[发明专利]借助于迭代测试脉冲在停机状态下确定同步电机的转子角

说明书

技术领域

本发明涉及用于电动机和尤其是用于同步电机的角检测机构。

电动机应用于许多场合，其中转子位置取决于应用场合，并且不仅转速本身是至关重要的。尤其是在接通电机时，检测转子的位置是至关重要的，这是因为转子相对于定子磁场的位置对所产生的转矩的大小和方向有着直接和强烈的影响。尤其是在同步电机时，此时在转子和起动器之间基本上没有速度差(打滑)，正确地检测转子位置的角对于运行来说是至关重要的。在一定情况下只是很少几度的偏差就可能引起转矩的重大差别。在同步电机中通过许多相互错开的定子绕组来产生一个环绕的磁场，其中转子具有一个固定附加的磁化方向。转子的磁场原则上通过一个永久磁铁，通过一个励磁绕组或者通过它们的组合来产生。

众所周知，应用单独分开的传感器来检测角，例如感应式或者光学的传感器。此外使用单独分开的传感器要求附带的结构空间，附带的成本，自身的输入线路，附带的制造工序和其它。另外，附带的部件原则上总是包含了形成附加故障源的危险。

因而已知有一些方法和装置，它们借助于绕组和转子来检测电机的转子位置，而不需要附加的传感器。

文献DE10 2006 004 166规定了一种用于确定一种电子换向电机的转子位置，其中在不同的转子方向上的不同的磁饱和极限被应用于检测转子位置。这里检测一直到规定的极限值的上升时间，由此可以检测到转子部分的磁饱和，这转子部分由磁场来检测，该磁场由一个属于这方向的定子绕组产生。由定子相电流的升高来检测转子的位置，因为转子具有一种取决于角的磁饱和。一方面这方法是复杂费钱的，因为角位置是以许多不同的上升时间的组合为基础的，这些上升时间分别反映了磁饱和情况，而另一方面，因为分辨率通过两个不同的定子绕组的角错开来定义，这就是说，例如60°。因此这文献只是规定了某些角区域的对应配合，但没有更精确的角检测。

专利AT397727B说明了一种方法，它借助于电压脉冲确定转子角。此处通过电流脉冲和附属感应的电压所形成的电感对应配合于一个沿着圆周的电感的正弦状的变化曲线，以便由求出的电感值和它的衍生求出在正弦状的变化曲线内的当前位置。这要求对于测量值与假定的正弦状感应变化曲线的配合进行复杂的内插，并且因此对于将电压-和电流脉冲内插至正弦状的变化曲线上的测量数据处理单元提出了高的要求。此外在电感只是微小地随角而变化的位置上，发生位置的不精确性，这就是说，例如在+/-90°时。

上面所述的，在电动机停止时检测绝对角的方法因而一方面与附加的部件相联系，或者要进行复杂的计算，这种计算同时由于外部的干扰场而精度低，误差成分大。尤其是基于内插的角检测对于复杂的计算要求的费用很高，其中内插法也在小的测量误差时导致实质性的角误差。

本发明的任务是提出一种机构用来精密地检测电动机的绝对角位置，这机构可以用小的电气元部件费用和用简单的分析评估机构来实现。

发明内容

本发明允许对于电机，尤其是同步电机进行精密的绝对角确定，而不需要附加的元部件，而且计算方法也特别简单。这方法可以用成本低的构件来变换，因为它只需要少量的计算能力，就达到高的精度，而且根据许多的测量只是受到外部干扰磁场的微弱影响，并且可以实现角位置的差不多任意精度的分辨率。无论是测量方法的准备还是测量脉冲的产生和传输都可以采用已有的装置，它们与电机连接。本发明因此允许对停止时转子的角位置进行准确的检测，因此在起动时在短的测量周期之后可以已达到最大可能的转矩。方法要求成本低，结构空间小，并且坚固耐用。在一种优选的实施形式中本发明也允许对于涉及360°一个整圈角位置进行明确的检测，而没有在180°方向上的双义。这方法尤其是不需要对测量值进行复杂的内插或者解释，而是可以只用简单的比较过程和基本的计算运算。本发明尤其是可以借助于比较器和形成一个角平均值的装置来实施，例如作为在一个处理器上运行的软件。此外本发明还借助于一种固定布设的线路来进行转换，这线路具有比较器，加法器和用于平分一个值的装置。