度增加，磁阻变大，电感变小，当注入电压脉冲矢量大小相同时，绕组响应电流将增大；如图8中的(b)所示，当定子绕组电流产生的磁场ψ_s和转子永磁体磁场ψ_f方向相反时，定子铁芯磁饱和程度变小，磁阻变小，电感变大，当注入电压脉冲矢量大小相同时，绕组响应电流将减小。因此，向绕组施加大小相同而方向相反的电压脉冲矢量时，较大响应电流对应的电压脉冲矢量方向与转子磁场方向在同一侧，故可以按照本实施例中的步骤(S3)进行转子磁极性判断。本实施例在进行转子磁极性判断时，综合考虑了两套绕组在不同电压脉冲矢量下的响应电流关系，能够进一步增加容错性，保证检测准确度。

总体而言，本实施例通过向多相永磁同步电机中两套不同的三相绕组注入电压脉冲矢量的方式实现转子初始位置角检测，每次注入两套三相绕组的电压脉冲矢量大小相同而方向相反，使得两套三相绕组中电流产生的磁场能够相互抵消，由于电机中两套三相绕组间的相移角为零，最终电机的总电磁转矩为零，即使电压脉冲较大时，转子也能保持静止，有效解决了永磁同步电机在注入电压脉冲过大时出现振动而引起转子初始位置检测精度不高甚至检测失败的问题；由于本实施例在注入的电压脉冲较大时，仍然能够正常检测转子初始位置角，且具有较高的检测精度，因此，能够避免使用较小的电压脉冲，从而避免检测结果易受干扰而精度较低。当两套绕组间的相移角不为零时，通过向两套三相绕组注入大小相同而方向最接近相反的电压脉冲矢量，也能够使两套绕组产生的电磁转矩相互抵消，而使电机的总电磁转矩大大减小，电压脉冲较大时，转子也能保持静止。

实施例2：

一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测装置，包括：候选电压脉冲矢量获取模块、第一响应电流获取模块、初判模块、第二响应电流获取模块和极性判断模块；

候选电压脉冲矢量获取模块，用于通过依次悬空三相绕组中的一相绕组，并在剩余两相绕组间施加大小相同而方向不同的电压，由此确定6个候选电压脉冲矢量；候选电压脉冲矢量获取模块，还用于在三相绕组不悬空时，给三相绕组施加大小相同而方向不同的电压，由此确定另外6个候选电压脉冲矢量；

第一响应电流获取模块，用于选定多相永磁同步电机中的两套三相绕组，依次悬空两套三相绕组对应的一相绕组，并分别向两套三相绕组分别施加大小相等、方向相反的电压脉冲矢量，记录对应的响应电流，由此分别得到每套三相绕组的三个响应电流数据；

初判模块，用于依据每套三相绕组的响应电流数据分别计算转子磁极轴向角度θ_e1和θ_e2，将θ_e1、θ_e2或者θ_e1和θ_e2的平均值作为初判角θ_e，并从预先确定的12个候选电压脉冲矢量中筛选出离θ_e方向和离θ_e+π方向最近的两个候选电压脉冲矢量；

第二响应电流获取模块，用于向两套三相绕组中分别施加筛选出的两个候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值

和

第二响应电流获取模块，还用于交换两套三相绕组中施加的候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值

和

极性判断模块，用于在

且

时判定转子初始位置角为θ_e，并在

且

时判定转子初始位置角为θ_e+π；

本实施例中，初判模块将转子磁极轴向角度θ_e1和θ_e2的平均值作为初判角θ_e；

本实施例中，各模块的具体实施方式可参考上述方法实施例中的描述，在此将不作复述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，所述多相永磁同步电机中包含N套三相绕组，N≥2；其特征在于，所述转子初始位置角检测方法包括如下步骤：

(S1)选定所述多相永磁同步电机中的两套三相绕组，依次悬空所述两套三相绕组对应的一相绕组，并分别向两套三相绕组分别施加大小相等、方向相反的电压脉冲矢量，记录对应的响应电流，由此分别得到每套三相绕组的三个响应电流数据；

(S2)依据每套三相绕组的响应电流数据分别计算转子磁极轴向角度θ_e1和θ_e2，将θ_e1、θ_e2或者θ_e1和θ_e2的平均值作为初判角θ_e，并从预先确定的12个候选电压脉冲矢量中筛选出离θ_e方向和离θ_e+π方向最近的两个候选电压脉冲矢量；

所述12个候选电压脉冲矢量包括依次悬空一相绕组时确定的6个电压脉冲矢量，和在绕组不悬空时确定的6个电压脉冲矢量；

(S3)向所述两套三相绕组中分别施加筛选出的两个候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值

和

交换所述两套三相绕组中施加的候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值

和

(S4)若

且

则判定所述转子初始位置角为θ_e；若

且

则判定所述转子初始位置角为θ_e+π。

2.如权利要求1所述的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，其特征在于，所述步骤(S4)还包括：若响应电流峰值

和

之间既不满足

且

也不满足

且

则判定所述转子初始位置角检测失败。

3.如权利要求2所述的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，其特征在于，还包括：在所述转子初始位置角检测失败时，转入步骤(S3)。

4.如权利要求1所述的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，其特征在于，所述步骤(S1)和所述步骤(S3)中，利用六相电压源逆变器向绕组施加电压脉冲矢量。

5.如权利要求1所述的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，其特征在于，对于任意一套三相绕组，依据其响应电流数据计算转子磁极轴向角度的方式包括：

分别计算C相绕组悬空时的响应电流变化率

A相绕组悬空时的响应电流变化率

和B相绕组悬空时的响应电流变化率

根据

分别计算C相绕组悬空、A相绕组悬空和B相绕组悬空时剩余两相绕组间的线电感L_ABX、L_BCX和L_CAX；其中，L表示线电感，U表示注入的电压大小，

表示响应电流变化率；

根据

计算三相绕组的转子磁极轴向角度θ_eX。

6.一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测装置，所述多相永磁同步电机中包含N套三相绕组，N≥2；其特征在于，所述转子初始位置角检测装置包括：候选电压脉冲矢量获取模块、第一响应电流获取模块、初判模块、第二响应电流获取模块和极性判断模块；

所述候选电压脉冲矢量获取模块，用于通过依次悬空三相绕组中的一相绕组，并在剩余两相绕组间施加大小相同而方向不同的电压，由此确定6个候选电压脉冲矢量；所述候选电压脉冲矢量获取模块，还用于在三相绕组不悬空时，给三相绕组施加大小相同而方向不同的电压，由此确定另外6个候选电压脉冲矢量；

所述第一响应电流获取模块，用于选定所述多相永磁同步电机中的两套三相绕组，依次悬空所述两套三相绕组对应的一相绕组，并分别向两套三相绕组分别施加大小相等、方向相反的电压脉冲矢量，记录对应的响应电流，由此分别得到每套三相绕组的三个响应电流数据；

所述初判模块，用于依据每套三相绕组的响应电流数据分别计算转子磁极轴向角度θ_e1和θ_e2，将θ_e1、θ_e2或者θ_e1和θ_e2的平均值作为初判角θ_e，并从预先确定的12个候选电压脉冲矢量中筛选出离θ_e方向和离θ_e+π方向最近的两个候选电压脉冲矢量；

所述第二响应电流获取模块，用于向所述两套三相绕组中分别施加筛选出的两个候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值

和

所述第二响应电流获取模块，还用于交换所述两套三相绕组中施加的候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值

和

所述极性判断模块，用于在

且

时判定所述转子初始位置角为θ_e，并在

且

时判定所述转子初始位置角为θ_e+π。

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