利用转矩脉动引起的振动来确定永磁同步电动机的转子初始位置

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1、2009．№2国外大电机利用转矩脉动引起的振动来确定永磁同步电动机的转子初始位置(美)StevePekarek等[摘要]本文提出一种根据转矩脉动引起的振动信号，确定永磁同步电机转子初始位置的方法。该方法尽管需要一个振动传感器，但不需要了解电机的具体参数，可以应用于表面式和内嵌式的电机，而且也适用于空载情况。用了一台表面式永磁电机为硬件验证，用了一套需要50ms来完成的起动程序得到了最大误差为2．1。(电角度)。[关键词]初始位置检测，永磁同步电机，压电材料，转矩测量术中，文献【10】和[11】中应用了转矩

2、脉动的闭环控制，1引言其中用振动传感器来提供转矩脉动的反馈。在众多实际应用中，都希望不用位置编码器来控迄今为止，PSC和转矩脉动的课题都是分别对待制永磁同步电动机(PMSM)。因此，由于计算能力能的。然而，在本文研究中发现，振动传感器可用于确够实现更复杂的代数算法，无位置传感器控制(Psc)引定转子的初始位置。具体地说，取得了一个能在转矩起了相当大的关注。在实现一种耐用的PSC挑战中，脉动引起的振动中给出和位置相关信号的起动激励。最重要的多半就是对转子初始位置的确定。初始位置这种振动要很容易被检测到，而振

3、幅和持续时间又要的预测错误将导致电机反转或低起动转矩。充分小，不至于产生与声学噪声相关的噪扰。此方法初始位置的检测主要集中在开发起动程序，在这具有下列简便之处：1)对凸极电机和隐极电机都可以些程序中施加了定子电压，测量由此产生的电流并用用；2)不需要知道电机参数；3)可以在空载时用于转子于估计转子位置【l一。在内嵌式的永磁电机中，永磁体位置判断；4)检测位置所需要的定子电流远低于其额引起凸极效应，并在定子电流中产生与转子位置有关定值。此方法已经用一台表面式永磁同步电机在硬件的信号【l～1。虽然基于电流检测

4、的方法实现起来相对直方面得到验证。在不知道电机参数的情况下，其最大接，但要想得到准确的位置估计，需要知道交、直轴误差为2．1。，平均误差为±0．7。(电角度)，起动过程大约电感的大小(至少是它们的比值)。模糊逻辑已经取代参需要50ms。数信息用来建立有关定子电流和位置之间的映象。应该注意的是，一般都认为振动传感器是很昂贵对于永磁体安装在转子表面的电机，凸极效应相的。而且，有人还会说位置观测器不会用在应用转矩对较小，因此由它引起的信号难于检测。所以，只有脉动控制的地方，具体地说，普遍认为转矩脉动的减将定子电

5、压施加到足够高的水平，通过铁心饱和来产小需要直接插入式位置编码器的精度。然而，应用在生凸极效应】。具体地讲，由于交轴和直轴有截然不这里的振动传感器(首次在文献[12】中有所叙述)是使同的饱和特性，使得在定子电流中产生可以被检测到用压电合成材料做成的一个垫圈。该垫圈安放在一个与位置有关的信号。虽然此方法相当有效，但要达到易于实现并耐用的电机装配支架螺钉上。虽然没有进合适的饱和水平需要定子电流超过其额定值的150％，行过生产成本的估计，但单个传感器是可以用几美元而且，由于电流相对较高，所以激励源的幅值和持续制

6、造出来的。另外，在参考文献[13】中，证明了减小转时间必须仔细选择，在不引起电机转动的情况下达到矩脉动并不需要直接插入式编码器。倒是取得了一个饱和。基于霍尔效应的位置观测器，已证明它能在控制转矩尽管表面上看来减轻同步电机的转矩波动和转子谐波时提供足够的精度。位置判断没有什么联系，但这个课题最近还是引起了结合【13】和本课题所提供的结果，可以得到这样一相当大的关注。具体来说，为减小由定转子磁场相互个结论：如果把振动传感器增加到已有的基于霍尔效作用和威轮齿形转矩引起的转矩波动，已经提出了几应的永磁同步电动机的

7、驱动中，就可以在不知道电机种用来调节定子电流谐波分量的控制器。在提出的技参数的情况下保证靠近最大起动转矩和无波动稳态转利用转矩脉动引起的振动来确定永磁同步电动机的转子初始位置2009．№2矩。此外，结果也指出，即使在没有霍尔传感器的情况下，取得这些性能目标也是有可能的。下一个研究方向就是在整个速度范围内使用振动传感器做位置检测。如果成功，驱动系统设计师就可以灵活地将缓解控制用于任何永磁同步电动机平台，为生产线增加很多的灵活性和失误(容差)。2转矩脉动引起的振动本文中完成了关于表面式永磁同步电机位置观测器的

8、推导。所提出的这项技术尽管其数学推导更为冗长，但能很容易地被扩展到内嵌式电机。为简化而又图I用作垫圈的振动传感器不失一般性，假设电机为整距绕组，并且每极每相槽数为整数。这样就通过取消用于模拟磁体对定子绕组漏磁通影响的傅立叶级数中的余弦项系数，简化了符号。基于这个假设，使用能量平衡方法【l建立了电磁转矩的闭式表达式，如下：=(鲁鲁+鲁)+(1)图2转矩脉动到振动传感器的信号传输路径其中3转子初始位置检测=∑sin(m0r)(2)