用於降低電動機中扭矩波動的系統的製作方法

2023-05-30 04:18:26 1

用於降低電動機中扭矩波動的系統的製作方法
【專利摘要】提供了一種電動機控制系統。所述電動機控制系統包括電動機、位置傳感器、電流傳感器和控制模塊。所述電動機具有轉子和定子。所述電動機基於施加到所述電動機的相電流來生成輸出扭矩。由所述電動機生成的輸出扭矩形成在預定範圍內的扭矩波動。所述位置傳感器監測所述電動機來確定轉子位置。所述電流傳感器監測所述電動機來確定所述相電流。所述控制模塊與所述電動機、所述位置傳感器和所述電流傳感器通信。所述控制模塊包括查詢表，所述查詢表存儲相電流命令的值。所述控制模塊基於所述轉子位置和所述相電流來確定來自所述查詢表的相電流命令。
【專利說明】用於降低電動機中扭矩波動的系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於電動機的控制系統，更具體涉及一種用於施加相電流到電動機的控制系統。

【背景技術】
[0002]開關式磁阻電動機(SRM)是一種將磁阻扭矩轉化成機械功率的類型的電動機。SRM相對地能耐受故障(例如，在短路故障時沒有堵轉扭矩並且在逆變電路中沒有直通故障)。SRM不包括磁體，並且因此不產生齒槽扭矩(齒槽扭矩是由轉子的永磁體與定子的槽之間的相互作用形成的)。此外，SRM還具有相對高的運行溫度、集中的電動機繞組和相對簡單和堅固的結構。然而，SRM還產生相對高的扭矩波動以及可聽見的噪聲。扭矩波動通常限定為在SRM輸出軸的輸出扭矩上的周期性增加或降低。
[0003]電動轉向(EPS)應用中採用的電動機通常需要產生相對低的扭矩波動和低的可聽見的噪聲。因此，由SRM產生的扭矩波動和可聽見的噪聲可能需要在用於EPS應用之前降低。


【發明內容】

[0004]在一個實施方式中，提供了一種電動機控制系統。所述電動機控制系統包括電動機、位置傳感器、電流傳感器和控制模塊。所述電動機具有轉子和定子。所述電動機基於施加到電動機的相電流來生成輸出扭矩。由電動機生成的所述輸出扭矩形成在預定範圍內的扭矩波動。所述位置傳感器監測所述電動機來確定轉子位置。所述電流傳感器監測所述電動機來確定所述相電流。所述控制模塊與所述電動機、所述位置傳感器和所述電流傳感器通信。所述控制模塊包括查詢表，所述查詢表存儲相電流命令的值。所述相電流命令配置成用於通過所述電動機生成在所述預定範圍內的扭矩波動。所述控制模塊基於所述轉子位置和所述相電流來確定來自所述查詢表的相電流命令。所述相電流命令指示施加到所述電動機的相電流。所述控制模塊基於所述相電流命令發送控制信號到所述電動機以便生成所述輸出扭矩。
[0005]在另一個實施方式中，提供了一種控制電動機的方法，其中所述電動機基於施加到所述電動機的相電流來生成輸出扭矩。所述方法包括確定所述電動機的轉子位置。所述方法包括施加到所述電動機的相電流。所述方法包括通過控制模塊基於所述轉子位置和所述相電流來確定來自查詢表的相電流命令。所述相電流命令配置成用於通過所述電動機生成在所述預定範圍內的扭矩波動。所述查詢表存儲相電流命令的值。所述方法包括基於所述相電流命令來發送控制信號到所述電動機。所述方法包括由所述電動機生成所述輸出扭矩，所述輸出扭矩形成在預定範圍內的扭矩波動。
[0006]在又一個實施方式中，提供了一種電動機控制系統，所述電動機控制系統具有電動機、位置傳感器和控制模塊。所述電動機具有轉子和定子。所述電動機基於施加到所述電動機的扭矩命令信號來生成輸出扭矩。所述位置傳感器監測所述電動機以便確定所述電動機的轉子位置。所述控制模塊與所述電動機和所述位置傳感器通信。所述控制模塊接收所述轉子位置和所述扭矩命令信號來作為輸入。所述扭矩命令信號是基於瞬時參考電流的。所述控制模塊發送所述扭矩命令信號到所述電動機。由所述電動機生成的所述輸出扭矩形成在預定範圍內的扭矩波動。
[0007]根據下面結合附圖的描述，這些以及其他優點和特徵將變得更清楚。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]被認為是本發明的主題物被特別地指出並且在詳細說明結尾處的權利要求書中清楚地要求保護。本發明的前述以及其他特徵和優點將通過下面結合附圖進行的詳細描述而變得顯而易見，其中:
圖1是根據本發明的示例性實施方式的電動機的橫截面視圖；
圖2是圖表，示出了由根據本發明的另一個示例性實施方式的圖1所示的電動機形成的示例性扭矩-電流-角度特性(還標示為T-1- Θ )；
圖3是示例性方框圖，示出了根據本發明的又一個示例性實施方式的電動機的控制系統；
圖4是根據本發明的另一個示例性實施方式的用於圖1所示的電動機的一組理想電流曲線曲線的圖示；
圖5是根據本發明的又一個示例性實施方式的在圖5所示的理想電流曲線中的一個以及調節曲線的圖示；
圖6是根據本發明的另一個示例性實施方式的最終曲線以及圖5所示的調節曲線的圖示；
圖7是根據本發明的又一個示例性實施方式的測試裝置的示例性方框圖；
圖8是根據本發明的另一個示例性實施方式的用於圖3所示的電動機的換相次序的示例性圖示；以及
圖9是根據本發明的又一個示例性實施方式的圖3所示的控制模塊的備選實施方式的圖示。

【具體實施方式】
[0009]現參閱附圖，在圖中將參閱【具體實施方式】描述而非限制本發明，圖1是電動機10的橫截面視圖。在一個不例性實施方式中，電動機10可以是開關式磁阻電動機(SRM)。然而，應當理解的是，還可以使用如下的任何類型的電動機:由電動機產生的輸出扭矩直接相關於供應到所述電動機的電流的各個相。在一種方法中，電動機10可用於電動轉向(EPS)系統中，然而，應當理解的是，電動機10還可用於各種其他應用。電動機10包括定子20和轉子22。
[0010]定子20包括定子外周邊或邊緣24以及多個向內延伸的定子極靴30。每個定子極靴30都包括大體上對置的側面32以及定子極靴寬度34。在一個實施方式中，定子極靴30的側面32可以朝向電動機10的中心軸線A-A向內取向或成錐形。定子極靴寬度34通過定子極靴30中的一個的最內側邊緣36測量，其中所述最內側邊緣36代表定子極靴30的定位或取向成最接近於中心軸線A-A的表面。定子20還包括定子軛鐵厚度40。定子軛鐵厚度40是在定子外邊緣24與槽38之間測量的，所述槽38定位在定子極靴30的兩個之間。
[0011]轉子22被容納在定子20的孔口 42內，並且包括多個向外延伸的極靴50、轉子外半徑52和轉子內半徑54。轉子外半徑52和轉子內半徑54都是相對於電動機10的中心軸線A-A測量的。轉子極靴50中的每個都包括大體上與側面57對置的轉子極靴寬度56以及最外側邊緣58。最外側邊緣58代表轉子極靴50的定位或者取向成距離中心軸線A-A最遠的表面。轉子外半徑52是通過轉子極靴50中的一個的最外側邊緣58測量的。轉子內半徑54是沿著槽60測量的,所述槽60定位在轉子極靴50的兩個之間。轉子極靴寬度56是通過轉子極靴50中的一個的最外側邊緣58測量的。
[0012]圖2是示出了由圖1所示的電動機10形成的示例性扭矩-電流-角度特性(還標示為T-1- Θ )的圖表。所述扭矩-電流-角度特性可以在電動機10的參數掃描期間確定，其中y軸線代表由電動機10產生的扭矩(以Nm為單位測量)並且x軸線代表電動機10的轉子位置(以度為單位測量)。圖表示出了多個曲線P1-P8，其中每個曲線都代表供應到電動機10的單個相的固定量的電流。電動機10的參數掃描是通過反覆調節供應到電動機10的固定電流的量來執行的，而電動機10的其他運行參數是恆定的。應當指出的是，圖2所示的示例性扭矩-電流-角度特性不考慮由供應到電動機10的其他電流相產生的互相耦合影響。應當指出的是，扭矩-電流-角度特性用於確定最終電流曲線120，所述最終電流曲線120在圖6中示出，並且在下面更詳細地描述。
[0013]現參閱圖1-2，電動機10的各種尺寸可以選定為使得在參數掃描期間，電動機10產生扭矩曲線P1-P8，所述扭矩曲線P1-P8每個都相對於X軸線(例如，代表轉子位置的軸線)大體上對稱。電動機10的各種尺寸還可以選定為使得每個曲線P1-P8的扭矩產生部分46相對於Y軸線大體上是平的。例如,在一個實施方式中，扭矩曲線P1-P8中的每個的扭矩產生部分46是大體上平的並且相對於I軸線的改變不大於+/-10個百分點。在圖2所示的實施方式中，扭矩曲線P1-P8中的每個的扭矩產生部分46相對於X軸線從大約九十度到大約二百七十度變動(例如，扭矩曲線P1-P8中的每個的扭矩產生部分46都具有相對於X軸線大約180度的跨度)。在一個實施方式中，可被選定為產生扭矩曲線P1-P8的電動機10的各種尺寸包括，例如，定子極靴寬度34、定子軛鐵厚度40、轉子外半徑52、轉子內半徑54和轉子極靴寬度56。
[0014]圖3是示出了電動機10的控制系統70的方框圖。控制系統70包括電動機10、位置傳感器72、電流傳感器74、控制模塊76和功率轉換器78。位置傳感器72可用於確定電動機10(圖1)的轉子22的位置或電角度位置。在一個示例性實施方式中，位置傳感器72可以是生成轉子位置信號80的軸角度轉換器，所述轉子位置信號80代表轉子22 (圖1)的位置。電流傳感器74檢測施加到電動機10的線圈繞組(未示出)的相電流，並且生成施加到電動機10的相電流的相電流信號82。
[0015]控制模塊76基於轉子位置信號80和相電流信號82通過功率轉換器78來控制電動機10的運行。在各種實施方式中,控制模塊76可包括一個或多個子模塊和數據存儲器。如在此使用的，術語「模塊」和「子模塊」涉及專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一個或多個軟體或固件程序的處理器(共享的、專用的或成組的)和存儲器，或者提供期望的功能的組合邏輯電路。
[0016]控制模塊76從位置傳感器72接收轉子位置信號80以及從電流傳感器74接收電流信號82作為輸入。控制模塊76與功率轉換器78通信。控制模塊76生成發送到功率轉換器78的扭矩命令信號88。扭矩命令信號88基於轉子位置信號80和電流信號82。功率轉換器78聯接到功率供應90，並且響應於從控制模塊76接收到的扭矩命令信號88而施加相電流到電動機10的定子繞組(未示出)。在一個示例性實施方式中，電動機10可以是三相電動機，其中電流以如A相、B相和C相的相而施加。電動機10基於由功率轉換器78施加的相電流來生成扭矩輸出T。
[0017]在如圖3所示的實施方式中，控制模塊76包括查詢表84。查詢表84存儲相電流命令的值。控制模塊76基於轉子位置信號80和電流信號82確定來自查詢表84的具體相電流命令。控制模塊76可以隨後將來自查詢表84的電流命令值轉化或變換成扭矩命令信號88，所述扭矩命令信號88發送到功率轉換器78。在一個實施方式中，已經憑經驗確定了存儲在查詢表84中的電流命令值，使得在電動機10的運行期間，由電動機10生成的扭矩輸出T大體上沒有扭矩波動。扭矩波動可以限定為最大扭矩Tmax與最小扭矩Tmin之間的差值與在具體時段期間的平均扭矩Tavg之比的百分數，並且可由公式I計算:
(Tmax-Tmin/Tavg) X 100=扭矩波動公式 I。
[0018]大體上沒有扭矩波動可以限定為在預定範圍內的扭矩波動的量。例如，在一個實施方式中，大體上沒有扭矩波動可以限定為不超過大約百分之二的扭矩波動。然而，應當理解的是，扭矩波動的量可以基於電動機10的具體需求而改變。在另一種方法中，大體上沒有扭矩波動可以是大約百分之零。
[0019]在一個實施方式中，存儲在查詢表84中的電流命令值可以通過圖4-7中描述的方法來確定。現在轉至圖4，示出了電動機10(圖3)的對於單相電流(例如，圖3所示的A相、B相或C相中的任一個)的一組理想電流曲線100A-100N。當供應到電動機10(圖3)的時候，每個理想電流曲線100A-100N都生成具體量的扭矩。隨著供應到電動機10的電流的量的增加，由電動機10產生的扭矩的量也增加。基於電動機10的轉子位置，理想電流曲線100A-100N每個都包括第一運行區域Θ 1、第二運行區域Θ 2和第三運行區域Θ3。每個理想電流曲線100A-100N還包括在第一運行區域Θ I (它在圖4中被標示為SI)和第三運行區域Θ 3(它在圖4中被標示為S3)中的傾斜或成角度曲線以及在第二運行區域Θ 2中的大體上水平的曲線。第二運行區域Θ 2中由電動機10生成的扭矩是大體上恆定的。
[0020]第一運行區域Θ I的斜度SI和第三運行區域Θ 3的斜度S3是基於電動機10的具體扭矩-速度特性的。在一個實施方式中，第一運行區域Θ I的成角度的曲線的斜度SI以及第三運行區域Θ 3的斜度S3 二者都可以是的電動機10的最大運行速度(電動機10的最大速度基於具體理想電流曲線100A-100N改變)、電動機10的相感應係數和電動機10的施加電壓的函數，並且可以通過如下的公式2表達:

【權利要求】
1.一種電動機控制系統,包括: 具有轉子和定子的電動機，所述電動機配置成用於基於施加到所述電動機的相電流來生成輸出扭矩，所述輸出扭矩形成在預定範圍內的扭矩波動； 位置傳感器，所述位置傳感器用於監測所述電動機來確定轉子位置； 電流傳感器，所述電流傳感器用於監測所述電動機來確定所述相電流； 控制模塊，所述控制模塊與所述電動機、所述位置傳感器和所述電流傳感器通信，所述控制模塊包括查詢表，所述查詢表存儲施加到所述電動機的相電流命令的值，所述相電流命令配置成用於通過所述電動機生成在所述預定範圍內的扭矩波動，所述控制模塊配置成用於: 基於所述轉子位置和所述相電流確定來自所述查詢表的具體相電流命令，所述相電流命令指示施加到所述電動機的相電流；以及 發送控制信號到所述電動機以生成所述輸出扭矩，所述控制信號是基於所述具體相電流命令的。
2.如權利要求1所述的電動機控制系統，其中，存儲在所述查詢表中的相電流命令是基於具體量的電流的，所述具體量的電流在所述電動機的具體轉子位置處被供應到所述電動機以生成需要量的扭矩。
3.如權利要求2所述的電動機控制系統，其中，供應到所述電動機來生成所述需要量的扭矩的具體量的電 流由調節電流曲線表示。
4.如權利要求3所述的電動機控制系統，其中，通過考慮在電動機的換相期間產生的互相耦合影響將所述調節電流曲線修改成最終電流曲線。
5.如權利要求4所述的電動機控制系統，其中，所述最終電流曲線存儲在所述查詢表中，並且所述相電流命令是基於所述最終電流曲線的。
6.如權利要求1所述的電動機控制系統，其中，所述扭矩波動是在最大扭矩輸出與最小扭矩輸出之間的差值與在具體時段期間的電動機平均扭矩輸出之比的百分數。
7.如權利要求1所述的電流控制系統，其中，所述扭矩波動的預定範圍不超過大約百分之二。
8.如權利要求1所述的電動機控制系統，其中，所述電動機是三相電動機。
9.如權利要求1所述的電動機控制系統，其中，所述電動機是開關式磁阻電動機(SRM)。
10.一種控制電動機的方法，所述方法包括: 確定所述電動機的轉子位置； 確定施加到所述電動機的相電流； 確定具體相電流命令，並且其中所述相電流命令配置成用於由所述電動機生成在預定範圍內的扭矩波動； 基於所述具體相電流命令發送控制信號到所述電動機；以及 通過所述電動機生成輸出扭矩，所述輸出扭矩形成在預定範圍內的扭矩波動。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述相電流命令存儲在查詢表中並且是基於具體量的電流的，所述具體量的電流在所述電動機的具體轉子位置處被供應到所述電動機以生成需要量的扭矩。
12.如權利要求11所述的方法，其中，供應到所述電動機來生成所述需要量的扭矩的具體量的電流由調節電流曲線表示。
13.如權利要求12所述的方法，其中，通過考慮在電動機的換相期間產生的互相耦合影響將所述調節電流曲線修改成最終電流曲線。
14.如權利要求13所述的方法，其中，所述最終電流曲線存儲在所述查詢表中，並且所述相電流命令是基於所述最終電流曲線的。
15.—種電動機控制系統,包括: 具有轉子和定子的電動機，所述電動機基於施加到所述電動機的扭矩命令信號來生成輸出扭矩，生成的所述輸出扭矩形成在預定範圍內的扭矩波動； 位置傳感器，所述位置傳感器用於監測所述電動機以確定所述電動機的轉子位置； 控制模塊，所述控制模塊與所述電動機和所述位置傳感器通信，所述控制模塊配置成用於: 接收所述轉子位置和所述扭矩命令信號來作為輸入，所述扭矩命令信號基於瞬時參考電流；以及 發送所述扭矩命令信號到所述電動機； 其中，基於所述轉 子位置和所述扭矩命令信號而確定瞬時參考電流使用了傅立葉級數分析，並且被表達為:
其中，i是瞬時參考電流、T是扭矩命令信號、是轉子位置信號、η是諧波的數量、an是第一傅立葉係數、bn是第二傅立葉係數、並且ω。是基礎頻率。
【文檔編號】H02P25/08GK104052345SQ201410089681
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2013年3月11日
【發明者】R.米凱爾, M.S.伊斯拉姆, Y.索澤爾, I.海珊 申請人:操縱技術Ip控股公司