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1、(10)申请公布号 CN 102891647 A (43)申请公布日 2013.01.23 C N 1 0 2 8 9 1 6 4 7 A *CN102891647A* (21)申请号 201210252393.6 (22)申请日 2012.07.20 13/189440 2011.07.22 US H02P 21/00(2006.01) H02P 21/06(2006.01) (71)申请人通用汽车环球科技运作有限责任公 司 地址美国密执安州 (72)发明人 G.加列戈斯-洛佩斯 M.戴 B.A.韦尔奇科 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人崔幼平 杨楷 (。
2、54) 发明名称 用于改进磁场减弱精确度的温度补偿 (57) 摘要 本发明涉及用于改进磁场减弱精确度的温度 补偿，具体地，提供了用于针对磁场减弱电流进行 转子和定子温度补偿的方法和设备。该方法包 括：部分根据由IPM接收到的预限定最佳电流指 令(I D *和I Q *)产生出相位电压回馈信号V ph ；部分 根据IPM的磁性转子和定子的温度产生出相位电 压指令(V phCmd )；并且通过从相位电压指令(V phCmd ) 中减去相位电压回馈信号(V ph )来产生相位电压 误差(V error )。该方法还包括：从相位电压误差 (V error )产生出d轴指令电流校正值(I d )和q轴 。
3、指令电流校正值(I q )；并且通过d轴指令电流 校正值和q轴指令电流校正值(I d 和I q )来调 节预限定最佳电流指令(I D *和I Q *)。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书10页 附图8页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 10 页 附图 8 页 1/2页 2 1.一种用于在集成永磁体(IPM)电动机中控制磁场减弱精确度的方法，所述方法包 括： 部分地根据由所述IPM接收到的预限定最佳电流指令(I d *和I q *)产生相位电压回馈 信号V ph ； 部分地根据所述IPM的磁性转子的温度(T。
4、 R )产生相位电压指令V phcmd ； 通过从相位电压指令V phcmd 中减去所述相位电压回馈信号V ph 来产生相位电压误差 V error ； 从所述相位电压误差V error 产生d轴指令电流校正值I d 和q轴指令电流校正值I q ； 并且 通过所述d轴指令电流校正值和q轴指令电流校正值(I d 和I q )来调节所述预限 定最佳电流指令(I d *和I q *)。 2.如权利要求1所述的方法，其中所述相位电压指令V phcmd 为所述IPM的磁性转子的 速度与转子磁通量指令 phCmd 的乘积。 3.如权利要求2所述的方法，其中所述转子磁通量指令( phCmd )从数据结构中产。
5、生，所 述数据结构包含通过所述IPM的磁性转子的温度、d轴经调节电流指令(I d *)和q轴经调 节电流指令(I q *)获得的基于温度的磁链数据。 4.一种用于包括永磁转子的电机的磁场减弱控制回路，包括： 第一电流调节器，构成为将d轴经调节电流指令(I d *)和d轴电流反馈(I d )转变成同 步电压指令(V d *)； 第二电流调节器，构成为将q轴经调节电流指令(I q *)和q轴电流反馈(I q )转变成同 步电压指令(V q *)； 算法单元，构成为从同步电压指令(V d *和V q *)中产生出相位电压(V ph )； 磁通量链路校正模块，所述磁通量链路校正模块构成为接收转子温度(。
6、T R )和转子速度 ( R )，并且构成为产生相位电压指令(V phcmd )；以及 回馈路径，构成为从所述相位电压指令(V phcmd )中减去相位电压(V ph )，并且构成为根据 减法结果产生出d轴指令电流校正值I d 和q轴指令电流校正值I q 作为提供给所述第 一电流调节器和第二电流调节器的输入。 5.如权利要求4所述的磁场减弱控制回路，其中所述磁通量链路校正模块包括包含有 存储在其中的磁链数据的存储装置，其中所述磁链数据使得同步d轴电流(I d )与在特定磁 性转子温度下的相应q轴电流(I q )相关。 6.如权利要求5所述的磁场减弱控制回路，其中所述磁链数据存储在查询表中，该查。
7、 询表采用所述永磁转子的温度(T R )、所述d轴经调节电流指令(I d *)和所述q轴经调节电 流指令(I q *)作为输入值，并且产生出转子磁通量指令( phCmd )。 7.如权利要求6所述的磁场减弱控制回路，其中将所述转子磁通量指令( phCmd )乘以 所述转子速度以产生出相位电压指令(V phCmd )。 8.如权利要求7所述的磁场减弱控制回路，还包括比例积分器，构成为将在所述相位 电压指令(V phCmd )和相位电压(V ph )之间的差异转变成d轴指令电流校正值(I d )。 9.如权利要求7所述的磁场减弱控制回路，还包括放大器，构成为将所述d轴指令电流 校正值(I d )转。
8、变成所述d轴指令电流校正值。 权 利 要 求 书CN 102891647 A 2/2页 3 10.一种用于具有永磁转子和逆变器的电机的磁场减弱控制回路，包括： 第一电流调节器，构成为将d轴经调节电流指令(I d *)和d轴电流反馈(I d )转变成同 步指令电压(V d *)； 第二电流调节器，构成为将q轴经调节电流指令(I q *)和q轴电流反馈(I q )转变成同 步指令电压(V q *)； 算法单元，构成为从针对在所述逆变器上的电压降(V drop )和电阻损失(R inv )进行调节 的同步指令电压(V d *和V q *)中产生出相位电压(V ph )； 磁通量链路校正模块，该磁通量。
9、链路校正模块构成为接收转子温度(T R )、转子速度 ( R )和相位电流(I ph )，并且构成为产生出相位电压指令(V phCmd )；以及 回馈路径，构成为从所述相位电压指令(V phCmd )中减去所述相位电压(V ph )，并且构成为 根据减法结果产生出d轴指令电流校正值(I d )和q轴指令电流校正值(I q )作为提供 给所述第一电流调节器和第二电流调节器的输入。 权 利 要 求 书CN 102891647 A 1/10页 4 用于改进磁场减弱精确度的温度补偿 技术领域 0001 本发明大体上涉及电动机，并且更具体地说涉及用于集成永磁体电动机的磁场减 弱电流的温度补偿。 背景技术。
10、 0002 电机将电能转变成机械能和运动。电机应用在许多用途中，包括家用电器例如风 扇、冰箱和洗衣机。电力驱动装置也日益用在电动车和混合电动车中。 0003 旋转电机通常具有被称为转子的内部旋转磁体，它在固定定子内旋转。在转子电 磁场与由定子绕组产生出的磁场之间的相互作用产生出机械转矩。转子可以为永磁体或者 它可以为电磁铁。但是，如果转子在其中嵌入有永磁体(即永磁体没有位于转子表面中)， 则该电机可以被称为内部永磁体(IPM)电机。 0004 其上施加有输入电压的电机部分被称为“电枢”。根据电机的设计，转子或定子都 可以用作电枢。在IPM电机中，电枢为定子，并且为由输入电压供电以驱动该电机的一。
11、组绕 组线圈。 0005 将机械能转变成电能的相反作业是通过发电机或直流发电机来实现的。如上所述 的电机也可以用作发电机，因为部件是相同的。在电机/发电机由机械转矩驱动时，输出 电。用于混合动力和电动车辆或机车上的牵引电机通常进行这两种工作。 0006 通常在电机加速时，电枢(以及因此电场)电流降低以便将定子的电压保持在限 制内。场电流的降低，其降低在电机内的磁场，这也被称为磁通或磁场减弱电流。磁场减弱 电流控制技术可用于提高电机的转矩-速度特性的性能。为了获得对定子电流的控制，电 机磁场可通过磁场减弱电流控制回路来降低。IPM电机中的磁场或磁通量减弱可通过例如 调节定子激励来实现。IPM机器。
12、中的定子激励可通过电压源逆变器的电压脉宽调制（PWM） 来控制。 0007 过去已经使用磁通减弱技术，其中IPM磁通有意地被减弱以减少与高磁通量相关 的问题，例如由于高反电动势（Back-EMF）引起的过电压。例如，在电机操作的恒定转矩区 域，闭环电流调节器控制已经用于控制所引用的PWM电压记录上的瞬时相电流遵从其指令 值。然而，电流调节器的饱和可在电机端子电压接近PWM逆变器的最大电压时的较高速度 下发生。为此，磁通量应被减弱以维持适当的电流调节直到最大可获得电机速度。减少电 机内的磁通量提供了在高速时IPM机器的改进的功率特性。 0008 在很多应用中，合适的电流输入以有效减弱磁通被预编程。
13、近IPM系统的磁通控制 线路。预编程存储在数据结构例如数据表中。不幸地，时间变化的转子温度改变引起由预 编程磁通减弱电流所产生的磁通改变，从而导致预编程的磁通减弱电流对于被产生的实际 磁通量来说为次优。 0009 因此，期望补偿转子磁通量上的时间变化的温度效应。此外，对于转子温度改变来 说期望实时调节定子电流。此外，其他希望特征和特性将从随后的详细说明和随附权利要 求并结合附图和前述技术领域和背景技术而显见。 说 明 书CN 102891647 A 2/10页 5 发明内容 0010 提供一种用于在集成永磁体(IPM)电动机中控制磁场减弱精确度的方法。该方法 包括部分根据由IPM接收到的预限定。
14、最佳电流指令(I d *和I q *)和IPM电机的转子温度 产生出相位电压回馈信号 phCmd ；部分根据转子速度、电流大小、定子电阻和定子温度产生 出相位电压指令V phCmd 。通过从相位电压指令V phCmd 中减去相位电压回馈V ph 来获得相位电 压误差V error 。该方法还包括从相位电压误差V error 产生出d轴指令电流校正值I d 和q轴 指令电流校正值I q ，并且通过d轴指令电流校正值和q轴指令电流校正值(I d 和I q ) 来调节预限定的最佳电流指令(I D *和I Q *)。 0011 在包括永磁转子的电机中为磁场减弱提供控制回路。该控制回路包括构成为将用 于。
15、d轴的经调节电流指令(I d *)转变成同步指令电压(V d *)的第一电流调节器、构成为将 用于q轴的经调节电流指令(I q *)转变成同步指令电压(V q *)的第二电流调节器以及构成 为从同步指令电压(V d *和V q *)中产生出相位电压(V ph )的算法单元。该控制回路接收来自 磁链校正模块的输入。该磁通量链路校正模块构成为接收转子温度(T R )和转子速度，并且 构成为产生出相位电压指令(V phCmd )。该控制回路还包括回馈路径，构成为从相位电压指令 (V phCmd )中减去相位电压(V ph )并且构成为根据加和产生出x轴指令电流校正值I d 和q轴 指令电流校正值I 。
16、q 作为到第一电流调节器和第二电流调节器的输入。 0012 在包括永磁转子的电机中为磁场减弱提供控制回路。该控制电路包括构成为将用 于d轴的经调节电流指令(I d *)转变成同步指令电压(V d *)的第一电流调节器、构成为将 用于q轴的经调节电流指令(I q *)转变成同步指令电压(V q *)的第二电流调节器以及构成 为从同步指令电压(V d *和V q *)中产生出相位电压(V ph )的算法单元。该控制回路接收来 自磁通链接校正模块的输入，该磁通链接校正模块构成为接收转子温度、定子温度、经调节 的d轴电流指令、经调节的q轴电流指令、转子速度和相位电流(I ph )，并且构成为产生出相 。
17、位电压指令(V phCmd )。控制回路还包括回馈路径，构成为从相位电压指令(V phCmd )中减去相位 电压(V ph )，并且构成为根据加和产生x轴指令电流校正值I d 和q轴指令电流校正值I q 作为到第一电流调节器和第二电流调节器的输入。 0013 本发明还提供如下方案： 1. 一种用于在集成永磁体(IPM)电动机中控制磁场减弱精确度的方法，所述方法包 括： 部分地根据由所述IPM接收到的预限定最佳电流指令(I d *和I q *)产生相位电压回馈 信号V ph ； 部分地根据所述IPM的磁性转子的温度(T R )产生相位电压指令V phCmd ； 通过从相位电压指令V phCmd 。
18、中减去所述相位电压回馈信号V ph 来产生相位电压误差 V error ； 从所述相位电压误差V error 产生d轴指令电流校正值I d 和q轴指令电流校正值I q ； 并且 通过所述d轴指令电流校正值和q轴指令电流校正值(I d 和I q )来调节所述预限 定最佳电流指令(I d *和I q *)。 0014 2. 如方案1所述的方法，其中所述相位电压指令V phCmd 为所述IPM的磁性转子的 说 明 书CN 102891647 A 3/10页 6 速度与转子磁通量指令 phCmd 的乘积。 0015 3. 如方案2所述的方法，其中所述转子磁通量指令( phCmd )从数据结构中产生， 。
19、所述数据结构包含通过所述IPM的磁性转子的温度、d轴经调节电流指令(I d *)和q轴经 调节电流指令(I q *)获得的基于温度的磁链数据。 0016 4. 一种用于包括永磁转子的电机的磁场减弱控制回路，包括： 第一电流调节器，构成为将d轴经调节电流指令(I d *)和d轴电流反馈(I d )转变成同 步电压指令(V d *)； 第二电流调节器，构成为将q轴经调节电流指令(I q *)和q轴电流反馈(I q )转变成同 步电压指令(V q *)； 算法单元，构成为从同步电压指令(V d *和V q *)中产生出相位电压(V ph )； 磁通量链路校正模块，所述磁通量链路校正模块构成为接收转子。
20、温度(T R )和转子速度 ( R )，并且构成为产生相位电压指令(V phCmd )；以及 回馈路径，构成为从所述相位电压指令(V phCmd )中减去相位电压(V ph )，并且构成为根据 减法结果产生出d轴指令电流校正值I d 和q轴指令电流校正值I q 作为提供给所述第 一电流调节器和第二电流调节器的输入。 0017 5. 如方案4所述的磁场减弱控制回路，其中所述磁通量链路校正模块包括包含 有存储在其中的磁链数据的存储装置，其中所述磁链数据使得同步d轴电流(I d )与在特定 磁性转子温度下的相应q轴电流(I q )相关。 0018 6. 如方案5所述的磁场减弱控制回路，其中所述磁链数。
21、据存储在查询表中，该查 询表采用所述永磁转子的温度(T R )、所述d轴经调节电流指令(I d *)和所述q轴经调节电 流指令(I q *)作为输入值，并且产生出转子磁通量指令( phCmd )。 0019 7. 如方案6所述的磁场减弱控制回路，其中将所述转子磁通量指令( phCmd )乘以 所述转子速度以产生出相位电压指令(V phCmd )。 0020 8. 如方案7所述的磁场减弱控制回路，还包括比例积分器，构成为将在所述相位 电压指令(V phCmd )和相位电压(V ph )之间的差异转变成d轴指令电流校正值(I d )。 0021 9. 如方案7所述的磁场减弱控制回路，还包括放大器，。
22、构成为将所述d轴指令电 流校正值(I d )转变成所述d轴指令电流校正值。 0022 10. 一种用于具有永磁转子和逆变器的电机的磁场减弱控制回路，包括： 第一电流调节器，构成为将d轴经调节电流指令(I d *)和d轴电流反馈(I d )转变成同 步指令电压(V d *)； 第二电流调节器，构成为将q轴经调节电流指令(I q *)和q轴电流反馈(I q )转变成同 步指令电压(V q *)； 算法单元，构成为从针对在所述逆变器上的电压降(V drop )和电阻损失(R inv )进行调节 的同步指令电压(V d *和V q *)中产生出相位电压(V ph )； 磁通量链路校正模块，该磁通量链路。
23、校正模块构成为接收转子温度(T R )、转子速度 ( R )和相位电流(I ph )，并且构成为产生出相位电压指令(V phCmd )；以及 回馈路径，构成为从所述相位电压指令(V phCmd )中减去所述相位电压(V ph )，并且构成为 根据减法结果产生出d轴指令电流校正值(I d )和q轴指令电流校正值(I q )作为提供 给所述第一电流调节器和第二电流调节器的输入。 说 明 书CN 102891647 A 4/10页 7 0023 11. 如方案10所述的磁场减弱控制回路，其中所述磁通量链路校正模块包括包 含存储在其中的磁链数据的存储装置，其中所述磁链数据使得同步d轴电流(I d )与。
24、在特定 磁性转子温度下的相应q轴电流(I q )相关。 0024 12. 如方案11所述的磁场减弱控制回路，其中所述磁链数据存储在查询表中，该 查询表采用所述永磁转子的温度(T R )、所述d轴经调节电流指令(I d *)和所述q轴经调节 电流指令(I q *)作为输入值，并且产生出转子磁通量指令( phCmd )。 0025 13. 如方案12所述的磁场减弱控制回路，其中将所述转子磁通量指令( phCmd )乘 以所述转子速度以产生出经调节的相位电压(V ph *)。 0026 14. 如方案13所述的磁场减弱控制回路，还包括定子电阻查询表。 0027 15. 如方案14所述的磁场减弱控制回。
25、路，其中所述定子电阻查询表接收所述相 位电流(I ph )、所述转子速度和定子的温度作为输入值，并且产生出电阻调节值(R)。 0028 16. 如方案15所述的磁场减弱控制回路，其中将所述相位电流(I ph )乘以所述电 阻调节值(R)来产生出电压调节值(V)。 0029 17. 如方案16所述的磁场减弱控制回路，其中将所述电压调节值(V)加入到所 述经调节的相位电压(V ph *)中以产生出所述相位电压指令(V phCmd )。 0030 18. 如方案17所述的磁场减弱控制回路，还包括比例积分器，构成为将在所述相 位电压指令(V phCmd )和相位电压(V ph )之间的差异转变成d轴指。
26、令电流校正值(I d )。 0031 19. 如方案18所述的磁场减弱控制回路，还包括放大器，构成为将所述d轴指令 电流校正值(I d )转变成所述d轴指令电流校正值。 附图说明 0032 下面将结合下面的附图对本发明进行说明，其中相同的附图标记表示相同的元 件，其中： 图1为功能方框图，它包括用于矢量控制IPM电机的现有控制系统； 图2显示出在具有和不具有转矩线性度控制的IPM电机的电流调节性能； 图3为根据实施方案在包括有永磁转子的电机中用于磁场减弱的控制回路的功能方 框图； 图4为根据其它实施方案在包括有永磁转子的电机中用于磁场减弱的控制回路的功 能方框图； 图5A和5B显示出考虑到转子。
27、温度时在IPM电机的相位电流的d轴和q轴分量与d轴 磁通和q轴磁通之间的关系； 图6显示出在IPM电机的相位电流的d轴和q轴分量与相位磁通和转子温度之间的关 系；并且 图7为用于控制在集成永磁体(IPM)电机中磁场减弱精确度的示例性方法的流程图。 具体实施方式 0033 下面的详细说明本身仅仅是例举说明，而不是为了限制本发明或本发明的用途和 使用。另外，这里并不打算受到在前面技术领域、背景技术、发明概述或下面的详细说明中 给出的任何明确或暗示的理论约束。 说 明 书CN 102891647 A 5/10页 8 0034 在这里可以在功能和/或逻辑块部件以及各个处理步骤上对本发明的实施方案 进行。
28、说明。应该理解的是，这些块部件可以通过任意数量的构成用来执行特定功能的硬件、 软件和/或固件部件来实现。例如，本发明的实施方案可以采用各种集成电路部件，例如存 储器元件、控制开关、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表等，这些可以在一个或多个微处 理器或其它控制装置的控制下进行多种功能。另外，本领域普通技术人员将理解的是，本发 明的实施方案可以结合任意数量的车辆用途实施，并且在这里所述的系统仅仅是本发明的 一个示例性实施方案。 0035 为了简洁起见，在这里将不详细描述与该系统的车辆电气部分和其它功能方面 (以及该系统的各个操作部件)相关的普通技术和部件。另外，在这里所包含的各个附图 中所示的连接。
29、线用来表示在各个元件之间的示例性功能关系和/或物理连接。应该指出的 是，在本发明的实施方案中可以给出许多可选方案或另外的功能关系或物理连接。 0036 本领域普通技术人员将理解的是，结合在这里所披露的实施方案描述的各个例举 说明的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。这 些实施方案和实施方式中的一些在下面以功能和/或逻辑块部件(或模块)和各种处理步 骤的方式进行说明。但是，应该理解的是，这些块部件(或模块)可以通过任意数量的构成 为执行特定功能的硬件、软件和/或固件部件来实现。为了清楚例举说明硬件和软件的这 种可互换性，在上面已经在其功能性方面对各种例举说明部。
30、件、块、模块、电路和步骤进行 了大体说明。这种功能性是实施为硬件或是软件取决于特定用途和施加在整个系统上的设 计约束。本领域普通技术人员可以针对每个特定用途按照多种不同方式来实施所述功能， 但是这些实施方式决定不应该解释为脱离本发明的范围。例如，系统或部件的实施方案可 以应用各种集成电路部件，例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表等，这些 可以在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下进行各种功能。另外，本领域普通技 术人员将理解的是，在这里所述的实施方案仅仅是示例性的实施方式。 0037 结合在这里所披露的实施方案描述的各种例举说明的逻辑块、模块和电路可以用 通用处理器、数字信号。
31、处理器(DSP)、特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA) 或其它可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或设计成执行在这里所述的 功能的其任意组合来实施或进行。通用处理器可以为微处理器，但是在可选方案中，处理器 可以为任意普通的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以实施为计算设备的组 合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器或任 意其它这种结构。词语“示例性”在这里专门用来表示“用作示例、举例或例举说明”。在这 里描述为“示例性的”的任意实施方案不必解释为优选的或者优于其它实施方案。 0038 结合在这里所披露的实施方。
32、案描述的方法或算法的步骤可以直接体现在硬件、由 处理器执行的软件模块或这两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存 储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可拆卸磁盘、CD-ROM或本领域所公知的 任意其它形式的存储介质中。示例性存储介质与处理器连接，该处理器可以从存储介质读 取信息，并且在其中写入信息。在替代方案中，存储介质可集成到处理器。处理器和存储介 质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在可选方案中，处理器和存储介质可 以在用户终端中驻留为分立部件。 0039 在该文献中，相关术语例如第一和第二等可以只是用于将一个实体或动作与另一 说。
33、 明 书CN 102891647 A 6/10页 9 个实体或动作区分开，而不必或不意味着在这些实体或动作之间的任意实际这种关系或顺 序。数字序数例如“第一”、“第二”、“第三”等仅仅指的是多个中的不同个体，并不意味着任 何顺序或序列，除非权利要求语言中有具体限定。在任一个权利要求中的文本的顺序并不 意味着处理步骤必须以根据这种顺序的临时或逻辑顺序进行，除非权利要求语言有具体规 定。在不脱离本发明范围的情况下，这些处理步骤可以按照任意顺序互换，只要这种互换不 会使得权利要求语言矛盾并且不会出现逻辑上荒谬。 0040 下面的说明可指元件或节点或特征“连接”或“联接”在一起。如在这里所使用的 一样。
34、，除非另有明确表述，“连接”指的是，一个元件/节点/特征与另一个元件/节点/特 征直接连接(或与之直接通信)，并且不必是机械连接。同样，除非另有明确表述，“联接” 指的是，一个元件/节点/特征与另一个元件/节点/特征直接或间接连接(或与之直接 或间接通信)，并且不必是机械连接。因此，虽然这些示意图显示出元件的示例布置，但是在 本发明的实施方案中可以存在其它介入元件、装置、特征、模块或部件(只要该系统的功能 没有受到负面影响)。 0041 在一个实际非限定用途即用于集成永磁体(IPM)电机的控制系统的上下文中描 述了本发明的实施方案。在该背景中，示例技术可应用于适用于混合动力电动车或电动车 的系。
35、统的操作。但是，本发明实施方案不限于这些车辆用途，并且在这里所述的技术也可以 用在其它电动控制用途中。 0042 图1为功能方框图，显示出用于适用于混合动力车辆的矢量控制IPM电机的现有 控制系统100。这些系统是公知的，并且因此在这里不会对控制系统100的操作进行说明。 总之，控制系统100采用磁通减弱控制回路来调节IPM电机的定子电流指令I Q *(q轴电流指 令)的q轴分量。控制系统100包括：电流指令3-D表查询模块102、具有动态过调制116 的同步电流调节器模块、DC-AC转换模块118、PWM逆变器120、AC-DC转换模块122、IPM电 机124和磁场减弱模块114。控制系统。
36、100如下所述操作。 0043 根据转矩指令T*，转子转速 R 和DC链路电压V DC ，采用电流指令3-D表查询模块 102产生出预定最佳电流指令(I D *和I Q *)。通过从V DC 输入到逆变器120的电压传感器和 从IPM电机124的位置传感器(在图1中未示出)给表查询模块102提供输入。如下面所 述一样调节q轴电流指令I Q *来获得经调节的电流指令(I Q *)。 0044 采用用来产生同步电压指令(V D *和V Q *)的动态过调制116将来自IPM电机124 的I D 和I Q 固定电流(定子电流的d轴和q轴分量)输送给同步电流调节器模块。采用由 IPM电机124提供的转。
37、子角度位置 R 使得指令电压V D *和V Q *矢量转动。将具有动态过调 制116的电流调节器的输出(即，V D *和V Q *)送给DC-AC转换模块118以根据V D *和V Q *产 生出固定帧电压指令(V AS *、V BS *和V CS *)。 0045 给逆变器120提供V AS *、V BS *和V CS *固定帧电压指令以产生出I AS 、I BS 和I CS ，这些 为相应的固定帧电流。逆变器120例如可以为PWM逆变器，用来向IPM电机124的定子绕 组施加交变三相电压。IPM电机124然后根据固定帧电流I AS 、I BS 和I CS 以转速 R 操作。 0046 AC。
38、至DC转换模块122根据I AS 、I BS 、I CS 和 R 产生出I D 和I Q (定子回馈电流的d 轴和q轴分量)。在美国专利申请No.2005/0212471中可以找到控制系统100的其它细节， 该文献的内容其全文由此被引用作为参考。 0047 反电动势(“Back-EMF”)与转速 R 成正比。而且，IPM的Back-EMF随着IPM的 说 明 书CN 102891647 A 7/10页 10 转速 R 增大而增大。高于特定转速，IPM电机的电压可变得高于总线的电压(未示出)， 从而导致电流流动反向(再发电而不是提供动力)。为了控制定子电流的I D 和I Q 分量，通 过磁场减弱。
39、控制回路来降低电机磁通量。磁场减弱模块114根据V D *和V Q *产生出指令电 流调节值I Q (I Q 为调节q轴电流值，这不仅降低了在电机中的磁通量，而且还降低了转 矩)，以调节电流指令I Q *。例如，然后可以通过加法器112将I Q 加入到I Q *中以产生出 经调节的电流指令I Q *。 0048 这样调节I D *和I Q *导致转矩减小，如将在图2的背景中所述的一样。上述转矩降 低减小了可以从IPM电机得到的最大转矩，并且它可以降低电机效率。在2006年10月25 日提交的美国专利申请序列号11/552580中可以找到磁场减弱模块114的其它细节，该文 献其全部内容由此被引用。
40、作为参考。 0049 图2显示出具有和不具有转矩线性度控制的电路调节性能。磁场减弱控制回路模 块114(图1)通过如上所述将I q *电流调节一定量I q 来使得电流调节器保持稳定在有效 电压处。但是I q 使得电流矢量210从在T1恒转矩曲线上的点204向在T2恒转矩曲线 上的点208运动，由此降低了与磁通量成正比的转矩。在IPM电机的磁场减弱区域中期望 将电流矢量保持在T1恒转矩曲线上。为此，转矩线性度模块的控制回路(未示出)产生出 I d ，这使得电流矢量210从在T2恒转矩曲线上的点208向在T1恒转矩曲线上的点206运 动，由此在IPM电机的磁场减弱区域中保持转矩恒定并且维持转矩线性。
41、度。 0050 在这里所述的技术调节定子电流的I d 和I q 分量以应对会影响在磁场减弱区域中 的磁通量的负面的时间变化的转子温度(TR)变化，以便保持转矩性能。 0051 图3为在根据一实施方案的包括有永磁转子的电机中用于磁场减弱的控制回路 的功能方框图。作为输入，电机转矩指令T*、DC链路电压V DC 和转子速度 R 通过控制系统 300来接收。转矩指令T*、DC链路电压V DC 和转子速度 R 为提供给I d 查询表302和I q 查 询表303的输入，这产生出预定最佳的d轴电流指令I d *和预定最佳q轴电流指令I q *。将 预定d轴电流指令I d *和预定q轴电流指令I q *加。
42、入到指令电流校正值I d 和I q 中以获 得d轴经调节的电流指令(I d *)和q轴经调节的电流指令(I q *)作为提供给电流调节器 316和317的输入。电流调节器316和317产生出同步指令电压V d *和V q *，从中通过算法 模块306将相位电压V ph 计算为同步指令电压的平方的总和的平方根。相位电压V ph 为伴随 着磁通量链路校正模块350的输出的指令电流校正值I d 和I q 的输入分量。 0052 磁通量链路校正模块350可以实施为硬件、软件、固件或其组合，并且可以通过处 理器或多个处理器的组合来控制或执行。磁通量链路校正模块350接收当前转子温度(TR) 和经调节的电。
43、流指令I d *和I q *作为提供给磁通量链路查询表355的输入。磁通量链路 查询表355包含有作为转子温度(T R )的函数的预定转子磁通量数据(参见图5-7)。因此， 对于I d *、I q *和转子温度的特定组合，磁通量链路查询表355输出转子磁通量指令 phCmd ， 随后将它乘以转子速度 R 以产生出相位电压指令V phCmd 。然后从相位电压指令(V phCmd )中 减去由算法模块306产生出的相位电压V ph 。 0053 相位电压V ph 为从相位电压指令V phCmd 中减去的回馈信号以产生出电压误差V error ， 其通过比例积分器（PI）调节器进行处理以产生出指令电。
44、流校正值I d 和I q ，如上所述它 们每一个都与其相应的预定d轴电流指令I d *和预定q轴电流指令I q *加和。 0054 然后通过比例积分器控制器357来处理相位电压误差(V error V phCmd -V ph )以产生 说 明 书CN 102891647 A 10 8/10页 11 出指令电流校正值I d 。指令电流校正值I d 进一步由放大器359用增益K处理以产生 出指令电流校正值I q 。在等同实施方案中，放大器K可以用作为I d *和I q *的函数的函 数查询表代替以从指令电流校正值I d 中产生出指令电流校正值I q 。 0055 图4为在根据另一个实施方案的包括有。
45、永磁转子的电机中用于磁场减弱的控制 回路的功能方框图。作为输入，电机转矩指令T*、DC链路电压V DC 和转子速度 R 由控制系 统400接收。转矩指令T*、DC链路电压V DC 和转子速度 R 为分别提供给I d 查询表302和 I q 查询表303的输入，这产生出预定d轴电流指令I d *和预定q轴电流指令I q *。将预定d 轴电流指令I d *和预定q轴电流指令I q *加入到指令电流校正值I d 和I q 中以获得d轴 经调节的电流指令(I D *)和q轴经调节的电流指令(I Q * *)作为提供给电流调节器316和 317的输入。电流调节器316和317产生出同步指令电压V d *。
46、和V q *，算法模块406从中计 算出相位电压V ph 作为同步指令电压的平方的总和。相位电压V ph 为伴随着磁通量链路校正 模块350的输出的指令电流校正值I d 和I q 的分量。 0056 算法模块406还针对在逆变器120上的任意固定电压降调节相位电压V ph 。这种固 定电压降可以包括在任意相关的终端链接和/或电源开关例如绝缘门双级晶体管(IGBT) 上的电压降。该算法模块406还针对在逆变器120上的相位电流驱动电压降(I ph *R inv )进 行调节。 0057 磁通量链路校正模块350可以实施为硬件、软件、固件或其组合，并且可以通过处 理器或多个处理器的组合来控制或执行。
47、。磁通量链路校正模块350接收当前转子温度(T R ) 以及经调节的电流指令I d *和I q *，这将在下面作进一步说明。将转子温度I d *和I q *接 收作为提供给磁通量链路查询表355的输入，这包含有作为转子温度函数的预定转子磁通 量数据。磁通量链路查询表355输出转子磁通量指令 phCmd ，其随后乘以转子速度 R 以产 生出中间相位电压指令(V phCmd )。 0058 除了作为输入以产生出中间相位电压指令V phCmd 之外，转子速度 R 还用作提供给 定子电阻查询表360的输入。该定子电子调节补充了由于定子温度变化而导致的定子电阻 R s 变化，并且补偿了转子速度 R 变化。
48、。在室温附近，典型金属的电阻随着温度升高线性增 大。可以采用下面的公式利用导体的电阻率温度系数来计算出该电阻变化量： R(T)=R 0 1+(T-T 0 ) 其中T为其温度，T 0 为参考温度(通常为室温)，R 0 为在T 0 处的电阻，并且为单位 温度的电阻率的百分比变化。常量只是取决于所考虑的导体材料。所述的关系实际上 只是近似关系，真实的物理关系在一定长度上是非线性的。从另一方面看，自身随着温 度变化。为此，实际中通常以后缀来规定被测量的温度，例如 15 ，并且该关系只是在参 考值周围的温度范围内保持。 0059 接着，I ph ，作为经调节电流指令(I d *和I q *)的平方值的总。
49、和的平方根，还作为到 R s 查询表360的输入，该查询表输出经调节的定子电阻(R)。然后通过将经调节的定子电 阻(R)乘以相位电流(I ph )来确定定子电压调节值(V)。然后将定子电阻电压(V)与 相位电压指令(V phCmd )加和以产生出相位电压指令(V phCmd )。从相位电压指令V phCmd 中减去 由算法模块406产生出的相位电压(V ph )以产生出相位电压误差(V error =V phCmd -V ph )。 0060 然后通过PI控制器357来处理相位电压误差(V error =V phCmd -V ph )以产生出指令电流 校正值I d 。指令电流校正值I d 进一步由放大器359以增益K处理从而生成指令电流 说 明 书。