[发明专利]用于直流电机中的电子换向的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的用于直流电机中的电子换向的方法。

背景技术

在电子换向的直流电机中，旋转运动所需的磁性的旋转磁场由适当的电子装置来进行控制。换向的精确的时间点取决于电机的转子位置，该位置要么利用传感器获取，要么通过测量各自不绕流相的互感电压(Back-EMF)来确定。无传感器的换向识别能够通过使用用于检测感应电压的过零点的比较器和分析比较器信号来实施。公知的还有直接测量感应电压并将测量值与围绕过零点的阈值进行比较。

DE 10 2005 006 503 A1公开了一种方法，该方法用于测量从直流电网中所馈入的、通过脉冲宽度调制(PWM)控制的电机的电流消耗。PWM控制单元为半导体开关装置提供经脉冲宽度调制的电压控制信号，通过该电压控制信号来控制电机内的电流。在与半导体开关装置串联的测量电阻上获取电压降，从中得出电机电流。

发明内容

本发明的任务在于，采取简单的措施改进用于直流电机中的电子换向(elektronische Kommutierung)的方法。特别地，无传感器的换向识别应该与感应电压的实际过零点无关。依据另一方面，应该降低在绕流(Bestromung)的周期性连续的正的或负的电流值之间的绕流间歇(Bestromungspause)。

依据本发明，该任务借助于权利要求1的特征得以解决。从属权利要求提供了有利的改进方案。

在改进了的用于电子换向的方法中，直流电机通过绕流的脉冲宽度调制(PWM)来控制，利用正的和负的电流值以及处于中间的绕流间歇周期性地进行脉冲宽度调制。将PWM同步地测量感应电压(互感电压或Back-EMF)。互感电压的过零点通过施加到互感电压上的包络线与零线的交点来确定。根据互感电压的过零点的位置来改变绕流的脉冲宽度调制，亦即如下情况在过零点要么被绕流的正的电流值覆盖，要么被负的电流值覆盖。

就此而论，过零点(Nulldurchgang)并不意味着必须为零电位，而是也包括互感电压通过中间电位，例如在星形的三个相电压的情况下，星点各自的中间电位通常对应于供电电压的一半。

电机的感应电压的基本的曲线是已知的，该曲线特别是至少近似于直线地变化，从而使得感应电压上的包络线也至少近似于一条直线。因此，从互感电压的基本上已知的曲线中可以得出过零点，即使该过零点被绕流的正的或负的电流值所覆盖并因此不能直接测量。从PWM同步地测量的互感电压中能够确定包络线的参数，从中能够通过外推法确定过零点。包络线优选是一条直线，其中，原则上也考虑非线性函数。

这种方法的优点在于，即不一定非得需要精确测量出感应电压的过零点。仅需在一个小的部分(Teilbereich)内(特别是在绕流间隙(Bestromungslücke)内的一部分上)测量感应的电压的曲线就足够了，并从中通过包络线的外推法确定过零点。以这种的方式(原则上为了识别过零点必需的)绕流间隙能够明显地被缩短，这样对噪声和功率具有积极影响。

另一个优点在于，该方法与现有技术中的实施方式相比实质上更加鲁棒，因为缺少换向边并未自动导致换向本身的损失。

过零点在包络线为直线实施形式的情况下根据直线的斜度来确定是有利的。此外，根据过零点或斜度能够确定电机转速和转子角。

如果确定过零点被前面的绕流所覆盖，那么该绕流与电机转速相比进行得过慢了。为了加速(作为脉冲宽度调制预先给定的)绕流，将适配脉冲宽度调制的增量，以便使绕流重新与电机转速均衡。在感应电压的过零点被后面的绕流所覆盖的情况下，绕流进行得过快了。在这种情况下，绕流也通过增量与电机转速的适配来重新均衡。

在这两种情况下，也就是绕流过慢和过快的情况下，通过适配达到了感应电压的过零点处于绕流间歇的中心。该适配通过改变脉冲宽度调制的宽度来进行。

依据另一种有利的实施方式，该方法在多相电流中使用，其中，在这种情况下在所观察相内的电流低于边界值的情况下才进行互感电压的测量。背景是，在开始测量感应电压之前，需要借助PWM曲线以有利的方式几乎耗散在各自相内的电流，因为否则尚在流动的相电流将使得测量错误。

绕流的PWM曲线例如实现为正弦形，其中，也考虑矩形或梯形或其他的绕流形状。一个相的所期望的绕流形状例如储存在180°的表格内，其中，在每个PWM周期中借助指向表格的指针从表格中获取数值并作为脉冲宽度调制来输出。通过指针的增量能够转换后面的表格数值，其中，指针增量越大，实施表格的速度越快。以这样的方法能够适配至电机转速。随着电机速度的增加，指针增量上升。