CN103404009B - 用于校准电动机的转子位置偏移量的方法和*** - Google Patents

Abstract

在向数据处理***(120)中提供伪转子位置和施加零直轴电流命令的同时，按顺序地并且以大致相同的幅度施加正的和负的正交轴电流命令，以将所述转子朝向强制位置推动。处理模块(116)在施加正的正交轴电流命令之后测量正的正交轴电流对准的原始位置数据，以及在施加负的正交轴电流命令之后测量负的正交轴电流对准的原始位置数据。初始位置偏移量校准器(151)或数据处理器确定原始位置数据之间的差，以确定真实平均轴线的对准。初始位置偏移量校准器(151)或数据处理器基于所述原始位置数据的平均值确定原始平均轴线位置数据。

Description

用于校准电动机的转子位置偏移量的方法和***

本发明根据35U.S.C.119(e)要求基于2011年2月28日提交的、名称为“METHODANDSYSTEMFORCALIBRATINGROTORPOSITIONOFFSETOFANELECTRICMOTOR(用于校准电动机的转子位置偏移量的方法和***)”的第61／447,331号美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用于校准或现场校准电动机的转子位置偏移量的方法和***。

背景技术

电动机可具有定子和带永磁体的转子，例如内永磁体(IPM)电动机或IPM同步电动机。根据某些现有技术，内永磁体(IPM)电动机或IPM同步电机所使用的转子对准方案可能与通常使用表面安装的永磁体电动机所使用的转子对准方案不同，这是因为IPM电动机或机器中的磁转矩分量和磁阻分量沿不同的轴线。根据另一些现有技术，用反电动势测量方法校准电动机通常需要辅助电动机去转动测试的IPM电动机或机器的轴，而这对于在车辆的正常启动和操作过程中进行车辆的电动机位置的现场校准而言是不实际或不可行的。因此，需要一种改进的方法和***，去校准或现场校准电动机的位置偏移量。

发明内容

根据一个实施例，本发明提出了一种用于校准或现场校准转子位置偏移量的方法和***。在向数据处理***(例如，相位转换器)中提供伪转子位置(例如，固定的伪转子位置)和施加零直轴电流命令的同时，按顺序地并且以大致相同的幅度施加正的和负的正交轴电流命令，以将所述转子朝向强制位置推动。处理模块在施加正的正交轴电流命令之后测量正的正交轴电流对准的原始位置数据，以及在施加负的正交轴电流命令之后测量负的正交轴电流对准的原始位置数据。初始位置偏移量校准器或数据处理器确定原始位置数据之间的差，以确定真实平均轴线的对准。初始位置偏移量校准器或数据处理器基于所述原始位置数据的平均值确定原始平均轴线位置数据。初始位置偏移量校准器或数据处理器基于已确定的真实平均轴线和已确定的原始平均轴线位置数据之间的差确定位置偏移量。

附图说明

图1是用于校准或现场校准电动机的转子位置偏移量的***的一个实施例的方块图。

图2是与图1相一致的电子数据处理***的方块图。

图3是用于校准或现场校准电动机的转子位置偏移量的方法的第一实施例的流程图。

图4是用于校准或现场校准电动机的转子位置偏移量的方法的第二实施例的流程图。

图5是用于校准或现场校准电动机的转子位置偏移量的方法的第三实施例的流程图。

具体实施方式

根据一个实施例，图1公开了用于控制电动机117(例如，内永磁体(IPM)电动机)或其他交流电机的***。在一个实施例中，除电动机117外，该***可以被称为逆变器或电动机控制器。

***包括电子模块、软件模块，或以上二者。在一个实施例中，电动机控制器包括电子数据处理***120，以支持一个或多个软件模块的软件指令的存储、处理或执行。电子数据处理***120如图1中的虚线所示，并且在图2中更详细地示出。

电子数据处理***120被连接到逆变器电路188。逆变器电路188包括半导体驱动电路，该半导体驱动电路驱动或控制切换半导体(例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT)或其他功率晶体管)以输出电动机117的控制信号。依次地，逆变器电路188被连接到电动机117。电动机117与传感器115(例如，位置传感器、分解器或编码器位置传感器)关联，传感器115与电动机轴126或转子相关联。传感器115和电动机117被连接到数据处理***120，以提供例如反馈数据(例如，诸如i_a，i_b，i_c的电流反馈数据)、原始位置信号、以及其他可能的反馈数据或信号。例如，其他可能的反馈数据包括但不限于：绕组温度读数、逆变器电路188的半导体温度读数、三相电压数据、或电动机117的其他热或性能信息。

在一个实施例中，扭矩指令生成模块105被连接到d-q轴电流生成管理器109(例如，d-q轴电流生成查找表)。d-q轴电流指的是可应用于矢量控制交流电机(例如电动机117)中的直轴电流和正交轴电流。d-q轴电流生成管理器109的输出和电流调整模块107(例如，d-q轴电流调整模块)的输出被提供给加法器119。依次地，加法器119的一个或多个输出(例如，直轴电流数据(i_d ^*)和正交轴电流数据(i_q ^*)被提供或连接至电流调整控制器111。

电流调整控制器111能够与脉冲宽度调制(PWM)生成模块12(例如，空间矢量PWM生成模块)通信。电流调整控制器111接收相应的d-q轴电流指令(例如i_d ^*andi_q ^*)和实际d-q轴电流(例如i_dandi_q)和与d-q轴电压指令(例如v_d ^*andv_q ^*指令)相对应的输出，用于输入PWM生成模块112。

在一个实施例中，PWM生成模块112例如将直轴电压和正交轴电压数据从两相数据表示方式转换为三相数据表示方式(例如，三相电压表示方式，诸如v_a ^*，v_b ^*andv_c ^*)以用于电动机117的控制。PWM生成模块112的输出被连接到逆变器188。

逆变器电路188包括功率电子器件，诸如用于生成、修改和控制被施加到电动机117的经调整的信号、经脉宽调制的信号、脉冲调制的电压波形、电压信号、或其他交流信号(例如，脉冲、方波、正弦波、或其他波形)的切换半导体。PWM生成模块112向逆变器电路188内的激励级(driverstage)提供输入。逆变器电路188的输出级提供经脉宽调制的信号或其他交流信号以用于电动机的控制。在一个实施例中，逆变器188被直流(DC)电压总线供电。

电动机117与估算电动机轴126的角位置、电动机轴126的速度或转速以及电动机轴126的旋转方向中的至少一个信息的传感器115(例如，分解器、编码器、速度传感器、或其他位置传感器或速度传感器)关联。传感器115可以被安装到电动机轴126上或与之集成。传感器115的输出能够与主处理模块114(例如，位置和速度处理模块)通信。在一个实施例中，传感器115被连接到模数转换器(未示出)，所述模数转换器将模拟位置数据或速度数据分别转换为数字位置或速度数据。在其他实施例中，传感器115(例如，数字位置编码器)可提供电动机轴126或转子的位置数据或速度数据的数字数据输出。

主处理模块114的第一输出(例如，电动机117的位置数据和速度数据)被传输至相位转换器113(例如，三相变两相电流帕克变换(Parktransformation)模块)，其中相位转换器113将各个测得的电流的三相数字表示方式转换为测得的电流的两相数字表示方式。主处理模块114的第二输出(例如，速度数据)被传输至计算模块110(例如，经调整的电压／速度比模块)。

感测电路124的输入被连接到电动机117的终端，以至少检测被测量的三相电流和直流电流(DC)总线(例如，向逆变器电路188提供DC功率的高压DC总线)的电压电平。感测电路124的输出被连接到模数转换器122，以将感测电路124的输出数字化。依次地，模数转换器122的数字输出被连接到辅助处理模块116(例如，直流(DC)总线和三相电流处理模块)。例如，感测电路124与电动机117相关联以用于测量三相电流(例如，施加到电动机117的绕组的电流，感应到所绕组中的反电动势，或以上二者)。

主处理模块114和辅助处理模块116的特定输出被提供给相位转换器113。例如，相位转换器113可应用帕克变换或其他转换方程(例如，对于本领域普通技术人员而言已知的适当的特定的转换方程)以基于来自辅助处理模块116的数字三相电流数据和来自传感器115的位置数据将测得的电流的三相表示方式转换为电流的二相表示方式。相位转换器113的输出被连接到电流调整控制器111。

主处理模块114和辅助处理模块116的其他输出可以被连接到计算模块110(例如，经调整的电压／速度比计算模块)的输入。例如，主处理模块114可提供速度数据(例如，电动机轴126的每分钟转数)，而辅助处理模块116可提供(例如，在车辆的直流(DC)总线上)测得的直流电压电平。向逆变器电路188供电的DC总线上的直流电压电平可因为各种因素(包括但不限于：环境温度、电池状况、电池充电状态、电池电阻或电抗、燃料电池状态(如果可使用的话)、电动机负载状况、各自的电动机扭矩和相应的运转速度、以及车辆电负载(例如，电驱动的空调压缩机))而波动或变化。计算模块110被作为媒介连接在辅助处理模块116和d-q轴电流发生管理器109之间。计算模块110的输出可调整或影响由d-q电流生成管理器109生成的电流指令，以补偿直流总线电压中的波动或变化及其他情况。

初始位置偏移校准器151或主处理模块114支持电动机轴126的初始位置偏移。在一个实施例中，例如，初始位置偏移校准器151能够与主处理器模块114、辅助处理模块116通信，并且能够从相位转换器113的输出端接收测得的电压输出数据(例如，直轴和正交轴电流数据)。

转子磁体温度估算模块104、电流成形模块106、和端子电压反馈模块108被连接到d-q轴电流调整模块107或能够与d-q轴电流调整模块107通信。依次地，d-q轴电流调整模块107可与d-q轴电流生成管理器或加法器119通信。

转子磁体温度模块104估算或确定一个或多个转子永磁体的温度。在一个实施例中，转子磁体温度估算模块104可通过位于定子上、与定子热联通的或者固定到电动机117的外壳上的一个或多个传感器估算转子磁体的温度。

在另一替换实施例中，转子磁体温度估算模块104可被安装在转子或磁体上的温度检测器(例如，热敏电阻或被连接到无线变送器的红外线感热器)替代，其中，所述探测器提供指示一个或多个磁体的温度的信号(例如，无线信号)。

在一个实施例中，所述方法或***可以下述方式进行操作。扭矩命令生成模块105通过车辆数据总线118接收输入控制数据信息，例如速度控制数据信息、电压控制数据信息、或扭矩控制数据信息。扭矩命令生成模块105将接收到的输入控制信息转换为扭矩控制命令数据316。

d-q轴电流生成管理器109选择或确定与各自的扭矩控制命令数据和各自的检测到的电动机轴126速度数据有关的直轴电流命令数据和正交轴电流命令数据。例如，d-q轴电流生成管理器109通过访问下述一个或多个项来选择或确定直轴电流命令、正交轴电流命令：(1)将各自的扭矩命令与相应的直轴或正交流电流关联起来的查找表、数据库或其他数据结构，(2)将各自的扭矩命令与相应的直轴或正交轴电流关联起来的二次方程组或线性方程组，或(3)将各自的扭矩命令与相应的直轴或正交轴电流关联起来的一组规则(例如“如果-那么”(if-then)规则)。电动机117上的传感器115有利于从电动机轴126提供检测到的速度数据，其中，主处理模块114可将由传感器115提供的位置数据转换为速度数据。

电流调整模块107(例如，d-q轴电流调整模块)提供电流调整数据以基于来自转子磁体温度估算模块104、电流成形模块106、和端子电压反馈模块108的输入数据调整直轴电流命令数据和正交轴电流命令数据。

电流成形模块106可基于以下一个或多个因素确定正交轴(q轴)电流命令和直轴(d轴)电流命令的校正或初步调整：例如，电动机117上的扭矩载荷和电动机117的速度。转子磁体温度估算模块104可基于例如转子温度中的估算的变化生成对于q轴电流命令和d轴电流命令的二次调整。端子电压反馈模块108可基于控制器电压命令与电压极限的关系提供对于d轴和q轴电流的第三次调整。电流调整模块107可提供考虑了一个或多个下述调整的合并的电流调整：初步调整、二次调整和第三次调整。

在一个实施例中，电动机117可包括内永磁体(IPM)电机或IPM同步电机(IPMSM)。相对于传统的感应电机或表面安装的PM电机(SMPM)而言，IPMSM具有许多优点，例如，高效率，高功率密度，宽恒定功率工作区域，免维护。

传感器115(例如，轴或转子速度探测器)可包括下述一项或多项：直流电动机、光学编码器、磁场传感器(例如，霍尔效应传感器)、磁阻传感器、和分解器(例如，无刷分解器)。在一种构造中，传感器115包括位置传感器，其中，位置数据和相关的时间数据被处理，以确定电动机轴126的速度或转速。在另一种构造中，传感器115包括速度传感器，或速度传感器与积分器的组合，以确定电动机轴的位置。

在又一种构造中，传感器115包括辅助的、紧凑的直流发电动机，该直流发电动机被机械地连接到电动机117的电动机轴126，以确定电动机轴126的速度，其中，该直流发电动机产生与电动机轴126的旋转速度成比例的输出电压。在再一种构造中，传感器115包括带有光源的光学编码器，其中，所述该光学编码器向被连接到轴126的旋转物体发送信号并在光学探测器处接受反射的或衍射的信号，其中被接收到的信号脉冲(例如，方波)的频率可与电动机轴126的速度成比例。在额外的构造中，传感器115包括带有第一绕组和第二绕组的分解器，其中，第一绕组接入交流电，在第二绕组中感生的电压随着转子的旋转频率而变化。

在图2中，电子数据处理***120包括电子数据处理器264、数据总线262、数据存储装置260、和一个或多个数据端口(268，270，272，274和276)。数据处理器264、数据存储装置260、和一个或多个数据端口被连接到数据总线262，以支持数据处理器264、数据存储装置260、和一个或多个数据端口之间的数据通信。

在一个实施例中，数据处理器264可包括电子数据处理器、微处理器、微控制器、可编程逻辑阵列、逻辑电路、运算逻辑单元、专用的集成电路、数字信号处理器、比例积分微分(PID)控制器、或其他数据处理装置、或以上各种数据处理装置的组合。

数据存储装置260可包括任何用于存储数据的磁的、电子的或光学的装置。例如，数据存储装置260可包括电子数据存储装置、电子存储器、非易失性电子随机存取存储器、一个或多个电子数据寄存器、数据锁存器、磁盘驱动器、硬盘驱动器、光学磁盘驱动等。

如图2所示，数据端口包括第一数据端口268、第二数据端口270、第三数据端口272、第四数据端口274和第五数据端口276，当然，也可采用其他任意适当数目的数据端口。每个数据端口可包括例如收发器或缓冲存储器。在一个实施例中，每个数据端口可包括任意串联或并联的输入输出端口。

在如图2描绘的一个实施例中，第一数据端口268被连接到车俩数据总线118。依次地，车俩数据总线118被连接到控制器266。在一种构造中，第二数据端口270可以被连接到逆变器电路188；第三数据端口272可以被连接到传感器115；第四数据端口274可以被连接到模数转换器122；以及第五数据端口276可以被连接到端子电压反馈模块108。模数转换器122被连接到感测电路124。

在数据处理***120的一个实施例中，扭矩命令生成模块105与电子数据处理***120的第一数据端口268关联或被该第一数据端口268支持。第一数据端口268可以被连接到车俩数据总线118，例如控制器区域网络(CAN)数据总线。车辆数据总线118可经由第一数据端口268向扭矩命令生成模块105提供数据总线信息以及扭矩命令。车辆的操作者可通过用户接口(例如油门、踏板、控制器266或其他控制装置)生成扭矩命令。

在特定实施例中，传感器115和主处理模块114可与数据处理***120的第三数据端口272关联或被第三数据端口272支持。

本文公开的方法和***的各种实施例使用了伪转子位置或基准转子位置。整篇文件中，伪转子位置或固定的伪转子位置不基于实际转子位置的传感器115的实际测量结果。而是，数据处理***120或主处理模块114可向相位转换器113提供伪位置数据或基准位置数据。相位转换器113使用伪位置数据或基准位置数据而非帕克变换(例如，从三相测量结果转换为两相表达方式)中的实际位置数据向电流调整控制器111提供测得的直轴电流和测得的正交轴电流。在相位转换器113处，伪位置数据与实际测得的三相电流数据一起被使用，其中，测得的三相电流由感测电路124经由模数转换器122提供给辅助处理模块116。例如，在一种构造中，伪位置数据或固定的伪转子位置可以大致等于转子相对于电动机117的定子的零(0)度。

在一个实施例中，数据处理器264或数据处理***120可以被设定为用于确定伪位置数据与由传感器115和主处理模块114检测出的实际位置数据之间的误差或偏差，其中，转子处于被强制的位置(或实际位置)，该被强制的位置应当：(1)与伪位置对准；(2)基本上等于伪位置，或(3)被已知的关系或相对于所述伪位置的固定的基准角位移分隔。前述误差或偏差数据可以用于校准或估算位置偏移量。例如，多个强制的位置可用于校准，其中，伪位置被保持恒定或固定(例如，处于零度)。

在整篇文件中，与角位置或其他数字连用的“大致(approximately)”指的是加或减该角位置或其他数字的5％。在整篇文件中，与角位置或其他数字连用的“约(around)”指的是加或减该角位置或其他数字的10％。

图3公开了一种校准或现场校准电动机(例如，内永磁体(IP)电动机)中的转子的位置偏移量的方法。图4的方法开始于步骤S300。

在步骤S300中，在伪转子位置(例如，固定的伪转子位置或相对于电动机117的定子的零度转子位置)被提供于数据处理***120中(例如，用于相位转换器1113的帕克变换的目的)的同时以及在PWM生成模块112、逆变器电路188或控制器施加零直轴电流命令的同时，PWM生成模块112、逆变器电路188或控制器施加依次序的大致相同幅度的正的和负的正交轴电流命令，以将电动机朝向强制位置(enforcedposition)推动或移动。这里，大致相同的幅度或基本相同的幅度指的是等于幅度值或加或减幅度值的5％。

所述强制位置可以与固定的伪转子位置对准、基本上等于、或与之隔离。在一个实施例中，在强制位置对准或基本等于伪转子位置的情况下，强制位置与伪转子位置之间的差包括误差或误差表示。在另一实施例中，在强制位置与固定的伪转子位置之间存在一已知的关系(例如，角位移或固定的角间距)的情况下，来自所述已知的关系或固定的角间距的偏离包括误差或误差表示。根据用于执行步骤S300的一个说明性实例，被定义为在施加了正的正交轴电流命令(例如，+200安培的i_q ^＊)、和零id命令和0度的强制位置之后的最终对准原始位置，而陂定义为在施加了负的正交轴电流命令(例如，-200安培的i_q ^＊)、和零直轴电流命令(i_d ^＊)和0度的强迫或强制位置之后的最终对准原始位置。

在步骤S302中，处理模块或主处理模块114在通过电路向电动机117施加正的正交轴电流命令时或之后测量第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据。进一步在步骤S302中，处理模块或主处理模块114在通过逆变器电路188向电动机117施加负的正交轴电流命令时或之后测量第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据。第一对准的原始位置数据的范围例如可以是转子相对于电动机117的定子的0度至360度。类似地，第二对准的原始位置数据的范围例如可以是转子相对于电动机117的定子的0度至360度。

在步骤S304中，初始位置偏移校准器151、数据处理器264或主处理模块114确定原始位置数据(例如，正的正交轴电流对准的原始位置数据和负的正交轴电流对准的原始位置数据)之间的差以确定真实的平均轴线的对准(例如，相对于定子的180度转子位置或0度转子位置，其中，伪转子位置大致为零度)。例如，初始位置偏移校准器151、数据处理器264或主处理模块114确定第一对准的原始位置数据和第二对准的原始位置数据之间的差。

在步骤S306中，初始位置偏移校准器151、数据处理器264或主处理模块114基于原始位置数据的平均值(例如，第一对准的原值位置数据、第二对准的原始位置数据、或两者的平均值)确定原始平均轴线位置数据。

在步骤S308中，初始位置偏移校准器151、数据处理器264或主处理模块114基于已确定的真实平均轴线和已确定的原始平均轴线位置数据确定位置偏移量。

图4公开了校准或现场校准电动机(例如，内永磁体(IPM)电动机)中的转子的位置偏移量的方法。图4的方法开始于步骤S400。

在步骤S400中，在相应的伪转子位置(例如，固定的伪转子位置或相对于电动机117的定子的零度转子位置)被提供于数据处理***120中(例如，用于相位转换器113的帕克变换的目的)的同时，逆变器电路188、控制器或脉宽调制(PWM)生成模块112在第一时刻向电动机117施加一定幅度的正的正交轴电流命令并且在第二时刻向电动机117施加基本相同幅度的负的正交轴电流命令，以使电动机朝向转子的强制位置移动。这里，基本相同的幅度指的是等于幅度值或加或减幅度值的5％。在一个实施例中，电动机117包括内永磁体(IPM)电动机或其他交流电机，其中电机的磁转矩分量和磁阻转矩分量位于不同的坐标轴。

在步骤S402中，在伪转子位置(例如，固定的伪转子位置或相对于电动机117的定子的零度转子位置)被提供于数据处理***120中(例如，用于相位转换器113的帕克变换的目的)的同时，逆变器电路188、控制器或脉宽调制(PWM)生成模块112向电动机117施加零直轴电流命令，同时向电动机117施加与所述强制位置相关联的正交轴电流命令。

在步骤S404中，主处理模块117或数据处理器264在施加正的正交轴电流命令时或之后测量第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据，以及施加负的正交轴电流命令时或之后测量第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据。例如，测得的原始位置数据是通过施加一个或多个具有相反幅度的正交轴电流命令而产生的。第一对准的原始位置数据的范围例如可以是相对于电动机117的定子的转子0度至360度。类似地，第二对准的原始位置数据的范围例如可以是相对于电动机117的定子的转子0度至360度。

在步骤S406中，初始位置偏移校准器151或数据处理器264确定测得的第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据和测得的第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据之间的差以确定真实的平均轴线是否对准相对于定子的大致零度或大致180度的转子位置，其中，伪转子位置大致为零度)。

在步骤S408中，初始位置偏移校准器151、数据处理器264或主处理模块114基于测得的第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据和测得的第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据的平均值确定原始平均轴线位置数据，或者，其中所述平均轴线是基于所述测得的第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据和测得的第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据中的至少一个的经调整的原始位置数据。

在步骤s410中，初始位置偏移校准器151、数据处理器264或主处理模块114基于已确定的真实平均轴线和已确定的原始平均轴线位置数据确定位置偏移量。步骤S410可依据可替换地或叠加地应用的各种过程来执行。

根据第一过程，如果测得的第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据与测得的第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据之间的差大于大致185度(或约185度)，并且如果测得的第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据大于测得的第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据，则下述方程被应用，以确定真实的位置偏移量：

如果，则θ_{axis_true}=0°

如果，使得

那么 ${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{axis}\_\mathrm{raw}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{pos}\_i_q^{*}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{neg}\_i_q^{*}}^{\mathrm{adj}}}{2},$ 并且

所述位置偏移量为 ${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{offset}}={\mathrm{\θ}}_{\mathrm{axis}\_\mathrm{true}}-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{axis}\_\mathrm{raw}}=-\frac{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{pas}\_i_q^{*}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{neg}\_i_q^{*}}^{\mathrm{adj}}}{2}$

在上述方程中，θ_{neg_i*q}是与负的正交轴电流命令相关联的第一对准的原始位置数据，θ_{pos_i*q}是与正的正交轴电流命令相关联的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_true}是真实平均轴线，是与负的正交轴电流命令相关联的经调整的第一对准的原始位置数据，θ_{axis_raw}是原始平均轴线位置数据，并且位置偏移量为θ_offset。在上述方程中，应当理解，基于电动机117的例如实际操作特性、设计和规定，所述185度可以被设定为大致185度或约185度，并且175度可以被设定为大致175度或约175度。

根据第二过程，如果测得的第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据与测得的第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据之间的差小于大致175度，并且如果测得的第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据小于测得的第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据，则下述方程被应用，以确定真实的位置偏移量：

如果则；θ_{axis_truc}=0°并且 ${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{axis}\_\mathrm{raw}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{pas}\_i_q^{*}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{neg}\_i_q^{*}}}{2}$

从而，所述位置偏移量为 ${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{offset}}={\mathrm{\θ}}_{\mathrm{axis}\_\mathrm{true}}-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{axis}\_\mathrm{raw}}=-\frac{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{pos}\_i_q^{*}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{neg}\_i_q^{*}}}{2}$ 在上述方程中，θ_{neg_i*q}是与负的正交轴电流命令相关联的第一对准的原始位置数据，θ_{pos_i*q}是与正的正交轴电流命令相关联的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_true}是真实平均轴线，是与负的正交轴电流命令相关联的经调整的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_raw}是原始平均轴线位置数据，并且位置偏移量为θ_offset。在上述方程中，应当理解，基于电动机117的例如实际操作特性、设计和规定，所述175度可以被设定为大致175度或约175度。

根据第三过程，如果测得的第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据与测得的第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据之间的差小于大致175度，并且如果测得的第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据大于测得的第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据，则下述方程被应用，以确定位置偏移量：

如果则θ_{axis_true}＝l80°或θ_{axis_true}=-180°

并且 ${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{axis}\_\mathrm{raw}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{pos}\_i_q^{*}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{neg}\_i_q^{*}}}{2}$

从而，位置偏移量为

在上述方程中，θ_{nog_i*q}是与负的正交轴电流命令相关联的第一对准的原始位置数据，θ_{pos_i*q}是与正的正交轴电流命令相关联的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_true}是真实平均轴线，是与负的正交轴电流命令相关联的经调整的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_raw}是原始平均轴线位置数据，并且位置偏移量为θ_offset。在上述方程中，应当理解，基于电动机117的例如实际操作特性、设计和规定，所述175度可以被设定为大致175度或约175度。

根据第四过程，如果测得的第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据与测得的第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据之间的差大于大致185度，并且如果测得的第二(例如，负的正交轴电流)对准的原始位置数据小于测得的第一(例如，正的正交轴电流)对准的原始位置数据，则下述方程被应用，以确定位置偏移量：

如果则θ_{axis_true}=180°或θ_{axis_true}＝-180°；

，从而，

并且随之 ${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{axis}\_\mathrm{raw}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{pos}\_i_q^{*}}^{\mathrm{adf}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{neg}\_i_q^{*}}}{2}$

从而位置偏移量为

在上述方程中，θ_{neg_i*q}是与负的正交轴电流命令相关联的第一对准的原始位置数据，θ_{pos_i*q}是与正的正交轴电流命令相关联的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_true}是真实平均轴线，是与负的正交轴电流命令相关联的经调整的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_raw}是原始平均轴线位置数据，并且位置偏移量为θ_offset。在上述方程中，应当理解，基于电动机117的例如实际操作特性、设计和规定，所述185度可以被设定为大致185度或约185度，并且175度可以被设定为大致175度或约175度。

图5公开了校准或现场校准电动机(例如，内永磁体(IPM)电动机)中转子的位置偏移量的方法。除图5的方法包括步骤S450和S452之外，图5的方法与图4的方法类似。图4和图5中的类似的步骤或过程由类似的附图标记指不。

实践中，在图5中，步骤S450和S452通常在步骤S400至步骤S410之前执行。

在步骤S450中，初始位置偏移校准器151、脉宽调制生成模块112、逆变器188或数据处理器264基于向电动机117施加与直轴和正交轴的直流电压命令相关联的单调变化的位置轮廓而确定三相电动机引线相位次序是否与原始位置数据相匹配。例如，所述单调变化的位置轮廓可以被存储在数据存储装置260中并且被脉宽调制生成模块112执行。在替换实施例中，所述单调变化的位置轮廓可以被逆变器电路188中的特殊的电子硬件执行。

在步骤S452中，初始位置偏移校准器151或数据处理器264在向电动机施加与直轴和正交轴的直流电压命令相关联的单调增加的位置轮廓的过程中(在步骤S450中)观察与转子相关的旋转方向并校验转子旋转的正向。

对于IPM电机而言，同时存在磁转矩和磁阻转矩分量。由沿正交轴(q轴)的电流矢量投影(currentvectorprojection)确定的磁转矩分量总是试图将真实的转子直轴(d轴)引向所述电流矢量。然而，由同时沿q轴和d轴的电流矢量投影确定的磁阻转矩分量总是试图使真实的转子d轴远离所述电流矢量90度。因此，对于IPM电机而言，由于源自磁转矩分量和磁阻转矩分量的不同的转矩对准效应，强迫或强制位置和单向转矩命令不能轻易地用于将转子与期望的位置对准。

这里所公开的方法和***可良好地适用于校准具有不同转矩分量、试图沿不同的轴线对准转子的IPM电动机或其他电机的初始转子位置偏移量。校准IPM电机的转子的初始位置偏移量能够显著地提高电动机的控制性能，以实现理想的输出转矩和功率水平并确保加强的可控性。

已经描述了优选的实施例，在不脱离由所附权利要求界定的本发明的范围的前提下显然可以做出各种修改。

Claims (18)

1.一种用于校准转子位置偏移量的方法，该方法包括下述步骤：

在提供伪转子位置和施加零直轴电流命令的同时，按顺序地并且以大致相同的幅度施加正的和负的正交轴电流命令，以将所述转子朝向强制位置推动；

在施加正的正交轴电流命令之后测量正的正交轴电流对准的原始位置数据，以及在施加了负的正交轴电流命令之后测量转子的负的正交轴电流对准的原始位置数据；

确定所述原始位置数据之间的差，以确定真实平均轴线的对准；

基于所述原始位置数据的平均值确定原始平均轴线位置数据；以及

基于已确定的真实平均轴线和已确定的原始平均轴线位置数据之间的差确定位置偏移量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定真实平均轴线的对准的步骤包括：基于所述原始位置数据之间已确定的差确定所述真实平均轴线是否对准于所述转子相对于定子的大致0度或大致180度，其中所述伪转子位置为大致零度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述伪转子位置被固定在大致零度，以在使用相位转换器进行的帕克变换中使用，其中所述相位转换器用于将测得的三相电流表达方式转换为两相电流表达方式。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，如果确定测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据与测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据之间的差大于185度，并且如果测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据大于测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据，则下述方程被应用，以确定真实的位置偏移量：

如果则θ_{axis_true}＝0°并且

从而

并且随之

从而，所述位置偏移量为

其中，是与负的正交轴电流命令相关联的第一对准的原始位置数据，是与正的正交轴电流命令相关联的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_true}是真实平均轴线，是与负的正交轴电流命令相关联的经调整的第一对准的原始位置数据，θ_{axis_raw}是原始平均轴线位置数据，并且位置偏移量为θ_offset。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，如果确定测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据与测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据之间的差小于175度，并且如果测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据小于测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据，则下述方程被应用，以确定真实的位置偏移量：

如果则θ_{axis_true}＝0°并且

随之从而，所述位置偏移量为

其中，是与负的正交轴电流命令相关联的第一对准的原始位置数据，是与正的正交轴电流命令相关联的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_true}是真实平均轴线，θ_{axis_raw}是原始平均轴线位置数据，并且位置偏移量为θ_offset。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，如果确定测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据与测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据之间的差小于175度，并且如果测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据大于测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据，则下述方程被应用，以确定位置偏移量：

如果则θ_{axis_true}＝180°或θ_{axis_true}＝-180°

并且随之

从而，位置偏移量为

其中，是与负的正交轴电流命令相关联的第一对准的原始位置数据，是与正的正交轴电流命令相关联的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_true}是真实平均轴线，θ_{axis_raw}是原始平均轴线位置数据，并且位置偏移量为θ_offset。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，如果确定测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据与测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据之间的差大于185度，并且如果测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据小于测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据，则下述方程被应用，以确定位置偏移量：

如果则θ_{axis_true}＝180°或θ_{axis_true}＝-180°；随之

从而

并且随之

从而，位置偏移量为

其中，是与负的正交轴电流命令相关联的第一对准的原始位置数据，是与正的正交轴电流命令相关联的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_true}是真实平均轴线，是与正的正交轴电流命令相关联的经调整的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_raw}是原始平均轴线位置数据，并且位置偏移量为θ_offset。

8.一种通过控制电动机现场校准转子位置偏移量的方法，其中所述电动机包括定子和具有相关联的磁体的转子，所述方法包括以下步骤：

在向数据处理***中提供伪转子位置的同时，在第一时刻向所述电动机施加具有一幅度的正的正交轴电流命令并且在第二时刻向所述电动机施加具有大致相同幅度的负的正交轴电流命令，以使所述电动机向转子的强制位置移动，所述第二时刻与第一时刻不同；

在向数据处理***中提供伪转子位置的同时，向所述电动机施加零直轴电流命令，同时施加与所述强制位置相关联的正交轴电流命令；

在施加所述正的正交轴电流命令之后测量所述电动机的转子的正的正交轴电流对准的原始位置数据，以及在施加所述负的正交轴电流命令之后测量所述转子的负的正交轴电流对准的原始位置数据；

确定测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据和测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据之间的差，以确定真实平均轴线是否对准于所述转子相对于所述定子的大致零度或大致180度，其中，所述伪转子位置为大致零度；

基于测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据和测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据的平均数确定原始平均轴线位置，或者其中，所述平均轴线以所述测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据和测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据中的至少一个的经调整的原始位置数据基础；以及

基于已确定的真实平均轴线和已确定的原始平均轴线位置数据之间的差确定位置偏移量。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：

基于向所述电动机施加与直轴和正交轴的直流电压命令相关的单调变化的位置轮廓，确定三个电动机引线相位顺序是否与所述原始位置数据相匹配；

在向所述电动机施加与直轴和正交轴的直流电压命令相关的单调增加的位置轮廓的过程中，观察与所述转子相关的旋转方向并校验所述转子旋转的正向。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述测得的原始位置数据是通过施加具有相反幅度的一个或多个正交轴电流命令而获得的。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，如果确定测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据与测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据之间的差大于185度，并且如果测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据大于测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据，则下述方程被应用，以确定真实的位置偏移量：

如果则θ_{axis_true}＝0°并且

从而

并且随之

从而，所述位置偏移量为

其中，是与负的正交轴电流命令相关联的第一对准的原始位置数据，是与正的正交轴电流命令相关联的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_true}是真实平均轴线，是与负的正交轴电流命令相关联的经调整的第一对准的原始位置数据，θ_{axis_raw}是原始平均轴线位置数据，并且位置偏移量为θ_offset。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，如果确定测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据与测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据之间的差小于175度，并且如果测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据小于测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据，则下述方程被应用，以确定真实的位置偏移量：

如果则θ_{axis_true}＝0°并且

随之从而，所述位置偏移量为

其中，是与负的正交轴电流命令相关联的第一对准的原始位置数据，是与正的正交轴电流命令相关联的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_true}是真实平均轴线，θ_{axis_raw}是原始平均轴线位置数据，并且位置偏移量为θ_offset。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，如果确定测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据与测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据之间的差小于175度，并且如果测得的负的正交轴电流对准的原始位置大于测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据，则下述方程被应用，以确定位置偏移量：

如果则θ_{axis_true}＝180°或θ_{axis_true}＝-180°

并且随之

从而，位置偏移量为

其中，是与负的正交轴电流命令相关联的第一对准的原始位置数据，是与正的正交轴电流命令相关联的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_true}是真实平均轴线，θ_{axis_raw}是原始平均轴线位置数据，并且位置偏移量为θ_offset。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，如果确定测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据与测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据之间的差大于185度，并且如果测得的负的正交轴电流对准的原始位置数据小于测得的正的正交轴电流对准的原始位置数据，则下述方程被应用，以确定位置偏移量：

如果则θ_{axis_true}＝180°或θ_{axis_true}＝-180°；随之

从而

并且随之

从而，位置偏移量为

其中，是与负的正交轴电流命令相关联的第一对准的原始位置数据，是与正的正交轴电流命令相关联的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_true}是真实平均轴线，是与正的正交轴电流命令相关联的经调整的第二对准的原始位置数据，θ_{axis_raw}是原始平均轴线位置数据，并且位置偏移量为θ_offset。

15.根据权利要求8所述的方法，其中，所述电动机包括内永磁体电动机或磁转矩分量和磁阻转矩分量沿着不同的轴线的其他电动机。

16.一种用于校准转子位置偏移量的***，该***包括：

逆变器，该逆变器用于连续地施加零直轴电流命令并且用于按顺序地以大致相同的幅度施加正的和负的正交轴电流命令，以朝向强制位置推动所述转子，同时向所述逆变器的相位转换器提供伪转子位置，其中所述相位转换器用于将三相表达方式转换为两相表达方式；

感测电路，该感测电路用于在施加所述正的正交轴电流命令之后测量正的正交轴电流对准的原始位置数据，以及在施加所述负的正交轴电流命令之后测量所述转子的负的正交轴电流对准的原始位置数据；

校准器，该校准器用于确定所述原始位置数据之间的差以确定真实平均轴线的对准，所述校准器适于基于所述原始位置数据的平均数确定原始平均轴线位置数据；并且所述校准器适于基于已确定的真实平均轴线和已确定的原始平均轴线位置数据之间的差确定位置偏移量。

17.根据权利要求16所述的***，其中，所述校准器适于基于原始位置数据之间已确定的差确定所述真实平均轴线是否对准于所述转子相对于所述定子的大致零度或大致180度。

18.根据权利要求16所述的***，还包括：

电动机，该电动机具有被连接到电动机端子的引线；

逆变器，该逆变器用于向所述电动机施加与直轴和正交轴的直流电压命令相关联的单调变化的位置轮廓，以确定三个电动机引线相位顺序是否与所述原始位置数据相匹配；和

感测电路，该感测电路用于在向所述电动机施加与直轴和正交轴的直流电压命令相关的单调增加的位置轮廓的过程中，观察与所述转子相关的旋转方向并校验所述转子旋转的正向。