阅读说明：本技术 一种永磁同步电机转子电角度的测试方法及系统 (Method and system for testing electric angle of rotor of permanent magnet synchronous motor ) 是由 潘炜 张振宁 纪秉男 杨开胜 焦福秦 刘辉 于 2018-07-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种永磁同步电机转子电角度的测试方法及系统,该测试方法包括：给电机三相绕组中的第一相和第二相绕组通大小相等且极性相反的设定直流电流,使电机的转子锁定在另外一相绕组的设定角度上,顺时针和/或逆时针转动电机转轴；测量对应顺时针和/或逆时针转动后的电机转子电角度,并对各不同顺时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值和/或各不同逆时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值求平均值,从而得到电机正向转子电角度和/或电机负向转子电角度。本发明通过测量转子多点的电角度值并取平均,并通过平均值来评估电机转子电角度,降低了由于转子机械角度不一致的误差,提高了测量精度。(The invention relates to a method and a system for testing the electric angle of a permanent magnet synchronous motor rotor, wherein the method comprises the following steps: the method comprises the steps that set direct current with the same magnitude and opposite polarity is conducted to a first phase winding and a second phase winding in three-phase windings of the motor, so that a rotor of the motor is locked on a set angle of the other phase winding, and a rotating shaft of the motor is rotated clockwise and/or anticlockwise; and measuring the electrical angle of the motor rotor after corresponding clockwise and/or counterclockwise rotation, and averaging the electrical angle measurement values of the motor rotor corresponding to the motor rotating shafts with different clockwise rotation angles and/or the electrical angle measurement values of the motor rotor corresponding to the motor rotating shafts with different counterclockwise rotation angles, so as to obtain the electrical angle of the positive rotor of the motor and/or the electrical angle of the negative rotor of the motor. The invention measures and averages the electric angle values of the rotor at multiple points, and evaluates the electric angle of the motor rotor through the average value, thereby reducing the error caused by the inconsistency of the mechanical angle of the rotor and improving the measurement precision.)

一种永磁同步电机转子电角度的测试方法及系统

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机转子电角度的测试方法及系统，属于永磁同步电机控制技术领域。

背景技术

随着汽车零部件轻量化发展，对永磁同步电机(以下简称电机)的效率和功率密度的要求越来越高。在电动机结构型式、尺寸及材料选型不变的情况下，提高电机转子位置测试精度，并将转子电角度的实测值直接固定在控制程序中，可以避免由于控制器对电角度自学习带来的误差，提高电机的输出性能，从而提高车辆乘坐舒适度；另一方面，便于控制器识别，减少生产中的返工，提高装机效率。

现有电动机转子的电角度测试原理为：通过直流电源恒流模式给电机绕组提供一定大小的直流电流，角位显示器与电机旋转变压器通过插座进行连接，并通过与电机同轴连接的旋转变压器来测量电机转子电角度。如图1所示，给电机M1的U相通直流正，大小为I(为额定电流的1/3～1/2)，给V相、W相通直流负，大小为0.5*I，电机的转子锁定在U相的零位，通过角位显示器读取与电机同轴连接的旋转变压器M2的电角度值，由此检测电机的转子电角度。

以上方法理论上可将电机转子锁定在U相的零度位置，但实际上受电机制造水平的限制，电机的U相、V相及W相并不完全对称，即使不考虑三相相位对称的影响，由于V相和W相在电阻电感参数上有一定的偏差，就导致V相和W相的电流不相等(不等于-0.5*I)，这样，转子锁定的位置就会与理论上的零点存在一定的偏差，从而影响电机转子电角度测试的精度。另一方面，由于电机制造过程中存在误差，在电机转子360°机械角度内，每一电周期都不是严格的360°/(2P，其中p电机的极对数)，因而每个电周期的零点并不一定都相同，仅测一个电周期中的电角度来评估整台电机存在较大的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电机转子电角度的测试方法及系统，用于解决电机转子电角度测量不准确的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种永磁同步电机转子电角度的测试方法，步骤如下：

给电机三相绕组中的第一相和第二相绕组通大小相等且极性相反的设定直流电流，使电机的转子锁定在另外一相绕组的设定角度上，顺时针和/或逆时针转动电机转轴；

测量对应顺时针和/或逆时针转动后的电机转子电角度，并对各不同顺时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值和/或各不同逆时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值求平均值，从而得到电机正向转子电角度和/或电机负向转子电角度。

本发明的有益效果是：通过测量转子多点的电角度值并取平均，并通过平均值来评估电机转子电角度，降低了由于转子机械角度不一致的误差，提高了测量精度。

进一步的，按照360°机械角度内的所有电周期顺时针和/或逆时针转动电机转轴，对所有电周期对应顺时针和/或逆时针转动后的电机转子电角度求平均值，其中360°机械角度内的一个电周期为60°/k±5°，k为电机的极对数与旋变极对数之比。

通过测量360°机械角度内的所有电周期内的电机转子电角度并求平均值，进一步提高了测量的精度。

进一步的，所述设定直流电流为电机额定电流的1/3～1/2。

进一步的，还包括给电机三相绕组中的第一相和第三相绕组和/或第二相和第三相绕组通大小相等且极性相反的设定直流电流，测量对应顺时针和/或逆时针转动后的电机转子电角度，并对所有不同顺时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值和/或所有不同逆时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值求平均值，从而得到电机正向转子电角度和/或电机负向转子电角度。

通过给不同的电机两绕组充电的方式，消除了由于三相绕组中电流不平衡带来的测试误差，提高了测量的精度。

本发明还提供了一种永磁同步电机转子电角度的测试系统，包括用于给待测电机供电的直流电源以及用于同轴连接待测电机转子的电机转子电角度测量装置，所述直流电源用于给电机三相绕组中的第一相和第二相绕组通大小相等且极性相反的设定直流电流，使电机的转子锁定在另外一相绕组的设定角度上；所述电机转子电角度测量装置用于在顺时针和/或逆时针转动电机转轴后，测量对应顺时针和/或逆时针转动后的电机转子电角度；并对各不同顺时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值和/或各不同逆时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值求平均值，从而得到电机正向转子电角度和/或电机负向转子电角度。

进一步的，按照360°机械角度内的所有电周期顺时针和/或逆时针转动电机转轴，对所有电周期对应顺时针和/或逆时针转动后的电机转子电角度求平均值，其中360°机械角度内的一个电周期为60°/k±5°，k为电机的极对数与旋变极对数之比。

进一步的，所述设定直流电流为电机额定电流的1/3～1/2。

进一步的，所述直流电源还用于给电机三相绕组中的第一相和第三相绕组和/或第二相和第三相绕组通大小相等且极性相反的设定直流电流，所述电机转子电角度测量装置还用于测量对应顺时针和/或逆时针转动后的电机转子电角度，并对所有不同顺时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值和/或所有不同逆时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值求平均值，从而得到电机正向转子电角度和/或电机负向转子电角度。

附图说明

图1是现有电动机转子的电角度测试原理图；

图2是本发明永磁同步电机转子电角度的测试系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

本发明提供了一种永磁同步电机转子电角度的测试系统，包括用于给待测永磁同步电机M3供电的直流电源以及用于同轴连接待测电机转子的电机转子电角度测量装置。

如图2所示，在本实施例中，该电机转子电角度测量装置为电机旋转变压器M4，该电机旋转变压器M4与待测永磁同步电机M3同轴连接，用于测量电机转子电角度。该电机旋转变压器通过悬变插座连接角位显示器，用于将测量到的电机转子电角度发送给角位显示器进行显示。当然，作为其他的实施方式，在能够实现电机转子电角度测量的情况下，也可以将电机旋转变压器替换为其他的测量设备。

当需要对某个永磁同步电机的转子电角度进行测量时，该待测永磁同步电机可以是车用的，也可以是用在其他场合的，将该待测永磁同步电机与本发明永磁同步电机转子电角度的测试系统中的直流电源和电机转子电角度测量装置进行连接，进而实现一种永磁同步电机转子电角度的测试方法，具体包括以下步骤：

(1)给电机三相绕组中的第一相和第二相绕组通大小相等且极性相反的设定直流电流，使电机的转子锁定在另外一相绕组的设定角度上，顺时针和逆时针转动电机转轴。

其中，电机三相绕组中的第一相绕组和第二相绕组为电机三相绕组中的任意两相绕组。例如，当第一相绕组为U相、第二相绕组为V相时，则另外一相绕组为W相；当第一相绕组为V相、第二相绕组为W相时，则另外一相绕组为U相；当第一相绕组为W相时，第二相绕组为U相时，则另外一相绕组为V相。

(2)测量对应顺时针和逆时针转动后的电机转子电角度，并对各不同顺时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值和各不同逆时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值求平均值，从而得到电机正向转子电角度和电机负向转子电角度。

在步骤(2)中，通过角位显示器读取与电机同轴连接的旋变的电角度值，由此检测出电机的转子电角度。通过多次顺时针和逆时针转动电机转轴，顺时针转动次数和逆时针转动次数均为不小于2的正整数，测量转子多点的电角度值并取平均，通过平均值来评估电机转子电角度，降低了由于转子机械角度不一致的误差，提高了测量精度。

作为进一步的改进方案，为了降低由于各个电周期机械角度不一致的误差，通过测量360°机械角度所有电周期内的转子多点的电角度值并取平均，通过平均值评估电机转子电角度。即按照360°机械角度内的所有电周期顺时针和逆时针转动电机转轴，对所有电周期对应顺时针转动后的电机转子电角度求平均值，从而得到电机的正向转子电角度平均值；对所有电周期对应逆时针转动后的电机转子电角度求平均值，从而得到电机的负向转子电角度平均值。

具体的，360°机械角度内的一个电周期为60°/k±5°，k为电机的极对数与旋变极对数之比。采用对电机两相绕组通电的型式，以第一相绕组为V相、第二相绕组为W相为例，给电机的V相通正向的设定直流电流，大小为I，给W相通负向的设定直流电流，大小为I，使电机的转子锁定在U相的设定角度位置，顺时针转动电动机转轴一个电周期，通过角位显示器读取与电机同轴连接的旋变的电角度值θ_VW1+。然后采用对电机两相绕组通电的型式，给电机的V相通正向的设定直流电流，大小为I，给W相通负向的设定直流电流，大小为I，将电机的转子锁定在U相的设定角度位置上，逆时针转动电动机转轴一个电周期，通过角位显示器读取与电机同轴连接的旋变的电角度值θ_VW1-。在本实施例中，设定直流电流为电机额定电流的1/3～1/2，该设定角度为90°。

通过上述方法，不断地顺时针转动电动机转轴和逆时针转动电动机转轴，从而得到360°机械角度内的所有电周期的转子正向电角度值θ_VW1+、θ_VW2+、θ_VW3+、……、θ_VWP+，所有电周期的转子负向电角度值θ_VW1-、θ_VW2-、θ_VW3-、……、θ_VWP-。对所有的转子正向电角度值θ_VW1+、θ_VW2+、θ_VW3+、……、θ_VWP+求平均，从而得到电机正向转子电角度；对所有的转子负向电角度值θ_VW1-、θ_VW2-、θ_VW3-、……、θ_VWP-求平均，从而得到电机负向转子电角度。

为了消除由于三相绕组中电流不平衡带来的测试误差，以提高测量的精度，以同样的方法，给电机的W相通正向的设定直流电流，大小为I，给U相通负向的设定直流电流，大小为I，测试360°机械角度内的所有电周期的转子正向电角度值θ_WU1+、θ_WU2+、θ_WU3+、……、θ_WUP+，所有电周期的转子负向电角度值θ_WU1-、θ_WU2-、θ_WU3-、……、θ_WUP-。给电机的U相通正向的设定直流电流，大小为I，给V相通负向的设定直流电流，大小为I，测试360°机械角度内的所有电周期的转子正向电角度值θ_UV1+、θ_UV2+、θ_UV3+、……、θ_UVP+，所有电周期的转子负向电角度值θ_UV1-、θ_UV2-、θ_UV3-、……、θ_UVP-。同样的，设定直流电流为电机额定电流的1/3～1/2，该设定角度为90°。

此时，电机的所有正向转子电角度平均值θ₊为：

θ₊＝(θ_VW1++θ_VW2++θ_VW3++…+θ_VWP++θ_WU1++θ_WU2++θ_WU3++…+θ_WUP+

+θ_UV1++θ_UV2++θ_UV3++…+θ_UVP+)/3P

电机的所有负向转子电角度平均值θ_-为：

θ_-＝(θ_VW1-+θ_VW2-+θ_VW3-+…+θ_VWP-+θ_WU1-+θ_WU2-+θ_WU3-+…+θ_WUP-

+θ_UV1-+θ_UV2-+θ_UV3-+…+θ_UVP-)/3P

最后，将所有不同顺时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值的平均值，即电机的正向转子电角度平均值θ₊来衡量电机的正向转子电角度，将所有不同逆时针转动角度的电机转轴所对应的电机转子电角度测量值的平均值，即电机的负向转子电角度平均值θ_{_}来衡量电机的负向转子电角度。通过这种给三组不同的两相绕组通电的方式，给电机任意两相绕组通大小相等且极性相反的设定直流电流，避免了由于绕组中的电流不平衡，提高了电机转子电角度的测量精度。

需要说明的是，也可以对三相绕组中的任意两组不同的两相绕组通电，例如给电机的V相和W相通大小相同极性相反的直流电流，给电机的W相和U相通大小相同极性相反的直流电流，进而获取对应两组360°机械角度内的所有电周期的转子正向电角度值和转子负向电角度值，求两组正向电角度值的平均值和两组负向电角度值的平均值，作为最终的电机的正向转子电角度和电机的负向转子电角度。

另外，当只需要对电机的正向转子电角度或负向转子电角度进行测量时，在给电机的两相绕组通电后，只需要顺时针或逆时针转动电机转轴，进而得出测量出相应的电机转子电角度值并求平均，作为最终的电机的正向转子电角度或电机的负向转子电角度。

本发明的永磁同步电机转子电角度的测试方法及系统可以应用到商用车、乘用车、工程机械等各类具有永磁同步电机驱动零部件，通过采用对两相绕组通电的形式，从而避免了由于绕组中的电流不平衡；并通过测量360°机械角度内所有电角周期内的转子电角度，对电角度取平均值，通过平均值评估电机转子电角度，降低了由于三相绕组中电流不平衡及电周期都不是严格的360/(2P)带来的测试误差，提高了测试准确度。