用于確定多相電動機的轉子位置的設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種方法和設備，用于通過瞬時地確定轉子相對于電機定子的取向和/或速度來控制處于靜止狀況和處于低速的多相電動機，例如無刷直流電機。在該領域，若干技術是已知的，它們通過使用附加電氣設備，例如與電機的控制器連接的外部電動傳感器來允許基于速度檢測進行控制。
【背景技術】
[0002]電動機包括轉子和具有多個卷繞勵磁線圈的定子。如今，無刷直流電機在中速和高速范圍的應用被有利地實現。無刷直流電機的類型可以是可變磁阻、或永久磁體、或它們的組合。可變磁阻無刷電機具有鐵芯轉子，其順次跟隨或追逐定子線圈的移位磁場，以促進轉子的轉動運動。永久磁體無刷電機具有被順次供能的勵磁線圈，其吸引或排斥永久磁體轉子，以促進轉子的轉動運動。
[0003]多相電機通常包括永久磁體轉子和三個電繞組。這三個電繞組與電機的三個相有關。三相電流流過電機繞組，通常相對于彼此是120電度相關系。相電流產生了轉動電磁場，其導致了永久磁體轉子的角運動。
[0004]無刷直流電機的控制被布置成通過給單獨的相繞組供能或解除供能而給電機相施加功率。該方法被稱為換向。為了將轉子從啟動時驅動到某一方向并且在穩定狀態下保持所期望的轉速和轉矩，根據當前的轉子位置來應用換向序列或方案。通過這一措施，適當的相繞組在適當的時候被供能，導致相繞組和轉子磁極相互吸引和/或相互排斥，從而導致永久磁體轉子所期望的角運動。
[0005]為了轉子進行適當的轉動運動，無刷直流電機的控制需要轉子相對于定子繞組的位置信息。通過知道該位置，控制可能以適當的順序給定子繞組供能，以給電機中施加旋轉磁場來產生轉子上所需的轉動轉矩。為了檢測轉子位置，已知的是使用由外部電動速度換能器和/或速度傳感器收集的測量數據來感測轉子相對于定子繞組的位置。
[0006]使用這樣的換能器和/或傳感器的成本高的，因為它涉及到關于電機裝置本身的增加的部件數量。增加的部件數量導致電機控制的較低可靠性，這是因為在某些條件下存在故障機會。此外，這些附加部件需要電機外殼內的寶貴空間。幾十年以來，一直以減少由電機結構所消耗的空間并提高成本效益為目的。為了使外部電動速度換能器和/或速度傳感器成為不必要的，已經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]為了測量轉子相對于定子的位置和/或速度，通常使用數字無傳感器反EMF(電動勢)控制技術。這種技術是基于反EMF電壓測量，是可靠的并且需要相對簡單的實現方案，其包括作為電路的相對小的附加部件。在具有永久磁體轉子和三個電繞組a、b和c的多相電機中，對應的反emf分量被假定為是轉子位置、電機繞組電流和轉子速度的函數。這種技術在若干應用中實現，以在中速和高速范圍中操作無刷直流電機控制。反EMF技術可以從無刷直流電機的額定速度的5-10%進行使用。
[0008]然而在靜止狀況和低速操作時，反EMF電壓幅度非常低或是零，從而轉子的位置是不可測量的。美國專利6，555，977描述了一種裝置和方法，用于通過浮動相或未連接相或本發明所描述的第三相的電壓測量得出被部署在第一相和第二相之間的互感值，來確定在低速時和甚至零速度時轉子的位置，這是因為由于互感分量，浮動相的電壓是轉子位置的函數。然而該專利提出的是，通過使用零交叉和/或檢測所測量互感的極性變化來進行第三相的電壓測量，接著是過濾出由反EMF分量導致的低頻分量，接著是整流信號，以及接著是過濾出由高頻激勵分量導致的高頻分量。
【發明內容】
[0009]本發明如所附權利要求所描述。
[0010]本發明的具體實施例在從屬權利要求中被陳述。
[0011]根據下文中描述的實施例，本發明的這些或其它方面將會很容易理解并且被闡述。
【附圖說明】
[0012]根據附圖，僅僅通過舉例的方式，本發明的進一步細節、方面和實施例將被描述。在附圖中，類似的符號被用于表示相同的或功能相似的元素。為了簡便以及清晰，附圖中的元素不一定按比例繪制。
[0013]圖1示意性地顯示了設備的實施例的一個例子，該設備包括功率控制單元、采樣單元和用于確定轉子位置的確定單元。
[0014]圖2不意性地顯不了電動機的實施例的一個例子，該電動機包括多相電動機的第一相、第二相和第三相，具有轉子和定子，該轉子具有相對于定子的第一位置。
[0015]圖3示意性地顯示了根據圖2的實施例的一個例子，該轉子具有相對于定子的第二位置。
[0016]圖4是電動機的第一相上的第一電壓的電信號。
[0017]圖5是電動機的第二相上的第二電壓的電信號。
[0018]圖6是第三相上的第三電壓的電信號，其對應于當所述轉子處于第一位置時的互感。
[0019]圖7是第三相上的第三電壓的電信號，其對應于當所述轉子處于第二位置時的互感。
[0020]圖8是第三相上的第三電壓的電信號，其對應于當所述轉子處于圖6的第一位置和圖7的第二位置之間的位置時的互感。
[0021]圖9示意性地顯示了根據本發明的方法的實施例的一個例子，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子位置。
【具體實施方式】
[0022]參照附圖描述了本發明，其中在附圖中類似的參考符號表示相似的部件。本發明涉及圖1中所示的設備I以及圖9中所示的方法100，用于無傳感器檢測多相電動機2，例如無刷直流電機2內的轉子位置，其中所述電機具有如圖2和圖3中所示的永久磁體。
[0023]設備I包括功率控制單元3、采樣單元4和確定單元5。圖1顯示了這種設備1，其包括存儲器單元6和同步單元7，會在下文中描述。圖2顯示了電動機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。設備I被布置成確定轉子9的位置或轉子位置，例如在轉子9的零速度和/或至少低速時的位置。
[0024]在這個例子中，電動機2的轉子9包括具有北極91和南極92的永久磁體。轉子9能夠圍繞在附圖紙面中橫向取向的虛擬中心線25進行轉動。轉子9被布置成相對于定子外殼轉動，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，用于確定轉子位置的系統可以同樣適用于具有多于三個線圈部分的多相電機，其重復地生成第一、第二和第三相磁定子場和具有多個極性的對應轉子。
[0026]確定轉子位置是基于電動機2的繞組之間的互感的電特性的，這是由于互感根據轉子位置而變化。由于磁阻隨著轉子位置改變而變化，因此電機2的相互電感分量隨著轉子位置而變化。在根據圖2的情況的互感因此與根據圖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來檢測互感。可以通過借助于采樣單元4采樣第三相23上的第三電壓33來分析互感，以獲得表示由于轉子位置而在定子線圈26、27、28之間產生的互感的值。
[0028]圖4顯示了在交替周期T31的第一部分311和第二部分31