[发明专利]用于确定多相电动机的转子位置的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种方法和设备，用于通过瞬时地确定转子相对于电机定子的取向和/或速度来控制处于静止状况和处于低速的多相电动机，例如无刷直流电机。在该领域，若干技术是已知的，它们通过使用附加电气设备，例如与电机的控制器连接的外部电动传感器来允许基于速度检测进行控制。

背景技术

电动机包括转子和具有多个卷绕励磁线圈的定子。如今，无刷直流电机在中速和高速范围的应用被有利地实现。无刷直流电机的类型可以是可变磁阻、或永久磁体、或它们的组合。可变磁阻无刷电机具有铁芯转子，其顺次跟随或追逐定子线圈的移位磁场，以促进转子的转动运动。永久磁体无刷电机具有被顺次供能的励磁线圈，其吸引或排斥永久磁体转子，以促进转子的转动运动。

多相电机通常包括永久磁体转子和三个电绕组。这三个电绕组与电机的三个相有关。三相电流流过电机绕组，通常相对于彼此是120电度相关系。相电流产生了转动电磁场，其导致了永久磁体转子的角运动。

无刷直流电机的控制被布置成通过给单独的相绕组供能或解除供能而给电机相施加功率。该方法被称为换向。为了将转子从启动时驱动到某一方向并且在稳定状态下保持所期望的转速和转矩，根据当前的转子位置来应用换向序列或方案。通过这一措施，适当的相绕组在适当的时候被供能，导致相绕组和转子磁极相互吸引和/或相互排斥，从而导致永久磁体转子所期望的角运动。

为了转子进行适当的转动运动，无刷直流电机的控制需要转子相对于定子绕组的位置信息。通过知道该位置，控制可能以适当的顺序给定子绕组供能，以给电机中施加旋转磁场来产生转子上所需的转动转矩。为了检测转子位置，已知的是使用由外部电动速度换能器和/或速度传感器收集的测量数据来感测转子相对于定子绕组的位置。

使用这样的换能器和/或传感器的成本高的，因为它涉及到关于电机装置本身的增加的部件数量。增加的部件数量导致电机控制的较低可靠性，这是因为在某些条件下存在故障机会。此外，这些附加部件需要电机外壳内的宝贵空间。几十年以来，一直以减少由电机结构所消耗的空间并提高成本效益为目的。为了使外部电动速度换能器和/或速度传感器成为不必要的，已经多次尝试在不使用换能器和/或传感器的情况下获得换向位置反馈。

为了测量转子相对于定子的位置和/或速度，通常使用数字无传感器反EMF(电动势)控制技术。这种技术是基于反EMF电压测量，是可靠的并且需要相对简单的实现方案，其包括作为电路的相对小的附加部件。在具有永久磁体转子和三个电绕组a、b和c的多相电机中，对应的反emf分量被假定为是转子位置、电机绕组电流和转子速度的函数。这种技术在若干应用中实现，以在中速和高速范围中操作无刷直流电机控制。反EMF技术可以从无刷直流电机的额定速度的5-10％进行使用。

然而在静止状况和低速操作时，反EMF电压幅度非常低或是零，从而转子的位置是不可测量的。美国专利6,555,977描述了一种装置和方法，用于通过浮动相或未连接相或本发明所描述的第三相的电压测量得出被部署在第一相和第二相之间的互感值，来确定在低速时和甚至零速度时转子的位置，这是因为由于互感分量，浮动相的电压是转子位置的函数。然而该专利提出的是，通过使用零交叉和/或检测所测量互感的极性变化来进行第三相的电压测量，接着是过滤出由反EMF分量导致的低频分量，接着是整流信号，以及接着是过滤出由高频激励分量导致的高频分量。

发明内容

本发明如所附权利要求所描述。

本发明的具体实施例在从属权利要求中被陈述。

根据下文中描述的实施例，本发明的这些或其它方面将会很容易理解并且被阐述。

附图说明

根据附图，仅仅通过举例的方式，本发明的进一步细节、方面和实施例将被描述。在附图中，类似的符号被用于表示相同的或功能相似的元素。为了简便以及清晰，附图中的元素不一定按比例绘制。

图1示意性地显示了设备的实施例的一个例子，该设备包括功率控制单元、采样单元和用于确定转子位置的确定单元。

图2示意性地显示了电动机的实施例的一个例子，该电动机包括多相电动机的第一相、第二相和第三相，具有转子和定子，该转子具有相对于定子的第一位置。

图3示意性地显示了根据图2的实施例的一个例子，该转子具有相对于定子的第二位置。

图4是电动机的第一相上的第一电压的电信号。

图5是电动机的第二相上的第二电压的电信号。

图6是第三相上的第三电压的电信号，其对应于当所述转子处于第一位置时的互感。