用于确定电机静止状态下的转子初始位置的装置和方法制造方法及图纸

用于确定电机静止状态下的转子的初始位置的装置和方法。用于确定电机静止状态下的转子的初始位置的装置和方法包括：电源模块用于至少对电机供电；开关电路用于对电机的供电模式进行切换，其中每个供电模式对应于不同的电角度；反馈电路检测电机绕组的电流并产生相应的反馈信号反馈给控制器；以及控制器基于在不同的供电模式下通过电机的电流而确定转子角度，其中所述控制器进行如下操作：（a）对反馈的不同的供电模式下通过电机的电流的各电流值进行加权后比较，从而得到最大电流值及其对应的供电模式；（b）基于最大电流值及其所对应供电模式的前后的两个供电模式的电流值，通过使用相似三角形近似方法来计算得到最大电流值的位置所对应的位置角度PA。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于确定电机静止状态下的转子初始位置的装置和方法。
技术介绍
永磁无刷电机BLDCM（brushlessdirectcurrentmotor）或者PMSM（permanentmagnetsynchronousmotor）具有体积小、功率密度高、噪声小、机械特性好等特点，它们在汽车工业等许多领域中广泛应用。因为此类电机没有电刷，所以转子位置信息对控制性能是非常重要的，也就是说需要知道电机静止状态下的转子角度。通常的BLDCM或PMSM需要一个角度位置传感器来检测转子的位置，从而实现对电机的启动控制，但是角度位置传感器大多比较昂贵，增加了电机的成本，并且在一些场合安装困难。为了节约成本并提高系统可靠性，现在广泛使用用于电机控制的无传感器控制。因此无位置传感器的电机控制方法成为当前的研究重点和趋势。在无位置传感器的电机控制方法中，电机的启动是个难点和重点，其中一个原因是电机的启动涉及到电机初始转子角度，而我们很难准确地得到初始转子角度。虽然目前存在一些通过运转电机来得到初始角度的简单的方法（比如以往一些方法通过稍微转动一下电机以获得这一初始位置），但是在更多的情况下不允许这样做。因此在许多应用中，要求获得电机停止状态中的转子角度，也就是说能够在电机静止状态下检测电机转子的初始位置变得非常有必要。先前的一些确定电机静止状态下的转子角度的方法，要么非常复杂，要么得到的位置精度不高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了满足上述需求。本专利技术可以在电机静止状态下用简单的方法来得到精确的电机转子的初始角度位置。本专利技术的实施例是基于通过电机静止状态下的电机绕组的电流与转子位置之间的关系来得到电机静止状态下的转子的初始角度。为了便于理解本专利技术，在实施例中使用三相的BLDC或者PMSM作为示例，但并不是限制三相以上的多相电机同样适用于本方法。为了便于理解本专利技术，下面首先对本文中使用的一些术语进行定义：供电模式，开关电路（作为示例本文采用了桥式开关电路，也有文献称之为变流器）中上桥导通下桥关断定义为1，下桥导通上桥关断定义为0，上下桥同时关断定义为X，12种供电模式可以据此依次定义为（U相V相W相）：“011、01X、010、X10、110、1X0、100、10X、101、X01、001、0X1”；本文中的电压矢量角度，假定供电模式中的第一个电压矢量所对应的电角度为0度，则当三相桥在12个开关模式下工作时，接下来的模式对应的电角度依次分别为30度、60度、90度、……330度；如果是6个开关矢量，其对应的角度则分别是0度、60度、120度……300度或者30度、90度、150度……330度。本文将12个电压矢量作为示例而不是限制，6个电压矢量也适用于本方法。“转子角度”指的是转子与定子之间的相对旋转的角度，通常定义以A相电机绕组所在位置为0度。根据本专利技术的实施例的一个方面，一种用于确定电机静止状态下的转子的初始位置的装置，包括：电源模块，用于至少对电机进行供电；开关电路（作为示例本文采用了桥式开关电路，也称之为变流器，在本专利技术的一些实施例中采用针对三相电机的三相桥作为示例），用于输出多个激励信号对电机的供电模式进行切换，其中每个供电模式对应于不同的电角度；反馈电路，检测电机绕组的电流并产生相应的反馈信号反馈给控制器（例如，在本专利技术的一些实施例中反馈电路可以以放大器形式实现，但本领域技术人员应当理解，其它能够测量电机绕组的电流并生成相应的反馈信号，以提供给控制器用的电路，同样可以应用于本专利技术）；以及控制器，所述控制器基于在不同的供电模式下通过电机的电流而确定转子角度，其中所述控制器进行如下操作：（a）对反馈的不同的供电模式下通过电机的电流的各电流值进行加权后比较，从而得到最大电流值及其对应的供电模式；（b）基于最大电流值及其所对应供电模式的前后的两个或多个供电模式的电流值，通过使用相似三角形法来计算得到最大电流值的位置所对应的位置角度PA。在一些实施例中该两个供电模式可以是与该最大电流值所对应的供电模式相邻的前后各一个供电模式，也可以是以该最大电流值所对应的供电模式为中心的前后对称的前后各一个供电模式，该两个供电模式并不与以该最大电流值所对应的供电模式相邻。在一些实施例中可以不用两个供电模式，而是使用四个供电模式，这会增加运算复杂度。根据本专利技术的一些实施例的另一方面，一种用于确定电机静止状态下的转子的初始位置的方法，包括：对电机供电；通过激励信号对电机的供电模式进行切换，其中每个供电模式对应于不同的电角度；检测电机绕组的电流并产生相应的反馈信号；以及基于在不同的供电模式下通过电机的电流来确定转子角度，其中通过如下操作来确定转子角度：（a）对反馈的不同的供电模式下通过电机的电流的各电流值进行加权后比较，从而得到最大电流值及其对应的供电模式；（b）基于最大电流值及其所对应供电模式的前后的两个或多个供电模式的电流值，通过使用相似三角形法来计算得到最大电流值的位置所对应的位置角度PA。根据本专利技术的一些实施例的又一方面，一种用于确定电机静止状态下的转子的初始位置的方法，包括如下步骤：（a）输出激励信号以在一个供电模式下对静止电机加电；（b）控制器获取指示通过静止电机的电流的反馈信号；（c）将步骤（a）和（b）重复N次，N为对静止电机的供电模式的数目；（d）计算最大电流值及其前后的两个或多个供电模式的电流值；（e）利用相似三角形法计算电流最大值处的近似角度；（f）通过线性化方法补偿误差，从而得到电流最大值处的精确角度。附图说明图1示出了根据本专利技术一个实施例的确定电机静止状态下的转子角度的装置的示意图。图2（A）示出了电机绕组有电流通过时的不同位置角度的电感分布。图2（B）示出了电机绕组没有电流通过时的不同位置角度的电感分布。图3示出了根据本专利技术的一个实施例的驱动电机的三相桥的示意图。图4（A）和图4（B）分别示出了处于两相供电模式和三相供电模式的电流路径。图5示出了按照本专利技术的一个实施例的对不同供电模式下的电流加权后电机中不同位置角度的电流分布。图6示出了相似三角形方法的原理图。图7-10分别示出了根据本专利技术的一个实施例的在不同电机参数下随着角度变化的误差函数error=PA-θ的曲线。图11-13示出了根据本专利技术的一个实施例的分段线性化方法补偿误差的原理图。图14示出了根据本专利技术的一个实施例的确定电机静止状态下的转子的初始位置的方法的流程图。具体实施方式图1是根据本专利技术的一个实施例的确定电机转子角度的装置的示意图，电机（例如BLDC或者PMSM）由转子和定子构成，其中转子通常由永磁铁构成，而定子由绕线形成。若选择PM通量零交叉处为起始位置，则可以使用公式（1）来近似计算电机绕组电感随着位置角度的变化：（1）在公式（1）中Lmk是平均电感,∆Lk是由于磁通量引起的最大电感变化,ε是相对于电流的磁通量的系数,Ik是激励电流，p为电机的极对数。于是我们可以得到如图2（A）中所示的电机绕组有电流通过时的不同位置角度的电感分布（p为1时，或者说在一个电周期内的电感分布）。如图2（B）中所示的电机绕组没有电流通过时的不同位置角度的电感分布（p为1时，或者说在一个电周期内的电感分布）。由图2可知，电机绕组电感随着角度变化，并且在2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定电机静止状态下的转子的初始位置的装置，包括：电源模块，用于至少对电机供电；开关电路，用于对电机的供电模式进行切换，其中每个供电模式对应于不同的电角度；反馈电路，检测电机绕组的电流并产生相应的反馈信号反馈给控制器；以及控制器，所述控制器基于在不同的供电模式下通过电机的电流而确定转子角度，其中所述控制器进行如下操作：    （a）对反馈的不同的供电模式下通过电机的电流的各电流值进行加权后比较，从而得到最大电流值及其对应的供电模式；   （b）基于最大电流值及其所对应供电模式的前后的两个或多个供电模式的电流值，通过使用相似三角形法来计算得到最大电流值的位置所对应的位置角度PA。

【技术特征摘要】
1.一种用于确定电机静止状态下的转子的初始位置的装置，包括：电源模块，用于至少对电机供电；开关电路，用于对电机的供电模式进行切换，其中每个供电模式对应于不同的电角度；反馈电路，检测电机绕组的电流并产生相应的反馈信号反馈给控制器；以及控制器，所述控制器基于在不同的供电模式下通过电机的电流而确定转子角度，其中所述控制器进行如下操作：（a）对反馈的不同的供电模式下通过电机的电流的各电流值进行加权后比较，从而得到最大电流值及其对应的供电模式；（b）基于最大电流值及其所对应供电模式的前后的两个或多个供电模式的电流值，通过使用相似三角形法来计算得到最大电流值的位置所对应的位置角度PA。2.根据权利要求1所述的装置，其中开关电路为三相桥，并且供电模式为12个，分别对应于依次相差30度的12个电角度，即两个相邻的供电模式相差30度的电角度。3.根据权利要求2所述的装置，其中对不同的供电模式下通过电机的电流的各电流值进行加权后比较包括在两相的供电模式下，将所监测的电流值乘以系数4/3，或者在三相的供电模式下，将所监测的电流值乘以系数3/4。4.根据权利要求1所述的装置，其中相似三角形近似方法是如下操作的：若定义最大电流值为A，计算的最大电流值A的位置所对应的位置角度为PA，并且B和C分别为A所对应供电模式的前后相邻的两个供电模式的电流值，则若B<C，则PA=270-30*（H2/H1），其中H2=C-B；H1=A-B;若B>C，则PA=270+30*（H2/H1），其中H2=B-C；H1=A-C。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器还进行如下操作：（c）通过线性化方法来补偿误差，从而对最大电流值的位置所对应的位置角度的误差进行补偿。6.根据权利要求4所述的装置，其中所述控制器还进行如下操作：（c）通过线性化方法来补偿误差，从而对最大电流值的位置所对应的位置角度的误差进行补偿，其中的线性化方法是如下进行操作的：（c-1）将随角度变化的H2/H1值的曲线分成N个段，并对每段进行线性化，同时将随角度变化的误差函数error=PA-θ的曲线的对应的N个段进行线性化；（c-2）在线性化之后，针对N个段中的每个段，建立误差函数error与H2/H1值之间的对应分段函数关系，其中N为大于1的自然数，θ为最大电流值A的位置的实际位置角度。7.根据权利要求6所述的装置，其中补偿误差是如下进行操作的：针对特定的H2/H1值，根据误差函数error与H2/H1值之间的对应函数关系对计算的位置角度PA进行补偿。8.一种用于确定电机静止状态下的转子的初始位置的方法，包括：对电机供电；通过激励信号对电机的供电模式进行切换，其中每个供电模式对应于不同的电角度；检测电机绕组的电流并产生相...

【专利技术属性】
技术研发人员：李诗念，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE