确定永磁电机的转子位置的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定无刷永磁电机的转子位置的方法。该方法包括激励和续流电机的相绕组，其中当相电流超过上阈值时，相绕组被续流，且续流包括下列中的一个：(i)续流一固定时段，和(ii)续流直到相电流下降到下阈值之下。该方法还包括测量对应于下列中的一个的参数：(i)当相绕组被续流一固定时段时在续流期间或续流的终点处的相电流的大小，(ii)当相绕组被续流直到相电流下降到下阈值之下时续流的起点和终点之间或激励的起点和终点之间的时间间隔。测得的参数于是被用于限定饱和阈值。相绕组以相同的方式依次激励和续流，且参数被再次以相同的方式测量。该方法于是将测得的参数与饱和阈值比较；以及当测得的参数小于饱和阈值时确定转子在预定位置处。

【技术实现步骤摘要】
确定永磁电机的转子位置的方法
本专利技术涉及确定永磁电机的转子位置的方法。
技术介绍
转子位置的认知对于在恰当的时间换向无刷电机的相绕组是关键的。永磁电机往往包括霍尔效应传感器，其输出指示转子位置的信号。尽管该传感器的部件成本是相对便宜的,将该传感器整合在该电机内常常使电机的设计和制造变复杂。附加地，由传感器的信号输出常常易受电机内产生的电磁噪音的影响。用于间接地测定转子的位置的无传感器方案是已知的。对于永磁电机，相绕组内的反电动势的极性的转变可被用于确定转子位置。然而，由于反电动势的大小与转子的速度成比例，该反电动势的极性的转变在较低速度处不能总是被可靠地确定。
技术实现思路
一种确定无刷永磁电机的转子位置的方法，该方法包括：激励和续流电机的相绕组，其中当相电流超过上阈值时，相绕组被续流，且续流包括下列中的一个：(i)续流一固定时段，和(ii)续流直到相电流下降到下阈值之下；测量对应于下列中的一个的参数：(i)当相绕组被续流一固定时段时在续流期间或续流的终点处的相电流的大小，(ii)当相绕组被续流直到相电流下降到下阈值之下时续流的起点和终点之间或激励的起点和终点之间的时间间隔；使用测得的参数限定饱和阈值；依次激励和续流相绕组，其中当相电流超过上阈值时，相绕组被续流，且续流包括下列中的一个：(i)续流一固定时段，和(ii)续流直到相电流下降到下阈值之下；测量对应于下列中的一个的参数：(i)当相绕组被续流一固定时段时在续流期间或续流的终点处的相电流的大小，(ii)当相绕组被续流直到相电流下降到下阈值之下时续流的起点和终点之间或激励的起点和终点之间的时间间隔；将测得的参数与饱和阈值比较；以及当测得的参数小于饱和阈值时确定转子在预定位置处。本专利技术的方法不依赖于反电动势来确定转子的位置。反而，该方法使用相绕组的电感系数中的改变，其在转子从一个对齐位置旋转到下一个对齐位置时发生。当转子靠近对齐位置时，相绕组的电感系数减小。结果，相电流在激励期间上升和在续流期间下降的速率增加。通过续流相绕组一固定时段，续流的终点处的相电流的大小将随着转子靠近对齐位置减少。替代地，通过在上阈值和下阈值之间斩波相电流，相电流在激励期间上升到上阈值所用的时间将减小，相电流在续流期间下降到下阈值所用的时间也是如此。通过测量这些参数中的一个，且将其与饱和阈值比较，转子的位置可被确定。如果相同的饱和阈值被用于大批量生产的电机，每个电机的电池特性中的公差会意味着转子的预定位置不能被可靠地确定。此外，相绕组的感应系数可对于电机的温度中的变化敏感。由于相绕组的感应系数影响在激励和续流期间相电流升高和降低的速率，如果固定饱和阈值被使用且电机的温度改变，则转子的位置会被较差地确定。通过在定子未饱和的时刻测量参数，且然后从测得的参数减去固定偏移值，专用于每个电机的饱和阈值被获得，且其对电机温度的改变敏感。结果，转子的位置可被更可靠地确定。饱和阈值可以通过从测得的参数减去固定偏移值来限定。这于是具有益处在于该方法可以使用相对简单和廉价的控制器来实施。响应确定转子在预定位置处，该方法可包括在换向时段过去之后换向相绕组。该饱和阈值可被设置为使得测得的参数仅当转子在或非常接近对齐位置时小于饱和阈值。该方法于是包括当测得的参数小于饱和阈值时立即换向相绕组。然而，这个方法的难点在于如果饱和阈值被设置为太低，该方法可能不能检测到测得的参数小于饱和阈值，且由此完全地错过对齐位置。该饱和阈值可由此被限定为较高的值以致在转子旋转通过较小角度之后测得的参数小于饱和阈值。例如，饱和阈值可被限定以致在转子旋转通过160度电角度(而不是180度电角度)时测得的参数小于饱和阈值。换向时段于是被限定以致转子旋转通过剩余角度，例如20度电角度。结果，相绕组在对齐位置处被换向。通过使用较高的饱和阈值(也就是对应于160度电角度而不是180度电角度的阈值)，该方法较少可能错过饱和事件(也就是测得的参数小于饱和阈值处的点)。结果，相绕组在对齐位置处更可靠地换向。对于固定的换向时段，相应的电角度将取决于转子的速度。因此,换向时段的长度可取决于电机的速度。这并不必然意味着该方法包括测量电机的速度。例如，该方法被用于在转子的加速期间控制电机且该方法可包括在每次换向之后减少换向时段。附图说明为了本专利技术可被更容易地理解,本专利技术的实施例现在将要参考附图通过实例而被描述，其中：图1是根据本专利技术的永磁电机的示意性图示；图2描述了逆变器响应由永磁电机的控制器发出的控制信号的被允许的状态；图3显示了在永磁电机在启动和初始加速期间的相电流。具体实施方式图1中的永磁电机1包括转子2，定子3和控制系统4。转子2包括被固定到轴6的四极永磁体5。定子3包括一对芯部7，其具有四个显极(salientpoles)，和围绕芯部7缠绕的相绕组8。控制系统4包括逆变器10，门驱动器模块11，控制器12和电流传感器13。逆变器10包括四个功率开关Q1-Q4的全桥，其联接相绕组8至电源(未示出)的电压轨。门驱动器模块11响应自控制器12输出的控制信号驱动开关Q1-Q4的断开和闭合。该控制器12负责控制电机1的操作并产生三个控制信号DIR1，DIR2和FW#。控制信号被输出至门驱动器模块11，其响应地驱动开关Q1-Q4的断开和闭合。当DIR1被拉到逻辑上的高位且DIR2被拉到逻辑上的低位时，门驱动器模块11闭合开关Q1和Q4，且断开开关Q2和Q3。结果，具有第一极性的电压被应用到相绕组8，使得电流从左到右被驱动穿过相绕组8。相反地，当DIR2被拉到逻辑上的高位且DIR1被拉到逻辑上的低位时，门驱动器模块11闭合开关Q2和Q3，且断开开关Q1和Q4。结果，具有第二相反极性的电压被应用到相绕组8，使得电流从右到左被驱动穿过相绕组8。DIR1和DIR2由此控制电压的极性(其被应用到相绕组8)且由此控制电流穿过相绕组8的方向。如果DIR1和DIR2都被拉到逻辑上的低位时，门驱动器模块11断开所有开关Q1-Q4。当FW#被拉到逻辑上的低位时，门驱动器模块11断开所有高侧开关Q1，Q3。相绕组8中的电流于是沿DIR1和DIR2限定的方向绕逆变器10的低侧回路循环或续流。每个开关Q1-Q4沿仅仅一个方向导通但包括体二极管。围绕逆变器10的低侧回路续流的电流由此流动穿过低侧开关Q2，Q4中的一个，且穿过低侧开关Q2，Q4的另一个的体二极管。某些类型的功率开关在闭合时能够沿两个方向导通。在此情况下，当FW#被拉到逻辑上的低位，两个低侧开关Q2，Q4可被闭合以致电流流动穿过开关Q2，Q4两者，而不是穿过体二极管中的一个。图2概括了开关Q1-Q4响应控制器12的控制信号的被允许的状态。后文中，术语‘设置’和‘清除’将被用于分别指示信号被拉到逻辑上的高位和低位。电流传感器13包括感测电阻器R1，其定位于逆变器10和零电压轨之间。当DIR1或DIR2被设置时跨电流传感器13的电压提供了相电流(也就是相绕组8中的电流)的测量值。跨电流传感器13的电压被输出至控制器12作为信号I_PHASE。启动当转子2是静止时，该控制器12以预定顺序激励相绕组8，其确保不考虑转子2停靠的位置，转子2沿向前方向驱动。例如，控制器12可使用WO2013/132249中描述的启动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定无刷永磁电机的转子位置的方法，该方法包括：激励和续流电机的相绕组，其中当相电流超过上阈值时，相绕组被续流，且续流包括下列中的一个：(i)续流一固定时段，和(ii)续流直到相电流下降到下阈值之下；测量对应于下列中的一个的参数：(i)当相绕组被续流一固定时段时在续流期间或续流的终点处的相电流的大小，(ii)当相绕组被续流直到相电流下降到下阈值之下时续流的起点和终点之间或激励的起点和终点之间的时间间隔；使用测得的参数限定饱和阈值；依次激励和续流相绕组，其中当相电流超过上阈值时，相绕组被续流，且续流包括下列中的一个：(i)续流一固定时段，和(ii)续流直到相电流下降到下阈值之下；测量对应于下列中的一个的参数：(i)当相绕组被续流一固定时段时在续流期间或续流的终点处的相电流的大小，(ii)当相绕组被续流直到相电流下降到下阈值之下时续流的起点和终点之间或激励的起点和终点之间的时间间隔；将测得的参数与饱和阈值比较；以及当测得的参数小于饱和阈值时确定转子在预定位置处。

【技术特征摘要】
2016.04.26 GB 1607290.21.一种确定无刷永磁电机的转子位置的方法，该方法包括：激励和续流电机的相绕组，其中当相电流超过上阈值时，相绕组被续流，且续流包括下列中的一个：(i)续流一固定时段，和(ii)续流直到相电流下降到下阈值之下；测量对应于下列中的一个的参数：(i)当相绕组被续流一固定时段时在续流期间或续流的终点处的相电流的大小，(ii)当相绕组被续流直到相电流下降到下阈值之下时续流的起点和终点之间或激励的起点和终点之间的时间间隔；使用测得的参数限定饱和阈值；依次激励和续流相绕组，其中当相电流超过上阈值时，相绕组被续流，且续流包括下列中的一个：(i)续流一固定时段，和(ii)续流直到相电流下降到下阈值之下；测量对应于下列中的一个的参数：(i)当相绕组被续流一固定时段时在续流期间或续流的终点处的相电流的大小，(ii)当相绕组被续流直到相电流下降到下阈值之下时续...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑立波，
申请(专利权)人：戴森技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB