无刷直流电动机的转子位置检测制造技术

一种确定无刷直流电动机的转子的角位置的方法，该无刷直流电动机具有：具有多相绕组的定子；向电动机相位提供相互切换的激励使得激励产生处于整个３６０°电角度范围内的不同方向的定子磁通矢量的控制电路；以及递送对于相位激励的响应的测量电路，其特征在于，通过选择导致测量的响应所示的最小感应率的主激励定子磁通矢量，和选择相对于主矢量方向在之前和之后方向上的两个其它矢量，以及通过计算对于选择的定子磁通矢量的测量响应的差值之间的比率，来估计所述位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于确定无刷直流(所谓BLDC)电动机的转子位置的方法，无需使用位置传感器部件。确定的位置信息可以被用来控制电动机。
技术介绍
BLDC电动机的控制器包括电子换向器，其根据转子的实际位置来确定需要激励的不同相位绕组。确定转子位置的经典方法是使用将开关从一种换向状态触发到另一种状态的位置传感器。使用这种位置传感器部件提高了价格，特别是如果在给定应用中电动机位于与控制电子设备分离。无需使用特殊位置传感器部件的转子位置确定是基于基本上可以从机器本身的电磁特性来获得位置的事实。或许最广泛传播的方法是反电动势方法，在该方法中基于旋转所感应的电压函数来确定转子位置(楞次定律)。该方法的缺点是，在低转速时感应电压的幅度对于确定位置而言实际太低。因此，该方法无法用于启动电动机。典型地在停顿和低速期间，额外的激励被插入以获得关于转子位置的信息。如果它们包括激励电动机的仅一个相位或者若干相位以便计算位置估计，则这些方法可以根据属性来进行一种分类。激励电动机的若干或者所有相位的方法具有无需关于电动机的磁通和/或感应率(inductivity)特性的初始信息的优点。一般的预先假设只是定子绕组的感应率以位置的函数变化，并且它的周期是360°el(并且不是180°el)。其充分条件是相位绕组的感应率是否至少在位置范围的一部分进入特性的非线性(饱和)区。专利说明书EP-0251785建议了一种基于激励脉冲响应中的最大测量值来决定换向的方法。两种极性并具有相同固定时间周期的激励脉冲被提供给每个相位。这里，估计位置数据选自具有180°el/p结果的离散集，其中，p表示定子相位的数量。专利说明书EP-0536113的方法同样基于2p个测量数据。这里，通过计算来自响应值的反向离散傅立叶变换的第一谐波的相位来提供连续位置估计。计算出的位置信息被用于确定开始换向命令。在该开始换向命令后，建议通过实验预定的换向时间周期系列来控制换向的改变直至达到极限速度。达到极限速度后，使用反电动势方法来进行换向控制。专利说明书WO-2003052919的基本概念与EP-0251785类似。但是，此处所有测试脉冲响应的最大幅度被固定到相同值，并且测量达到极限的必要时间周期。然后，根据具有最小时间周期的相位激励来选择换向。初始测量后，在此进一步建议如果不知道旋转方向，则将测量脉冲的数量减少到3，如果知道方向则减少到2。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种通过简单计算来确定转子位置的方法，使用减少的激励数量但仍然导致连续的估计，较上面的方法更加有利。这个目的可以通过权利要求1的特征，也就是通过一种确定无刷直流电动机的转子的角位置的方法来解决，该无刷直流电动机具有具有多相绕组的定子；控制电路，向电动机相位提供相互切换的激励，使得激励产生处于整个360°电角度范围内的不同方向的定子磁通矢量；以及测量电路，递送对于相位激励的响应。通过选择导致测量响应所示的最小感应率的主激励定子磁通矢量，并选择相对于所述主矢量方向在之前和之后方向上的两个其它矢量，以及通过计算对于所选定子磁通矢量的测量响应的差值之间的比率，来估计所述位置。因此，本专利技术的方法从少量测量数据中确定反感应率(counterinductivity)特性的非线性曲线的最大值。曲线最大值的位移与转子从该位置的角位移相等，其中，转子磁极按照第一定子磁通矢量的方向排列。因此，可以通过使用减少的激励数量但导致连续估计的简单计算来确定转子位置。根据本专利技术的另一个方面，电动机至少在位置范围的一部分工作于感应率特性的非线性(饱和)区。根据本专利技术的另一个方面，测量的定子相位响应与电动机绕组的实际感应率或者反感应率成比例。如果响应信号瞬变的时间周期被测量直至它达到固定最大水平，则测量的响应将例如与感应率成比例。另一方面，如果对于具有固定时间周期的激励脉冲来测量电流响应瞬变的最大值，则测量的响应将例如与实际反感应率成比例。根据本专利技术的另一个方面，通过选自2p个定子磁通矢量的至少3个定子磁通矢量来激励电动机相位，所述2p个定子磁通矢量处于电角度kπ/p，k＝0，……，2p-1，其中p表示电动机的相位数量。以选择至少主矢量和处于之前和之后方向的矢量用于激励的方式，来进行激励方向的选择。根据本专利技术的另一个方面，如果位置依赖电动机值与绕组的感应率成比例，则在被用于进一步计算之前它们被翻转。因此，数值与绕组的反感应率成比例的数据集总是被用于位置估计。与反感应率成比例的测量或者计算的位置依赖电动机值以{i0，…，i2p-1}来表示。根据本专利技术的另一个方面，通过选择与{i0，……，i2p-1}中的最大值对应的矢量来完成主激励定子磁通矢量的选择。如果发现多于一个的相等最大值，那么它们的下标(index)的任何一个可以被选择用于主激励定子磁通矢量的下标。然后所选定子磁通矢量的测量响应的差值之间的比率被计算为分数，如果iλ大于in，其分子是in减去iλ，其分母是im减去in，如果im不等于iλ，则分母是im减去iλ，否则分母为1，其中，m表示主激励方向的下标，并且λ、n分别表示主激励方向前面和后面的方向的下标。最后，获得估计的位置为m乘以π除以p加上计算的所选定子磁通矢量的测量响应的差值之间的比率乘以π除以2p。附图说明基于下列各图对本专利技术进行介绍图1控制BLDC电动机的方法的方框图。图2换向驱动器和测量电路的图。图3具有位置估计方法的图形表示的函数位置中的相位的感应率的一个周期。具体实施例方式图1电动机1包括转子2和多相定子3。转子2例如可以是具有永磁体或被直流电激励的凸极型(salient pole type)，或者它例如可以是具有表面永磁体的表面型(exterior type)。电动机1被控制设备5所控制的驱动电路4驱动。以这样一种方法来控制电动机1，即，在命令线6上到达驱动电路4的连续命令将来自外部电源UB的电流切换到那些建立磁场的定子相位，所述磁场用于提供旋转转子2的最大转矩。因此，必须与转子2的旋转同步地改变相位的激励(通过在换向命令中进行切换)，并且其定时需要转子2的位置信息。如果转子2已经旋转大于某个速度，则可以从相位电压7的测量来获得换向命令的切换定时的信息(反电动势方法)。如果转子2的速度低于感应电压可被用于定时换向改变的水平，则换向控制被暂停一段时间，在此期间从相位的强制激励(forcedexcitations)的响应中确定转子位置。由测量部件8来测量所述响应，并且通过反馈信号9反馈到电动机控制设备5。电动机控制设备5从系列反馈值中计算位置估计，并因此确定发送到电动机驱动电路4的适当控制命令。从停顿开始以某一频率重复该过程直到电动机1达到已经可以使用反电动势方法的速度。图2对驱动电路4进行了更加详细的描述。图中示出了用于具有以三角形连接的定子绕组31、32、33的三相电动机的所谓半桥电路的例子，但是所述专利技术同样可以用于具有星形连接的电动机，以及除三相外具有不同驱动电路的电动机。在使用半桥型电动机驱动器的情况下，电动机控制设备5接通驱动电路4的上侧开关(SHI，SHZ，SH3)之一和下侧开关(SLI，SLZ，SL3)之一来激励实际需要的电动机相位。i＝k时禁止SHi和SLk的同时切换。允许的其它组合产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定无刷直流电动机的转子角位置的方法，该无刷直流电动机具有：具有多相绕组的定子；控制电路，向电动机相位提供相互切换的激励，使得激励产生处于整个３６０°电角度范围内的不同方向的定子磁通矢量；以及递送相位激励的响应的测量电路，其特征在于，通过选择导致测量的响应所示的最小感应率的主激励定子磁通矢量，和选择相对于主矢量方向在之前和之后方向上的两个其它矢量，以及通过计算对于所选定子磁通矢量的测量响应的差值之间的比率，来估计所述位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉斯罗贾农内，
申请(专利权)人：克诺尔商用车制动系统有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]