CN115459666A - 永磁同步电机及其转速估算方法、空调器 - Google Patents

永磁同步电机及其转速估算方法、空调器 Download PDF

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丁祥
刘成龙
苏伟静
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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机及其转速估算方法、空调器，所述永磁同步电机包括：电机本体、控制器、第一桥臂开关器件、第二桥臂开关器件、第三桥臂开关器件和母线电容，第一桥臂开关器件包括第一上桥臂开关器件和第一下桥臂开关器件，第二桥臂开关器件包括第二上桥臂开关器件和第二下桥臂开关器件，第三桥臂开关器件包括第三上桥臂开关器件和第三下桥臂开关器件；所述控制器被配置为：向第一下桥臂开关器件、第二下桥臂开关器件和第三下桥臂开关器件中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号，在脉冲信号的低电平期间，获取母线电容两端的母线电压，根据母线电压估算永磁同步电机的转速，无需增加硬件电路，即可估算电机转速，成本低、简单方便。

Description

永磁同步电机及其转速估算方法、空调器
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种永磁同步电机及其转速估算方法、空调器。
背景技术
应用于电风扇，空调外机风扇等的永磁同步电机在未工作时，因受到外界气流的影响会顺时针或者逆时针旋转，而此类应用通常不会安装转子位置传感器，因此，无法在电机启动前检测到电机的旋转速度。现有技术中，通常是在硬件上增加反电动势采样电路，以在电机启动前通过电机的反电动势检测转速，或者，通过高频注入法等低速零速也可以使用的位置观测器在电机启动前观测转速位置，成本高，且检测方法复杂。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种永磁同步电机及其转速估算方法、空调器。
本发明提出的一种永磁同步电机，包括：电机本体、控制器、第一桥臂开关器件、第二桥臂开关器件、第三桥臂开关器件和母线电容，其中，所述第一桥臂开关器件、所述第二桥臂开关器件、所述第三桥臂开关器件和所述母线电容之间相互并联连接，所述电机本体内设置有三相电机绕组；所述第一桥臂开关器件包括第一上桥臂开关器件和第一下桥臂开关器件，所述第二桥臂开关器件包括第二上桥臂开关器件和第二下桥臂开关器件，所述第三桥臂开关器件包括第三上桥臂开关器件和第三下桥臂开关器件；所述第一上桥臂开关器件、所述第一下桥臂开关器件、所述第二上桥臂开关器件、所述第二下桥臂开关器件、所述第三上桥臂开关器件和所述第三下桥臂开关器件上均反向并联一个二极管；所述第一上桥臂开关器件和所述第一下桥臂开关器件之间的连接点、所述第二上桥臂开关器件和所述第二下桥臂开关器件之间的连接点和所述第三上桥臂开关器件和所述第三下桥臂开关器件之间的连接点分别对应连接所述永磁同步电机的三相电机绕组的一端；所述控制器被配置为：向所述第一下桥臂开关器件、所述第二下桥臂开关器件和所述第三下桥臂开关器件中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号，在所述脉冲信号的低电平期间，获取所述母线电容两端的母线电压，根据所述母线电压估算所述永磁同步电机的转速。
另外，根据本发明实施例的永磁同步电机，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，还包括：电压采样单元，所述电压采样单元与所述母线电容并联连接，所述控制器被具体配置为：在所述脉冲信号的低电平期间，通过所述电压采样单元采样所述母线电容两端的母线电压。
进一步地，所述电压采样单元包括串联连接的第一采样电阻和第二采样电阻，所述控制器被具体配置为：将所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的连接点处的电压作为所述母线电压。
进一步地，所述控制器被具体配置为：获取所述母线电压的升高幅度；根据所述母线电压的升高幅度估算所述永磁同步电机的转速。
进一步地，所述母线电压的升高幅度与所述永磁同步电机的转速成正比。
进一步地，所述控制器被具体配置为：在根据所述母线电压的升高幅度估算所述永磁同步电机的转速之前，建立数据表，其中，所述数据表用于记录所述母线电压的升高幅度与所述永磁同步电机的转速之间的映射关系。
进一步地，所述控制器具体被配置为：接收多组母线电压的升高幅度与电机转速之间的映射关系数据；根据多组所述母线电压的升高幅度与所述电机转速之间的映射关系数据标定得到所述数据表。
进一步地，所述控制器被具体配置为：查找所述数据表中对应于所述母线电压升高幅度的所述永磁同步电机的目标转速值，将所述目标转速值作为所述永磁同步电机的转速。
根据本发明实施例的永磁同步电机，在永磁同步电机启动之前，通过向第一下桥臂开关器件、第二下桥臂开关器件和第三下桥臂开关器件中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号，在脉冲信号的低电平期间，获取母线电容两端的母线电压，根据母线电压估算永磁同步电机的转速，无需增加反电动势检测电路，即可对电机转速进行估算，具有成本低、简单方便的优点。
本发明的进一步实施例还公开了一种永磁同步电机的转速估算方法，用于如上述任一实施例所述的永磁同步电机，所述方法包括：向第一下桥臂开关器件、第二下桥臂开关器件和第三下桥臂开关器件中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号；在所述脉冲信号的低电平期间，获取母线电容两端的母线电压；根据所述母线电压估算所述永磁同步电机的转速。
根据本发明实施例的永磁同步电机的转速估算方法，在永磁同步电机启动之前，通过向第一下桥臂开关器件、第二下桥臂开关器件和第三下桥臂开关器件中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号，在脉冲信号的低电平期间，获取母线电容两端的母线电压，根据母线电压估算永磁同步电机的转速，无需增加反电动势检测电路，即可对电机转速进行估算，具有成本低、简单方便的优点。
本发明的进一步实施例还公开了一种空调器，包括如上述任一实施例所述的永磁同步电机。
根据本发明实施例的空调器，在永磁同步电机启动之前，通过向第一下桥臂开关器件、第二下桥臂开关器件和第三下桥臂开关器件中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号，在脉冲信号的低电平期间，获取母线电容两端的母线电压，根据母线电压估算永磁同步电机的转速，无需增加反电动势检测电路，即可对电机转速进行估算，具有成本低、简单方便的优点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的永磁同步电机的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的永磁同步电机的感应电流流向示意图；
图3是根据本发明另一个实施例的永磁同步电机的感应电流流向示意图；
图4是根据本发明一个实施例的永磁同步电机的转速估算方法的流程图；
图5是根据本发明一个实施例的根据母线电压估算电机转速的流程图；
图6是根据本发明一个实施例的建立数据表的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图1-图6描述根据本发明实施例的永磁同步电机及其转速估算方法、空调器。
图1是根据本发明一个实施例的永磁同步电机的结构示意图。如图1所示，一种永磁同步电机，包括：电机本体M、控制器(图中未示出)、第一桥臂开关器件、第二桥臂开关器件、第三桥臂开关器件和母线电容C1。其中，第一桥臂开关器件、第二桥臂开关器件、第三桥臂开关器件和母线电容C1之间相互并联连接，电机本体M内设置有三相电机绕组；第一桥臂开关器件包括第一上桥臂开关器件Q1和第一下桥臂开关器件Q4，第二桥臂开关器件包括第二上桥臂开关器件Q2和第二下桥臂开关器件Q5，第三桥臂开关器件包括第三上桥臂开关器件Q3和第三下桥臂开关器件Q6；第一上桥臂开关器件Q1、第一下桥臂开关器件Q4、第二上桥臂开关器件Q2、第二下桥臂开关器件Q5、第三上桥臂开关器件Q3和第三下桥臂开关器件Q6上均反向并联一个二极管；第一上桥臂开关器件Q1和第一下桥臂开关器件Q4之间的连接点、第二上桥臂开关器件Q2和第二下桥臂开关器件Q5之间的连接点、以及第三上桥臂开关器件Q3和第三下桥臂开关器件Q6之间的连接点分别对应连接永磁同步电机的三相电机绕组的一端，即U，W，Y。控制器被配置为：向第一下桥臂开关器件Q4、第二下桥臂开关器件Q5和第三下桥臂开关器件Q6中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号，在脉冲信号的低电平期间，获取母线电容C1两端的母线电压，根据母线电压估算永磁同步电机的转速。
具体而言，永磁同步电机在启动之前，在受到外力，例如外界气流的影响而处于旋转状态时，在三相电机绕组之间会存在感应电动势，此时若向第一下桥臂开关器件Q4、第二下桥臂开关器件Q5和第三下桥臂开关器件Q6中的至少两个，例如第一下桥臂开关器件Q4、第二下桥臂开关器件Q5输出预设占空比的脉冲信号，在脉冲信号的高电平期间，第一下桥臂开关器件Q4和第二下桥臂开关器件Q5处于导通状态，则在U-Q4-Q5-W之间会产生感应电流(如图2所示)，而在脉冲信号的低电平期间，第一下桥臂开关器件Q4和第二下桥臂开关器件Q5处于断开状态。由于第一下桥臂开关器件Q4和第二下桥臂开关器件Q5由导通状态切换为断开状态时，U和W之间的回路被切断，但由于电机绕组电感的存在，感应电流无法立即降为零，而是继续保持原来的方向继续流动，此时U端电压会被抬高到母线电压以上，使得与第一上桥臂开关器件Q1反向并联的二极管导通，感应电流经与第一上桥臂开关器件Q1反向并联的二极管给母线电容C1充电(如图3所示)，使母线电容C1两端的电压被抬高，因此，可以根据母线电容C1两端的母线电压来估算永磁同步电机的转速，该估算永磁同步电机转速的方法无需增加反电动势检测电路，即可在永磁同步电机启动之前，对电机转速进行估算，以进一步对永磁同步电机的启动过程进行控制，具有成本低、简单方便的优点。
在本发明的一个实施例中，该永磁同步电机，还包括：电压采样单元。该电压采样单元与母线电容C1并联连接，控制器被具体配置为：在脉冲信号的低电平期间，通过电压采样单元采样母线电容C1两端的母线电压。具体的，如图1-3所示，电压采样单元包括串联连接的第一采样电阻R1和第二采样电阻R2，将第一采样电阻R1和第二采样电阻R2的连接点处的电压作为所述母线电压。
在本发明的一个实施例中，所述控制器被具体配置为：获取母线电压的升高幅度；根据母线电压的升高幅度估算永磁同步电机的转速。其中，母线电压的升高幅度与永磁同步电机的转速成正比。
具体而言，永磁同步电机在受到外力作用时，其旋转速度越大，母线电压的升高幅度越大，因此，可以通过母线电压的升高幅度估算永磁同步电机的转速，即无需增加反电动势检测电路，即可在永磁同步电机启动之前，对电机转速进行估算，以进一步对永磁同步电机的启动过程进行控制，具有成本低、简单方便的优点。
在本发明的一个实施例中，在根据母线电压的升高幅度估算永磁同步电机的转速之前，建立数据表。其中，数据表用于记录母线电压的升高幅度与永磁同步电机的转速之间的映射关系。
具体而言，数据表中，母线电压的升高幅度与永磁同步电机的转速之间是一一对应的关系。永磁同步电机在受到外力作用时，当获取到母线电压的升高幅度后，可以根据当前母线电压的升高幅度查表获取永磁同步电机的转速。因此，在对永磁同步电机的转速进行估算前，需要建立数据表，以通过数据表对电机转速进行估算。
在本发明的一个实施例中，所述控制器具体被配置为：接收多组母线电压的升高幅度与电机转速之间的映射关系数据；根据多组母线电压的升高幅度与电机转速之间的映射关系数据标定得到数据表。
在具体实施例中，在建立数据表时，需要接收多组母线电压的升高幅度与电机转速之间的映射关系数据，多组母线电压的升高幅度与电机转速之间的映射关系数据可以根据实验测定，即对于不同的母线电压升高幅度，对电机的转速进行标定。进一步的，可以根据多组母线电压的升高幅度与电机转速之间的映射关系数据，拟合得到母线电压的升高幅度与电机转速之间的关系曲线，以在获取到母线电压的升高幅度后，根据拟合后的关系曲线得到对应于升高幅度的目标电机转速。
在本发明的一个实施例中，所述控制器被具体配置为：查找数据表中对应于母线电压升高幅度的永磁同步电机的目标转速值，将目标转速值作为永磁同步电机的转速。
具体而言，数据表中的母线电压升高幅度可以是多个连续的数据范围。在实际应用中，当获取到母线电压的升高幅度后，根据该母线电压的升高幅度所处的数值范围，确定对应于该母线电压的升高幅度的目标转速值，该目标转速值即为永磁同步电机的转速。即在永磁同步电机启动之前，无需增加反电动势检测电路，即可对电机转速进行估算，具有成本低、简单方便的优点。
根据本发明实施例的永磁同步电机，在永磁同步电机启动之前，通过向第一下桥臂开关器件Q4、第二下桥臂开关器件Q5和第三下桥臂开关器件Q6中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号，在脉冲信号的低电平期间，获取母线电容C1两端的母线电压，根据母线电压估算永磁同步电机的转速，无需增加反电动势检测电路，即可对电机转速进行估算，具有成本低、简单方便的优点。
本发明的进一步实施例还公开了一种永磁同步电机的转速估算方法，用于如上述任一实施例所述的永磁同步电机。图4是根据本发明一个实施例的永磁同步电机的转速估算方法的流程图。如图4所示，一种永磁同步电机的转速估算方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1:向第一下桥臂开关器件、第二下桥臂开关器件和第三下桥臂开关器件中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号。
步骤S2:在脉冲信号的低电平期间，获取母线电容两端的母线电压。
步骤S3:根据母线电压估算永磁同步电机的转速。
在本发明的一个实施例中，在脉冲信号的低电平期间，获取母线电容两端的母线电压，包括：在脉冲信号的低电平期间，通过电压采样单元采样母线电容两端的母线电压。
在本发明的一个实施例中，电压采样单元包括串联连接的第一采样电阻和第二采样电阻，将第一采样电阻和第二采样电阻的连接点处的电压作为母线电压。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，根据母线电压估算永磁同步电机的转速，包括：获取母线电压的升高幅度；根据母线电压的升高幅度估算永磁同步电机的转速。
在本发明的一个实施例中，母线电压的升高幅度与永磁同步电机的转速成正比。
在本发明的一个实施例中，在根据母线电压的升高幅度估算永磁同步电机的转速之前，还包括：建立数据表，其中，数据表用于记录母线电压的升高幅度与永磁同步电机的转速之间的映射关系。
在本发明的一个实施例中，如图6所示，建立数据表，包括：接收多组母线电压的升高幅度与电机转速之间的映射关系数据；根据多组母线电压的升高幅度与电机转速之间的映射关系数据标定得到数据表。
在本发明的一个实施例中，根据母线电压的升高幅度估算永磁同步电机的转速，包括：查找数据表中对应于母线电压升高幅度的永磁同步电机的目标转速值，将目标转速值作为永磁同步电机的转速。
需要说明的是，本发明实施例的永磁同步电机的转速估算方法在进行永磁同步电机的转速估算时，其具体实现方式与本发明实施例的永磁同步电机控制器的控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
根据本发明实施例的永磁同步电机的转速估算方法，在永磁同步电机启动之前，通过向第一下桥臂开关器件、第二下桥臂开关器件和第三下桥臂开关器件中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号，在脉冲信号的低电平期间，获取母线电容两端的母线电压，根据母线电压估算永磁同步电机的转速，无需增加反电动势检测电路，即可对电机转速进行估算，具有成本低、简单方便的优点。
本发明的进一步实施例还公开了一种空调器，包括如上述任一实施例所述的永磁同步电机。
需要说明的是，本发明实施例的空调器在进行永磁同步电机的转速估算时，其具体实现方式与本发明实施例的永磁同步电机控制器的控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
根据本发明实施例的空调器，在永磁同步电机启动之前，通过向第一下桥臂开关器件、第二下桥臂开关器件和第三下桥臂开关器件中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号，在脉冲信号的低电平期间，获取母线电容两端的母线电压，根据母线电压估算永磁同步电机的转速，无需增加反电动势检测电路，即可对电机转速进行估算，具有成本低、简单方便的优点。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机，其特征在于，包括：电机本体、控制器、第一桥臂开关器件、第二桥臂开关器件、第三桥臂开关器件和母线电容，其中，所述第一桥臂开关器件、所述第二桥臂开关器件、所述第三桥臂开关器件和所述母线电容之间相互并联连接，所述电机本体内设置有三相电机绕组；
所述第一桥臂开关器件包括第一上桥臂开关器件和第一下桥臂开关器件，所述第二桥臂开关器件包括第二上桥臂开关器件和第二下桥臂开关器件，所述第三桥臂开关器件包括第三上桥臂开关器件和第三下桥臂开关器件；
所述第一上桥臂开关器件、所述第一下桥臂开关器件、所述第二上桥臂开关器件、所述第二下桥臂开关器件、所述第三上桥臂开关器件和所述第三下桥臂开关器件上均反向并联一个二极管；
所述第一上桥臂开关器件和所述第一下桥臂开关器件之间的连接点、所述第二上桥臂开关器件和所述第二下桥臂开关器件之间的连接点和所述第三上桥臂开关器件和所述第三下桥臂开关器件之间的连接点分别对应连接所述永磁同步电机的三相电机绕组的一端；
所述控制器被配置为：向所述第一下桥臂开关器件、所述第二下桥臂开关器件和所述第三下桥臂开关器件中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号，在所述脉冲信号的低电平期间，获取所述母线电容两端的母线电压，根据所述母线电压估算所述永磁同步电机的转速。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，还包括：电压采样单元，所述电压采样单元与所述母线电容并联连接，所述控制器被具体配置为：
在所述脉冲信号的低电平期间，通过所述电压采样单元采样所述母线电容两端的母线电压。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机，其特征在于，所述电压采样单元包括串联连接的第一采样电阻和第二采样电阻，所述控制器被具体配置为：将所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的连接点处的电压作为所述母线电压。
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述控制器被具体配置为：
获取所述母线电压的升高幅度；
根据所述母线电压的升高幅度估算所述永磁同步电机的转速。
5.根据权利要求4所述的永磁同步电机，其特征在于，所述母线电压的升高幅度与所述永磁同步电机的转速成正比。
6.根据权利要求4所述的永磁同步电机，其特征在于，所述控制器被具体配置为：在根据所述母线电压的升高幅度估算所述永磁同步电机的转速之前，建立数据表，其中，所述数据表用于记录所述母线电压的升高幅度与所述永磁同步电机的转速之间的映射关系。
7.根据权利要求6所述的永磁同步电机，其特征在于，所述控制器具体被配置为：
接收多组母线电压的升高幅度与电机转速之间的映射关系数据；
根据多组所述母线电压的升高幅度与所述电机转速之间的映射关系数据标定得到所述数据表。
8.根据权利要求7所述的永磁同步电机，其特征在于，所述控制器被具体配置为：
查找所述数据表中对应于所述母线电压升高幅度的所述永磁同步电机的目标转速值，将所述目标转速值作为所述永磁同步电机的转速。
9.一种永磁同步电机的转速估算方法，其特征在于，用于如权利要求1-8任一项所述的永磁同步电机，所述方法包括：
向第一下桥臂开关器件、第二下桥臂开关器件和第三下桥臂开关器件中的至少两个输出预设占空比的脉冲信号；
在所述脉冲信号的低电平期间，获取母线电容两端的母线电压；
根据所述母线电压估算所述永磁同步电机的转速。
10.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的永磁同步电机。
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