用于矢量控制的传感器系统及方法技术方案

一种用于矢量控制传感器系统（ＳＳ），用于通过微处理器（ＭＰ）对同步电机、特别是永磁电机（ＰＭ）进行矢量控制，该同步电机包括一定子（ＳＴ）和一作为纱线输入设备（Ｆ）的缠绕驱动电机的多磁极转子（Ｒ），其特征在于：用于被转子（Ｒ）可转动地驱动的、均匀地３６０度环绕设置的、具有相同磁性的一些扇区永磁体（１１）；至少两个静止的霍尔传感器（Ｈ１、Ｈ２）沿扇区永磁体（１１）的轨迹设置；该霍尔传感器（Ｈ１、Ｈ２）在旋转运动的方向上间隔设置，这样每个扇区永磁体（１１）至少预先地同时激活至少两个霍尔传感器（Ｈ１、Ｈ２）；和，另外具设置有与扇区永磁体（１１）的相同磁性相对应的相反的磁性的一个零点永磁体（１４），用于当该零点永磁体（１４）被转子（Ｒ）驱动转动时经过至少一个霍尔传感器（Ｈ１、Ｈ２）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于矢量控制的传感器系统及方法
本专利技术涉及一种如权利要求1所述的传感器系统和如权利要求10所述的方法。
技术介绍
在一些转速变化大且需要停机(stoppage)的情况下，永磁电机被证明是较好的驱动源，这是因为永磁电机提供非常精确的力矩控制和高的工作效率，即有适中的耗能和低的热辐射。对于所谓的永磁电机的矢量控制，或者需要一个与三个用于测量转子角位置的位置传感器结合使用的用于测量角速度的传感器，或者所需的信息是在运行中测量到的参数的帮助下通过计算而被粗略地确定。如EP1,052,766A所公开的永磁电机操作时不带位置传感器。用于执行矢量控制的、有关角速度和角位置的信息由在各相位电流的估算确定，该电流通过分流电阻测量。电动反作用力的零交点用作参考时间。为了进行永久矢量控制，专利技术PCT/EP 02/10700提出一种使用按照正弦过程激励的、在无位置传感器的状态下工作的永磁电机，通过检测到的、在定子绕组中由转子感应产生的电动反作用力的形式计算相应的转子转动的位置。在由US4,814,677A公开的、不带有位置传感器的一种永磁电机中，为了通过三相/两相转换器控制电压信号和电流信号，对绕组中的电压和电流进行了监测。在特定的工作条件下永磁电机不能最佳地工作，例如在如上所述情况，它必须处理显著不同的转动速度和恢复期(resting phase)或停止期(stopping phase)。在转动速度显著变化的情况下，对于每一转动速度，实现具有最佳效率和最佳力矩的最佳矢量控制比较困难。在频繁停止的情-->况下，在重新获得实际的转子转动角度之前，对于每一次重启动，必须将一个时间延迟考虑在内，以使得矢量控制能够重新以最佳的方式进行。趋向于转动转子的外力，例如在停止阶段，在先前的转动方向上向前或甚至向后时，会产生一种特殊的问题。这种特殊的问题是实际转子的转动角度不再是已知的。对于纱线输入设备的缠绕驱动电机，这些缺陷是特别不希望的，其中在恢复期纱线输入设备频繁受到纱线输入设备中弹性部件和/或纱线的外力，或者如果缠绕组件被有意地或偶尔地手动转动。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种传感器系统和方法用于可以避开这些缺陷的矢量控制。为实现无时间延迟的最佳矢量控制，这些传感器系统必须提供准确的信息，特别是在停止阶段或低的重启动速度的情况下。一个重要的方面是提供一种用于矢量控制的传感器系统和方法，特别用于作为纱线输入设备的缠绕驱动的永磁电机，并且使得甚至在纱线输入过程的复杂要求下，该永磁电机能够以其固有的、积极的工作特性，以一种最佳的方式工作。该目的可以依据本专利技术的权利要求1的特征和权利要求10的方法的特征而实现。当扇区永磁体在电机停机和重启动和甚至是很低速的情况下激励霍尔传感器时，微处理器在信息的零点信号的帮助下在任何时间处于保持状态，该位于转子周边360度范围内的扇区由霍尔传感器定位。该信息也可以在停机的过程中得到。另外，甚至是在停机时存在转动转子的外力的情况下，微处理器能够从至少临时的实际角度信号之间的叠加得到正确的旋转方向的信息，从而微处理器能够最佳地调整定子矢量。也就是说，微处理器能够跟踪由外力产生的转子的转动。此外，在重启动的过程中和在低电机转速的情况下，用于最佳矢量控制的正确的转动角度信息是可以直接得到的。该传感器系统对于永磁电机的矢量控制是特别方便，其中该永磁电机作为纱线输入设备的缠绕驱动，在此情况下频繁的意外的外力，特别在停机的过程中，可能起作用。-->该方法对于最佳矢量控制是方便的，特别是对于用作纱线输入设备的缠绕驱动的永磁电机，这是因为该方法在任何时间至少确定扇区上的信息，该扇区处于霍尔传感器前、精确跟踪由外力引起的转子转动运动的信息和识别转动方向的信息，这样定子矢量能够优选地且对于电机的重启动无延迟地被调节。方便的是，设置一数字和一模拟的霍尔传感器。两传感器对应扇区永磁体。该零点永磁体在经过一个通道时激励模拟霍尔传感器，该模拟霍尔传感器的信号代表参考转动角度，这样在每个扇区到达霍尔传感器的实际角度信号产生时，通知微处理器。在另一实施例中，为扇区永磁体设置两个数字霍尔传感器，同时为零点永磁体设置一个第三模拟传感器或一个用数字霍尔传感器。这简化了正确信号的评估。通过定义了15度扇区的24个扇区永磁电机，能够得到高的分辨率。扇区永磁体的数量可以更多或更少，且此数量间接依赖电机磁极的数量。为了方便微处理器的信号评估，霍尔传感器应该连接至分离的端口。特别方便的是，在微处理器中设置有一附加的程序部分，通过该程序部分，通过依靠电动力的变化的电机运行的方法，确定转子转动的角度。该程序部分与在两个依赖于速度的评估过程之间切换的程序部分结合。只在停机和重启动的过程中，对霍尔传感器的信号评估，同时忽略电动力的变化。相反，当高于预定的电机运行速度，忽略霍尔传感器的信号，同时只有电动力的变化被扫描。通过这一方法，最佳的矢量控制可以在宽的转速范围和在从停止到重启动的过程中实现。尽管永磁体和霍尔传感器可以安装在电机内，但是为了不改变电机的本义，可以更方便地将永磁体安装在承载物上，该承载物接合在转子上。在永磁电机用作纱线输入设备的缠绕驱动电机的情况下，转子通过轴和缠绕单元接合；该缠绕单元或者是缠绕盘或者是缠绕筒。永磁体被安装在缠绕单元上，同时霍尔传感器安装在纱线输入设备中邻近永磁体的轨迹的位置。无论何时永磁电机停止，为了永磁电机的永久矢量控制而得到的信息，可以另外用于通过微处理器调整缠绕单元到至少一个预定的转动位-->置。该转动位置对于纱线输入设备中的次要功能是方便的，例如对于新纱线的自动穿入。更进一步，永久性重新得到的信息可以用于阻止在一些情况下由纱线产生的外力导致的转子的倒转，阻止的方式是产生一个具有一定大小的保持力矩，该保持力矩抑制缠绕单元的正转和反转。微处理器方便地容纳在纱线输入设备的控制永磁电机的控制设备中；该纱线输入设备的控制设备也连接至纱线供应传感器；该纱线供应传感器用于根据纱线供应尺寸控制缠绕驱动电机。纱线供应传感器的信号决定缠绕驱动电机是否必须相应地驱动、停止、加速或减速。在停机和操作的过程中，永磁体和霍尔传感器提供的信息被微处理器用于控制电机和/或用于纱线输入设备的次要功能。为了在最宽的转速范围内且同时为了从静止开始的重启动而优化矢量控制，根据本方法，在电机的速度超过预定的电机速度值时，定子的矢量被调整，同时霍尔传感器的信号被忽略时。定子矢量的调整和转动的执行依赖于电动力的变化，特别是反作用力的变化；该反作用力由定子中的转子(例如PCT/EP02/10700)引发和/或由测量定子的绕组中的电压和电流(例如US 4,814,677A)引发。相反，在停机和重启动的过程中，定子的矢量是通过计算霍尔传感器的信号进行调整的。在每一个扇区中，产生几个区别信号的组合；这些信号的组合由微处理器作为编码读取；结合零点信号，这些编码向微处理器通知转动的方向和相应的扇区。进一步讲，从不同的信号组合中，微处理器能够得到另外进一步的信息，甚至是在相应的扇区中的转子转动角度位置。用这一方法，在位置的检测过程中通过编码可以得到更高的分辨率，且该分辨率与永磁体的数量有关。另一方面，高分辨率使减少扇区永磁体的数量或相应地增加扇区的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于矢量控制传感器系统(SS)，用于通过微处理器(MP)对同步电机、特别是永磁电机(PM)进行矢量控制，该同步电机包括一定子(ST)和一作为纱线输入设备(F)的缠绕驱动电机的多磁极转子(R)，其特征在于：用于被转子(R)可转动地驱动的、均匀地360度环绕设置的、具有相同磁性的一些扇区永磁体(11)；至少两个静止的霍尔传感器(H1、H2)沿扇区永磁体(11)的轨迹设置；该霍尔传感器(H1、H2)在旋转运动的方向上间隔设置，这样每个扇区永磁体(11)至少预先地同时激活至少两个霍尔传感器(H1、H2)；和，另外具设置有与扇区永磁体(11)的相同磁性相对应的相反的磁性的一个零点永磁体(14)，用于当该零点永磁体(14)被转子(R)驱动转动时经过至少一个霍尔传感器(H1、H2)。2.如权利要求1所述的传感器系统，其特征在于：设置有一数字和一模拟霍尔传感器(H1、H2)，且零点永磁体(14)设置为至少经过模拟霍尔传感器(H1、H2)。3.如权利要求1所述的传感器系统，其特征在于：设置有两个数字霍尔传感器(H1、H2)和一个为零点永磁体(14)设置的第三模拟或数字霍尔传感器。4.如权利要求1所述的传感器系统，其特征在于：设置有24个扇区永磁体(11)。5.如权利要求1所述的传感器系统，其特征在于：霍尔传感器(H1、H2)与分开的微处理器的输入端口连接。6.如权利要求1所述的传感器系统，其特征在于：另外在微处理器(MP)中设置一程序部分，用于例如在电机运行的帮助下根据相应的电动力变化和/或在定子绕组中的电压和电流测量的变化确定转子转动的角度；还设有另一个程序部分，用于根据由霍尔传感器信号评估进程至较高评估进程的速度进行切换，用以相应地评估电动反作用力和/或所测量的电压和电流，该霍尔传感器信号评估进程与电机停机、电机的重启动和低电机速度相结合，该较高评估进程与较高电机速度相结合。7.如权利要求1所述的传感器系...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔斯·黑尔格·戈特弗里德·托兰德，
申请(专利权)人：艾罗帕股份有限公司，
类型：发明
国别省市：