用于同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在公知的永磁同步電機中，永磁體置于轉(zhuǎn)子中，轉(zhuǎn)子在永磁體與通過定子產(chǎn)生的 旋轉(zhuǎn)磁場之間的相互作用下進行旋轉(zhuǎn)。作為一種對這類電機的轉(zhuǎn)矩進行檢測的方法，專利 文獻1(日本專利申請No.HeilO-28354)公開了一種使用轉(zhuǎn)矩傳感器檢測轉(zhuǎn)矩的方法。
[0003] 不過，如專利文獻1所述的那樣將轉(zhuǎn)矩傳感器附接至電機的旋轉(zhuǎn)部分會降低電機 的壽命和可靠性。另外，附接轉(zhuǎn)矩傳感器會增加成本。
[0004] 有鑒于以上問題而提出了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種用于同步電機的轉(zhuǎn)矩 估計系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)無需轉(zhuǎn)矩傳感器即能夠在電機的從零速度到較高轉(zhuǎn)數(shù)的寬操作 范圍內(nèi)精確地估計電機的轉(zhuǎn)矩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面的用于同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)將頻率與用于驅(qū)動所述 同步電機的基波的頻率不同的電壓或電流疊加在所述同步電機的至少d軸上，根據(jù)疊加的 電壓或電流以及通過疊加得到的電流或電壓來估計永磁體的溫度，并根據(jù)估計的永磁體的 溫度來估計同步電機的轉(zhuǎn)矩。
【附圖說明】
[0006] 圖1是本發(fā)明第一實施例中的永磁體同步電機的控制裝置的系統(tǒng)構(gòu)造圖。
[0007] 圖2是用于說明本發(fā)明第一實施例中的永磁體溫度估計的原理的示圖。
[0008] 圖3是本發(fā)明第一實施例中的磁體溫度估計單元的構(gòu)造圖。
[0009] 圖4是用于說明諧波阻抗實部與永磁體溫度之間的關(guān)系的曲線圖。
[0010] 圖5是用于說明永磁體溫度與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系的曲線圖。
[0011] 圖6是本發(fā)明第一實施例中的磁體溫度估計單元的修改示例1的構(gòu)造圖。
[0012] 圖7是用于說明定子線圈溫度與定子線圈電阻值之間的關(guān)系的曲線圖。
[0013] 圖8是本發(fā)明第一實施例中的磁體溫度估計單元的修改示例2的構(gòu)造圖。
[0014] 圖9是本發(fā)明第一實施例中的磁體溫度估計單元的修改示例3的構(gòu)造圖。
[0015] 圖10是用于說明d軸基波電流值與用于補償諧波阻抗實部的補償量之間的關(guān)系 的曲線圖。
[0016] 圖11是用于說明q軸基波電流值與用于補償諧波阻抗實部的補償量之間的關(guān)系 的曲線圖。
[0017] 圖12是本發(fā)明第二實施例中的永磁同步電機的控制裝置的系統(tǒng)構(gòu)造圖。
[0018] 圖13是本發(fā)明第二實施例中的磁體溫度估計單元的構(gòu)造圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。
[0020] [第一實施例]
[0021] 圖1是本發(fā)明第一實施例中的永磁體同步電機的控制裝置的系統(tǒng)構(gòu)造圖。如圖1 所示，永磁體同步電機的控制裝置1包括電流控制器4、坐標(biāo)變換裝置6和11、電力轉(zhuǎn)換器 7、帶阻濾波器9、帶通濾波器10、諧振控制器13、磁體溫度估計單元14和轉(zhuǎn)矩估計單元15， 以對電機2進行控制。注意在附圖中，兩條斜線表示二維矢量，三條斜線表示三維矢量。
[0022] 如圖2所示，電機2是三相永磁同步電機（PMSM)，其構(gòu)造為使包括永磁體32的轉(zhuǎn) 子31在定子30內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)。在定子30內(nèi)提供多個槽縫33,定子線圈34繞制在每個槽縫33 中。通過將三相電功率供給定子線圈34來產(chǎn)生電流磁通，并且每個永磁體32產(chǎn)生磁體磁 通。注意，溫度傳感器35測量定子線圈34的溫度。
[0023] 接下來使用圖2對實施例中的永磁體溫度估計的原理進行說明。在該實施例中， 將諧波電壓V h疊加在定子線圈34上，并基于隨著所產(chǎn)生的諧波電流值Ih變化的諧波阻抗 Zh的實部Rd來估計永磁體32的溫度。電機2的等效電路如圖2所圖示，其中R。代表定子 線圈的電阻值，L。代表定子線圈的電感，R m代表永磁體32的電阻值，Lm代表永磁體32的電 感。根據(jù)諧波電壓Vh以及通過將諧波電壓V h疊加到等效電路上所產(chǎn)生的諧波電流值Ih來 計算諧波阻抗Zh，并表達為Z h = Vh/Ih。另外，諧波阻抗Zh的實部Rd由公式（1)表達。
[0024] [公式 1]
【主權(quán)項】
1. 一種用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，包括： 疊加單元，其構(gòu)造為將頻率與用于驅(qū)動所述同步電機的基波的頻率不同的電壓或電流 疊加在所述同步電機的至少d軸上； 磁體溫度估計單元，其構(gòu)造為根據(jù)疊加的電壓或電流以及通過疊加得到的電流或電壓 來估計所述永磁體的溫度；和 轉(zhuǎn)矩估計單元，其構(gòu)造為根據(jù)估計的所述永磁體的溫度來估計所述同步電機的轉(zhuǎn)矩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，其中 所述疊加單元僅將頻率與所述基波的頻率不同的電壓或電流疊加在所述同步電機的d軸上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，其中 所述疊加單元以預(yù)定的間隔疊加頻率與所述基波的頻率不同的電壓或電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，其中 所述轉(zhuǎn)矩估計單元基于估計的所述永磁體的溫度以及預(yù)先得到的所述永磁體的溫度 與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系來估計轉(zhuǎn)矩。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，還包括： 計算器，其構(gòu)造為根據(jù)疊加的電壓或電流以及通過疊加得到的電流或電壓來計算所述 同步電機的阻抗；和 溫度測量單元，其構(gòu)造為測量所述同步電機的定子線圈的溫度，其中 當(dāng)所述疊加單元將頻率與所述基波的頻率不同的電壓或電流疊加在所述同步電機上 時，所述計算器根據(jù)所述溫度測量單元測量得到的定子線圈的溫度來對包括在所述阻抗中 的定子線圈的電阻值進行校正，并且所述磁體溫度估計單元基于包括校正后的定子線圈的 電阻值的阻抗來估計所述永磁體的溫度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，其中 所述計算器基于通過所述溫度測量單元測量得到的定子線圈的溫度以及預(yù)先得到的 定子線圈的溫度與定子線圈的電阻值之間的關(guān)系來對包括在所述阻抗中的定子線圈的電 阻值進行校正，并且所述磁體溫度估計單元基于包括校正后的定子線圈的電阻值的阻抗來 估計所述永磁體的溫度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，其中 所述同步電機通過電流逆變器被驅(qū)動， 所述疊加單元將由如下所示的公式（1)表達的電流疊加在所述同步電機上， 所述計算器使用通過將由如下所示的公式（1)表達的電流疊加在所述同步電機上所 得到的并且由如下所示的公式（2)所表達的電壓，來計算由如下所示的公式（3)所表達的 并且根據(jù)公式（1)和（2)得到的阻抗，其中
其中ids。*代表d軸諧波電流指令值； iqs。*代表Q軸諧波電流指令值； I。代表d軸諧波電流指令值的幅值； ?。代表d軸諧波電流指令值的角頻率；并且t代表時間，
其中vds。代表d軸諧波電壓值；vqs。代表q軸諧波電壓值； Rd代表包括線圈電阻值和磁體電阻值的電路電阻值； Ld代表d軸電感；并且 ?。代表d軸諧波電流指令值的角頻率；
其中Zds代表阻抗； Rd代表包括線圈電阻值和磁體電阻值的電路電阻值； Ld代表d軸電感； ?。代表d軸諧波電流指令值的角頻率；vdS。代表d軸諧波電壓值； Wd代表阻抗的相位角； I。代表d軸諧波電流指令值的幅值；并且t代表時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，其中 所述同步電機通過電壓逆變器被驅(qū)動， 所述疊加單元將由如下所示的公式（4)表達的電壓疊加在所述同步電機上， 所述計算器使用通過將由如下所示的公式（4)表達的電壓疊加在所述同步電機上所 得到的并且由如下所示的公式（5)所表達的電流，來計算由如下所示的公式（6)所表達的 并且根據(jù)公式（4)和（5)得到的阻抗，其中 vdsc* =Vccoswct. ? ? (4) 其中vds。*代表d軸諧波電壓指令值； V。代表d軸諧波電壓指令值的幅度； ?。代表d軸諧波電壓指令值的角頻率；并且t代表時間，
其中ids。代表d軸諧波電流值；iqs。代表q軸諧波電流值； vds。*代表d軸諧波電壓指令值； Rd代表包括線圈電阻值和磁體電阻值的電路電阻值； Ld代表d軸電感；并且 ?。代表d軸諧波電壓指令值的角頻率；
其中Zds代表阻抗； Rd代表包括線圈電阻值和磁體電阻值的電路電阻值； Ld代表d軸電感； ?。代表d軸諧波電壓指令值的角頻率； V。代表d軸諧波電壓指令值的幅度； Wd代表阻抗的相位角；ids。代表d軸諧波電流值；并且 t代表時間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5的用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，還包括： 帶通濾波器和帶阻濾波器，其將所述基波與頻率不同于所述基波的頻率的電壓或電流 彼此分離開，其中 所述計算器基于分離的電壓或電流來計算阻抗。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，還包括： 第二帶阻濾波器，其構(gòu)造為從分離的電壓或電流中提取與所述同步電機的轉(zhuǎn)動方向不 同側(cè)的頻率分量，其中 所述計算器基于提取的電壓或電流來計算阻抗。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5的用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，還包括： 補償計算器，其構(gòu)造為對計算得到的阻抗進行補償，其中 所述轉(zhuǎn)矩估計單元基于補償后的阻抗對所述永磁體的溫度進行估計。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，其中 所述補償計算器使用預(yù)先得到的d軸基波電流與用于對計算得到的阻抗進行補償?shù)?補償量之間的關(guān)系以及預(yù)先得到的q軸基波電流與用于對計算得到的阻抗進行補償?shù)难a 償量之間的關(guān)系中的至少一個來對計算得到的阻抗進行補償。
【專利摘要】一種用于具有永磁體的同步電機的轉(zhuǎn)矩估計系統(tǒng)，其包括：疊加單元，其構(gòu)造為將頻率與用于驅(qū)動所述同步電機的基波的頻率不同的電壓或電流疊加在所述同步電機的至少d軸上；磁體溫度估計單元，其構(gòu)造為根據(jù)疊加的電壓或電流以及通過疊加得到的電流或電壓估計所述永磁體的溫度；和轉(zhuǎn)矩估計單元，其構(gòu)造為根據(jù)估計的所述永磁體的溫度來估計所述同步電機的轉(zhuǎn)矩。
【IPC分類】H02P21-14
【公開號】CN104779877
【申請?zhí)枴緾N201410386369
【發(fā)明人】大衛(wèi)·迪亞斯·雷戈薩, 費爾南多·布里斯·戴爾·布蘭科, 吉田秀穗, 加藤崇
【申請人】日產(chǎn)自動車株式會社
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2014年8月7日
【公告號】EP2894782A1, US20150198491