用于確定多相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種方法和設(shè)備，用于通過瞬時(shí)地確定轉(zhuǎn)子相對(duì)于電機(jī)定子的取向和/或速度來控制處于靜止?fàn)顩r和處于低速的多相電動(dòng)機(jī)，例如無刷直流電機(jī)。在該領(lǐng)域，若干技術(shù)是已知的，它們通過使用附加電氣設(shè)備，例如與電機(jī)的控制器連接的外部電動(dòng)傳感器來允許基于速度檢測(cè)進(jìn)行控制。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)機(jī)包括轉(zhuǎn)子和具有多個(gè)卷繞勵(lì)磁線圈的定子。如今，無刷直流電機(jī)在中速和高速范圍的應(yīng)用被有利地實(shí)現(xiàn)。無刷直流電機(jī)的類型可以是可變磁阻、或永久磁體、或它們的組合?？勺兇抛锜o刷電機(jī)具有鐵芯轉(zhuǎn)子，其順次跟隨或追逐定子線圈的移位磁場(chǎng)，以促進(jìn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。永久磁體無刷電機(jī)具有被順次供能的勵(lì)磁線圈，其吸引或排斥永久磁體轉(zhuǎn)子，以促進(jìn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
[0003]多相電機(jī)通常包括永久磁體轉(zhuǎn)子和三個(gè)電繞組。這三個(gè)電繞組與電機(jī)的三個(gè)相有關(guān)。三相電流流過電機(jī)繞組，通常相對(duì)于彼此是120電度相關(guān)系。相電流產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動(dòng)電磁場(chǎng)，其導(dǎo)致了永久磁體轉(zhuǎn)子的角運(yùn)動(dòng)。
[0004]無刷直流電機(jī)的控制被布置成通過給單獨(dú)的相繞組供能或解除供能而給電機(jī)相施加功率。該方法被稱為換向。為了將轉(zhuǎn)子從啟動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)到某一方向并且在穩(wěn)定狀態(tài)下保持所期望的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，根據(jù)當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置來應(yīng)用換向序列或方案。通過這一措施，適當(dāng)?shù)南嗬@組在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候被供能，導(dǎo)致相繞組和轉(zhuǎn)子磁極相互吸引和/或相互排斥，從而導(dǎo)致永久磁體轉(zhuǎn)子所期望的角運(yùn)動(dòng)。
[0005]為了轉(zhuǎn)子進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，無刷直流電機(jī)的控制需要轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子繞組的位置信息。通過知道該位置，控制可能以適當(dāng)?shù)捻樞蚪o定子繞組供能，以給電機(jī)中施加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來產(chǎn)生轉(zhuǎn)子上所需的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為了檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，已知的是使用由外部電動(dòng)速度換能器和/或速度傳感器收集的測(cè)量數(shù)據(jù)來感測(cè)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子繞組的位置。
[0006]使用這樣的換能器和/或傳感器的成本高的，因?yàn)樗婕暗疥P(guān)于電機(jī)裝置本身的增加的部件數(shù)量。增加的部件數(shù)量導(dǎo)致電機(jī)控制的較低可靠性，這是因?yàn)樵谀承l件下存在故障機(jī)會(huì)。此外，這些附加部件需要電機(jī)外殼內(nèi)的寶貴空間。幾十年以來，一直以減少由電機(jī)結(jié)構(gòu)所消耗的空間并提高成本效益為目的。為了使外部電動(dòng)速度換能器和/或速度傳感器成為不必要的，已經(jīng)多次嘗試在不使用換能器和/或傳感器的情況下獲得換向位置反饋。
[0007]為了測(cè)量轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的位置和/或速度，通常使用數(shù)字無傳感器反EMF(電動(dòng)勢(shì))控制技術(shù)。這種技術(shù)是基于反EMF電壓測(cè)量，是可靠的并且需要相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方案，其包括作為電路的相對(duì)小的附加部件。在具有永久磁體轉(zhuǎn)子和三個(gè)電繞組a、b和c的多相電機(jī)中，對(duì)應(yīng)的反emf分量被假定為是轉(zhuǎn)子位置、電機(jī)繞組電流和轉(zhuǎn)子速度的函數(shù)。這種技術(shù)在若干應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)，以在中速和高速范圍中操作無刷直流電機(jī)控制。反EMF技術(shù)可以從無刷直流電機(jī)的額定速度的5-10%進(jìn)行使用。
[0008]然而在靜止?fàn)顩r和低速操作時(shí)，反EMF電壓幅度非常低或是零，從而轉(zhuǎn)子的位置是不可測(cè)量的。美國專利6，555，977描述了一種裝置和方法，用于通過浮動(dòng)相或未連接相或本發(fā)明所描述的第三相的電壓測(cè)量得出被部署在第一相和第二相之間的互感值，來確定在低速時(shí)和甚至零速度時(shí)轉(zhuǎn)子的位置，這是因?yàn)橛捎诨ジ蟹至?，浮?dòng)相的電壓是轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)。然而該專利提出的是，通過使用零交叉和/或檢測(cè)所測(cè)量互感的極性變化來進(jìn)行第三相的電壓測(cè)量，接著是過濾出由反EMF分量導(dǎo)致的低頻分量，接著是整流信號(hào)，以及接著是過濾出由高頻激勵(lì)分量導(dǎo)致的高頻分量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明如所附權(quán)利要求所描述。
[0010]本發(fā)明的具體實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中被陳述。
[0011]根據(jù)下文中描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些或其它方面將會(huì)很容易理解并且被闡述。
【附圖說明】
[0012]根據(jù)附圖，僅僅通過舉例的方式，本發(fā)明的進(jìn)一步細(xì)節(jié)、方面和實(shí)施例將被描述。在附圖中，類似的符號(hào)被用于表示相同的或功能相似的元素。為了簡(jiǎn)便以及清晰，附圖中的元素不一定按比例繪制。
[0013]圖1示意性地顯示了設(shè)備的實(shí)施例的一個(gè)例子，該設(shè)備包括功率控制單元、采樣單元和用于確定轉(zhuǎn)子位置的確定單元。
[0014]圖2不意性地顯不了電動(dòng)機(jī)的實(shí)施例的一個(gè)例子，該電動(dòng)機(jī)包括多相電動(dòng)機(jī)的第一相、第二相和第三相，具有轉(zhuǎn)子和定子，該轉(zhuǎn)子具有相對(duì)于定子的第一位置。
[0015]圖3示意性地顯示了根據(jù)圖2的實(shí)施例的一個(gè)例子，該轉(zhuǎn)子具有相對(duì)于定子的第二位置。
[0016]圖4是電動(dòng)機(jī)的第一相上的第一電壓的電信號(hào)。
[0017]圖5是電動(dòng)機(jī)的第二相上的第二電壓的電信號(hào)。
[0018]圖6是第三相上的第三電壓的電信號(hào)，其對(duì)應(yīng)于當(dāng)所述轉(zhuǎn)子處于第一位置時(shí)的互感。
[0019]圖7是第三相上的第三電壓的電信號(hào)，其對(duì)應(yīng)于當(dāng)所述轉(zhuǎn)子處于第二位置時(shí)的互感。
[0020]圖8是第三相上的第三電壓的電信號(hào)，其對(duì)應(yīng)于當(dāng)所述轉(zhuǎn)子處于圖6的第一位置和圖7的第二位置之間的位置時(shí)的互感。
[0021]圖9示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例的一個(gè)例子，該方法包括施加第一電壓和第二電壓、采樣第三電壓以及基于所述第三電壓來確定轉(zhuǎn)子位置。
【具體實(shí)施方式】
[0022]參照附圖描述了本發(fā)明，其中在附圖中類似的參考符號(hào)表示相似的部件。本發(fā)明涉及圖1中所示的設(shè)備I以及圖9中所示的方法100，用于無傳感器檢測(cè)多相電動(dòng)機(jī)2，例如無刷直流電機(jī)2內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置，其中所述電機(jī)具有如圖2和圖3中所示的永久磁體。
[0023]設(shè)備I包括功率控制單元3、采樣單元4和確定單元5。圖1顯示了這種設(shè)備1，其包括存儲(chǔ)器單元6和同步單元7，會(huì)在下文中描述。圖2顯示了電動(dòng)機(jī)2，其具有定子線圈
26、27、28，并且包括第一相21、第二相22和第三相23。設(shè)備I被布置成確定轉(zhuǎn)子9的位置或轉(zhuǎn)子位置，例如在轉(zhuǎn)子9的零速度和/或至少低速時(shí)的位置。
[0024]在這個(gè)例子中，電動(dòng)機(jī)2的轉(zhuǎn)子9包括具有北極91和南極92的永久磁體。轉(zhuǎn)子9能夠圍繞在附圖紙面中橫向取向的虛擬中心線25進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子9被布置成相對(duì)于定子外殼轉(zhuǎn)動(dòng)，其中線圈26、27、28安裝在定子外殼上。圖2顯示了一種情況，其中轉(zhuǎn)子9的北極91朝向被連接在第一相21的線圈26。圖3顯示了另一種情況，其中轉(zhuǎn)子9的北極91朝向被連接在第二相22的線圈27。
[0025]注意，用于確定轉(zhuǎn)子位置的系統(tǒng)可以同樣適用于具有多于三個(gè)線圈部分的多相電機(jī)，其重復(fù)地生成第一、第二和第三相磁定子場(chǎng)和具有多個(gè)極性的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子。
[0026]確定轉(zhuǎn)子位置是基于電動(dòng)機(jī)2的繞組之間的互感的電特性的，這是由于互感根據(jù)轉(zhuǎn)子位置而變化。由于磁阻隨著轉(zhuǎn)子位置改變而變化，因此電機(jī)2的相互電感分量隨著轉(zhuǎn)子位置而變化。在根據(jù)圖2的情況的互感因此與根據(jù)圖3的另一種情況的互感不同。
[0027]可以通過借助于功率控制單元3給第一相21上施加第一電壓31以及給第二相22上施加第二電壓32來檢測(cè)互感?？梢酝ㄟ^借助于采樣單元4采樣第三相23上的第三電壓33來分析互感，以獲得表示由于轉(zhuǎn)子位置而在定子線圈26、27、28之間產(chǎn)生的互感的值。
[0028]圖4顯示了在交替周期T31的第一部分311和第二部分31