用霍尔传感器来计算电动机速度和转子位置的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种使用霍尔传感器来计算电动机速度和转子位置的方法和系统。方法基于例如安装于电动机内作为位置传感器的霍尔传感器、配置成接收霍尔传感器的信号以操作电动机的电动机控制器、和配置成存储当电动机控制器感测到霍尔传感器的信号改变的时点时的时间的微机等的配置，使用霍尔传感器来改进对于在高速旋转的电动机的速度及转子位置的计算的精确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用霍尔传感器来计算电动机速度和转子位置的系统和方法。更具体来说，其涉及一种使用霍尔传感器来计算电动机速度和转子位置的方法，从而使用霍尔传感器来提高对在高速下旋转的电动机的速度及电动机的转子位置的计算的精确性。
技术介绍
环保车辆，例如燃料电池车、电动车、混合动力车及插电式电动车，包含多个用于生成电力并驱动车辆的电动机以及用于检测各个电动机的每分钟转速(RPM)以较精确地控制电动机的驱动的霍尔传感器。霍尔传感器以预定的角度间隔安装在各个电动机的预定位置处，且各个霍尔传感器可以配置成基于电动机的转子的旋转而生成开或关的数字信号，以输出转子的位置信息，并基于位置信息来执行一系列的电动机驱动控制(例如，电动机速度等的计算)。具体而言，将参考图1和图2来描述使用霍尔传感器计算电动机速度的典型方法。电动机控制器配置成以称为Tc的预定时间间隔来确定霍尔传感器的信号开始从高到低变化或从低到高变化的时间。参看图1，例如，当仅在第m次感测霍尔传感器的信号改变时，感测到信号的时间为mTc，且用以下等式1来计算电动机的速度。等式1在以上等式1中，m表示霍尔传感器的信号变化周期，即，霍尔传感器的信号从高到低变化或从低到高变化前的时间，Tc表示用于确认霍尔传感器的信号的预定时间间隔，且N表示电动机的极数。然而，使用霍尔传感器来计算电动机速度的典型方法具有以下问题。第一，在计算电动机速度及转子位置期间会出现误差。如图1中所示，在霍尔传感器的感测值实际上变化的时间T实际与测量的时间mTc之间出现误差△T1-△T2，如以下等式2所示，使得在电动机速度的计算中出现误差。等式2T实际＝mTc+ΔT1-ΔT2T实际-mTc＝ΔT1-ΔT2此外，基于当霍尔传感器的感测值从低到高变化时的时点(如图1的时点①)来确认转子的位置值。然而，在时点①，在霍尔传感器的感测值实际上改变之时的时间与控制器感测到霍尔传感器的感测值改变之时的时间之间存在称作△T1的时间误差，且相似地，甚至会在图1的时点②处存在称作△T2的时间误差，使得在转子位置的计算期间存在误差。第二，由于在计算电动机速度及转子位置的期间出现的误差，存在以下问题。1)电动机速度的计算误差会引起在图2所示电动机控制器的配置中的速度控制器中使用的反馈速度的测量值的误差，因此速度控制器的输出电流命令值会波动。2)转子位置的计算误差会引起在电流控制器中使用的转子的位置值的误差，因此在供应到3相电动机的电流中出现纹波，使得速度控制不稳定。3)由于在电动机速度及转子位置的计算期间出现的误差，会出现电动机速度和电流控制的不稳定性，并且电动机和逆变器的控制效率会下降，且由于电动机效率的下降，促成电动机的热生成，因此，冷却性能也会下降。第三，随着确认霍尔传感器的信号的时间间隔Tc减小，电动机速度及转子位置的计算误差会减小，但电动机控制器的CPU的计算载荷会增加。一般来说，因为电动机控制器使用从几kHz到几十kHz的开关频率，电动机控制器配置成在约100μs的时间内执行电动机控制中所涉及的复杂计算以确定脉宽调制(PWM)占空比，因此计算载荷相当大。因此，由于电动机控制器的计算载荷的限制，不可能使霍尔传感器的信号确认周期无限短。第四，考虑到在用于燃料电池车中空气供应的压缩机中使用的电动机的旋转速度随着空气供应压力的规格增加而增加，使得电动机被驱动为几千RPM到几十万RPM，在使用霍尔传感器计算电动机速度及转子位置期间出现的误差会导致燃料电池车的燃料效率和功率性能的下降。同时，为更精确地计算电动机速度和转子位置，可以使用旋转变压器传感器来代替霍尔传感器，但是旋转变压器传感器比霍尔传感器更贵，且在用于安装旋转变压器传感器的封装方面具有缺点，因此，很少用于除燃料电池车的驱动电动机之外的其他组件。在本章节公开的上述信息仅用于增强对本专利技术的背景的理解，因此其可能含有不形成该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术提供一种使用霍尔传感器来计算电动机速度和转子位置的系统和方法，以基于例如安装于电动机内作为位置传感器的霍尔传感器、配置成接收霍尔传感器的信号以操作电动机的电动机控制器、和配置成存储当电动机控制器感测到霍尔传感器的信号改变的时点时的时间的微机等配置，使用霍尔传感器来改进对于在相当高速旋转的电动机的速度和转子位置的计算的精确性。在一个方面，本专利技术提供一种使用霍尔传感器来计算电动机速度和转子位置的方法，该方法可以包括：确定霍尔传感器的信号值是否改变；当霍尔传感器的信号值改变时，通过读取布置在逆变器控制器内的中央处理单元(CPU)的内部时钟计数器值，来计算当用于确定PWM开关占空比的计算开始时的时间T当前以及在霍尔传感器的信号值改变所在时间点的时间T霍尔；基于当霍尔传感器的信号值在最接近当前时间的先前时间改变时的时间信息T霍尔以及表示老的T霍尔值的时间信息T霍尔_老来计算电动机速度ωr；以及基于T当前与T霍尔之间的时间差ΔT来计算转子位置。在示例性实施方式中，当用于确定PWM开关占空比的计算在霍尔传感器的信号值改变时的时点与霍尔传感器的下一信号值改变时的时点之间开始时，可以执行当前时间的计算。另外，布置于逆变器控制器内的微机可以配置成在信号值确定进程之前生成由霍尔传感器的信号改变所触发的事件，并基于所生成的事件，CPU的内部时钟计数器值可以自动地记录在微机的特定存储器中以作为在用于测量霍尔传感器的信号值改变所在时间点的T霍尔的值。通过上述配置，本专利技术具有以下效果。第一，可以使用霍尔传感器来更精确地计算在高速旋转的电动机的速度。第二，可以通过使用霍尔传感器更精确地计算电动机的转子位置来改进电动机的控制效率。第三，与使用昂贵的旋转变压器相比，可以通过在使用不贵的霍尔传感器时更精确地计算转子位置并测量电动机速度，从而实现成本的节省。附图说明现在将参考在附图中图示的示例性实施方式对本专利技术的以上和其它特征进行详细说明，这些实施方式仅以示例说明的方式在下文给出，因此不是对本专利技术的限制，其中：图1是示出根据现有技术的使用霍尔传感器来测量电动机速度的方法的示例图；图2是示出根据现有技术的包含速度控制器和电流控制器的电动机控制器的示例图；图3是示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用霍尔传感器来计算电动机速度和转子位置的方法，包括：通过控制器，确定所述霍尔传感器的信号值是否改变；通过所述控制器，当所述霍尔传感器的所述信号值改变时，通过读取中央处理单元(CPU)的内部时钟计数器值来计算当用于确定脉冲宽度调制(PWM)开关占空比的计算开始时的时间T当前以及所述霍尔传感器的所述信号值改变所在时间点的时间T霍尔；通过所述控制器，基于所述霍尔传感器的所述信号值在最接近当前时间的先前时间改变时的时间信息T霍尔以及表示老的T霍尔值的时间信息T霍尔_老来计算电动机速度ωr；以及通过所述控制器，基于所述T当前与所述T霍尔之间的时间差ΔT来计算转子位置。

【技术特征摘要】
2014.09.25 KR 10-2014-01280361.一种使用霍尔传感器来计算电动机速度和转子位置的方法，包
括：
通过控制器，确定所述霍尔传感器的信号值是否改变；
通过所述控制器，当所述霍尔传感器的所述信号值改变时，通过
读取中央处理单元(CPU)的内部时钟计数器值来计算当用于确定脉
冲宽度调制(PWM)开关占空比的计算开始时的时间T当前以及所述霍
尔传感器的所述信号值改变所在时间点的时间T霍尔；
通过所述控制器，基于所述霍尔传感器的所述信号值在最接近当
前时间的先前时间改变时的时间信息T霍尔以及表示老的T霍尔值的时间
信息T霍尔_老来计算电动机速度ωr；以及
通过所述控制器，基于所述T当前与所述T霍尔之间的时间差ΔT来
计算转子位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述霍尔传感器安装在所
述电动机内以作为位置传感器，所述控制器配置成接收所述霍尔传感
器的信号以操作所述电动机，且微机配置成存储当所述控制器感测到
所述霍尔传感器的所述信号的改变的时点时的时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，当用于确定所述PWM开
关占空比的计算在所述霍尔传感器的所述信号值改变时的时点与所述
霍尔传感器的下一信号值改变时的时点之间开始时，执行计算以确定
所述PWM开关占空比的计算开始的时间。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过所述控制器，生成由所述霍尔传感器的所述信号的改变而触
发的事件，并且基于所生成的事件，将所述CPU的所述内部时钟计数
器值自动地记录在所述控制器的特定存储器中以作为用于测量所述霍
尔传感器的所述信号值的改变所在时间点的所述T霍尔的值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过读取所述CPU的所述
内部时钟计数器值并基于T当前＝CPU时钟计数器值×△TCPU来计算当
用于确定所述PWM开关占空比的计算开始时的所述时间T当前，
所述CPU时钟计数器值表示用来确定当用于确定PWM开关占空
比的操作开始时的时点的CPU内部时钟计数器值，并且ΔTCPU表示所
述CPU时钟计数器加一的时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过读取所述CPU的所述
内部时钟计数器值基于T霍尔＝T霍尔_计数×△TCPU来计算所述霍尔传感器
的所述信号值改变所在时间点的所述时间T霍尔，
所述T霍尔_计数表示自动地存储在所述控制器的所述特定存储器中作
为当所述霍尔传感器的所述信号值改变时的时间信息的所述CPU的内
部时钟计数器值，并且ΔTCPU表示CPU时钟计数器加一的时间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述霍尔传感器的所述
信号值改变时的时点与所述霍尔传感器的下一信号值改变时的时点之
间的用于确定所述PWM开关占空比的计算被执行时的时点，基于
来计算所述电动机速度ωr，
所述T霍尔_更新表示所述霍尔传感器的所述信号值的改变所需的时
间，且表示当所述霍尔传感器的信号值在最接近当前时间的先前时间
改变时的所述时间T霍尔与表示老的T霍尔值的所述时间T霍尔_老之间的差，
并且N表示所述电动机的极数。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述霍尔传感器的所述
信号值改变时的时点与当所述霍尔传感器的下一信号值改变时的时点
之间的在用于确定所述PWM开关占空比的计算被执行时的时点，基
于来计算所述电动机的转子位置，
所述θ霍尔表示由所述电动机的物理意义上安装有所述霍尔传感器
的位置确定的所述霍尔传感器的位置在改变时的电性位置，并且ΔT表
示所述T当前与所述T霍尔之间的时间差。
9.一种使用霍尔传感器来计算电动机速度和转子位置的系统，包
括：
存储器，其配置成存储程序指令；以及
处理器，其配置成执行所述程序指令，所述程序指令在执行时配
置成：
确定霍尔传感器的信号值是否改变；
当所述霍尔传感器的所述信号值改变时，通过读取中央处理单元
(CPU)的内部时钟计数器值来计算当用于确定脉冲宽度调制(PWM)
开关占空比的计算开始时的时间T当前以及所述霍尔传感器的所述信号
值的改变所在时间点的时间T霍尔；
基于当所述霍尔传感器的信号值在最接近当前时间的先前时间改
变时的时间信息T霍尔以及表示老的T霍尔值的时间信息T霍尔_老来计算电
动机速度ωr；以及
基于所述T当前与所述T霍尔之间的时间差ΔT来计算转子位置。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，当用于确定所述PWM
开关占空比的计算在所述霍尔传感器的所述信号值改变时的时点与所
述霍尔传感器的下一信号值改变时的时点之间开始时，执行计算以确
定...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东勋，康敏绣，权纯祐，金成道，李准庸，柳昌锡，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR