无传感器的马达组件及控制该马达组件的方法技术

一种控制无传感器马达(32)的方法。该方法包括以下步骤：确定马达(32)的当前速度；根据马达(32)的当前速度，选择性地使用第一方法、第二方法或第三方法来确定马达(32)的转子位置；以及基于所确定的转子位置，将驱动信号传输至马达(32)。还公开了一种无传感器马达组件。根据本方法，为无传感器马达(32)提供了多种转子位置检测方法，这些检测方法覆盖了马达(32)的完整的速度范围。(32)的完整的速度范围。(32)的完整的速度范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无传感器的马达组件及控制该马达组件的方法


[0001]本专利技术涉及无刷马达，尤其涉及不包含霍尔传感器的无刷马达的控制方法。

技术介绍

[0002]相比于有刷马达，无刷马达具有更高的功率效率、更大的扭矩和更长的使用寿命，因而其广泛用于动力工具等电器。当驱动马达时，转子相对于定子的位置在马达控制器确定多相电流的控制顺序中是至关重要的，因此目前使用的大多数无刷马达中包含用于确定转子位置的内置传感器，特别是霍尔传感器。传统马达包括霍尔传感器(或其他旋转编码器)，其向马达控制器提供转子磁体位置信息。基于转子磁体位置信息，马达控制器选择性地激活各个相位：U、V和W。设置霍尔传感器和其他外部位置传感器需要额外的零件和布线，这些额外的零件和布线增加了马达驱动的成本、尺寸和设计复杂性。传感器的存在本身也增加了马达的成本，同时降低了高温下运行的可靠性。
[0003]另一方面，还存在另一种无刷马达，也就是无传感器马达，顾名思义，这种马达不包含任何转子位置传感器。与典型的无刷马达相比，无传感器马达价格低廉，重量更轻，更简单，且更不容易出现故障。
[0004]然而，传统的无传感器马达也有一些缺点。当无传感器马达的转子旋转时，其无传感器系统可以完美地运转，但当马达的转子静止时就无法完美运转了，这是使用传统无传感器马达的一个主要缺点。大多数传统的无传感器马达采用反电动势(BEMF)来确定转子的位置。然而，当马达的转子不转动时，就不会产生反电动势。没有反电动势，无传感器马达的驱动电路就缺少正确控制马达所需的信息。
专利技术内容
[0005]因此，一方面，本专利技术涉及一种控制无传感器马达的方法。所述方法包括以下步骤：确定马达的当前速度；根据马达的当前速度，选择性地使用第一方法、第二方法或第三方法来确定马达的转子位置；以及基于所确定的转子位置，将驱动信号传输至马达。
[0006]在一些实施方式中，如果马达处于零速，则选择第一方法。
[0007]在一些实施方式中，在使用第一方法的情况下，所述方法还包括以下步骤：向马达的多个相位发送多个电压脉冲；作为响应，检测马达的总电流的峰值；以及基于峰值的出现时间，确定转子的位置。
[0008]在一些实施方式中，所述马达是三相马达。发送多个电压脉冲的步骤还包括：将正向和反向的六个电压脉冲分别发送至三个相位中的每个相位。
[0009]在一些实施方式中，基于峰值的出现时间与六个电压脉冲中的一个相关，确定转子位置的步骤还包括：确定转子的位置在六个角度范围中的一个中，每个角度范围为60
°
。
[0010]在一些实施方式中，如果马达的当前速度大于零但低于阈值，则选择第二方法。
[0011]在一些实施方式中，在使用第二方法的情况下，所述方法还包括：向马达的多个相位发送多个电压脉冲；作为响应，确定马达的定子绕组的自感或互感；以及基于多个相位的
自感或互感来确定转子位置。
[0012]在一些实施方式中，确定自感或互感的步骤还包括：确定气隙磁通密度和漏磁通密度的步骤，以便确定自感或互感。
[0013]在一些实施方式中，如果马达的当前速度高于阈值，则选择第三方法。
[0014]在一些实施方式中，在使用第三方法的情况下，所述方法还包括以下步骤：同时测量马达的多个相位中的反电动势(BEMF)电压；基于多个相位的BEMF电压，确定转子位置。
[0015]在一些实施方式中，基于多个相位的BEMF电压来确定转子位置的步骤还包括：将BEMF电压相互比较以确定转子位置。
[0016]在一些实施方式中，第一方法、第二方法和第三方法都不涉及检测马达中的相位电流。
[0017]本专利技术的另一方面提供一种无传感器的马达组件，该马达组件包括：具有定子和转子的马达；适于将马达连接至电源的开关模块；以及连接至开关模块的马达控制器。马达控制器适于根据转子的当前速度，使用第一方法、第二方法或第三方法来确定转子位置。
[0018]在一些实施方式中，如果马达处于零速，则马达控制器适于使用第一方法来确定转子位置。
[0019]在一些实施方式中，马达组件还包括连接至马达的电流检测器。在使用第一方法的情况下，马达控制器适于：控制开关模块向马达的多个相位发送多个电压脉冲；作为响应，读取马达的电动势，并从电流检测器读取总电流的峰值；以及根据峰值和电动势来确定转子位置。
[0020]在一些实施方式中，所述马达是三相马达。在使用第一方法的情况下，马达控制器适于控制开关模块将正向和反向的六个电压脉冲分别发送至三个相位中的每个相位。
[0021]在一些实施方式中，基于峰值的出现时间与六个电压脉冲中的一个相关，马达控制器还适于确定转子的位置在六个角度范围中的一个中，每个角度范围为60
°
。
[0022]在一些实施方式中，如果马达的当前速度高于零但低于阈值，则马达控制器适于使用第二方法来确定转子位置。
[0023]在一些实施方式中，在使用第二方法的情况下，马达控制器适于：向马达的多个相位发送多个电压脉冲；作为响应，确定马达的定子绕组的自感或互感；以及基于多个相位的自感或互感，确定转子位置。
[0024]在一些实施方式中，马达控制器还适于确定气隙磁通密度和漏磁通密度，以便确定自感或互感。
[0025]在一些实施方式中，如果马达的当前速度高于阈值，则马达控制器适于使用第三方法来确定转子位置。
[0026]在一些实施方式中，在使用第三方法的情况下，马达控制器还适于：同时测量马达的多个相位中的反电动势(BEMF)电压；和基于多个相位的BEMF电压，确定转子位置。
[0027]在一些实施方式中，所述马达组件还包括比较器，该比较器适于将BEMF电压相互比较，并将比较结果发送至马达控制器。
[0028]在一些实施方式中，第一方法、第二方法和第三方法都不涉及检测马达中的相位电流。
[0029]本专利技术具有很多优点，其优点之一是为无传感器马达提供了多种转子位置检测方
法，其覆盖了马达的完整的速度范围。当马达速度相对较高，特别是高于阈值时，适用BEMF检测方法。相比之下，由于在低速或零速下只能检测到微弱的BEMF，因此，当马达在低于阈值的低速区域运行时，BEMF方法不再是优选的。此外，本专利技术的实施例还提供了一种基于电感的检测方法，该方法利用了马达定子线圈的自感或互感。这种方法是可能实现的，因为定子的相位电感取决于转子位置，因此可以建立观测器来跟踪电周期内相位电感的变化，从而确定转子位置。最后，当马达静止(即零速)时，可以通过向马达的所有相位输入正向和反向的六个脉冲来检测转子位置，从而通过找到马达电流峰值的出现时间来检测转子的初始位置。因此，各种检测方法完全覆盖了马达的所有可能的速度区域，并且能够确保应用最佳的转子位置检测技术。因此，基于这种检测结果，无需使用像霍尔传感器这样的位置传感器的马达控制是可行的。
[0030]此外，马达以任何速度启动时，都可方便地采用根据本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制无传感器的马达的方法，所述方法包括以下步骤：a)确定所述马达的当前速度；b)根据所述马达的当前速度，选择性地使用第一方法、第二方法或第三方法来确定所述马达的转子的位置；以及c)基于所确定的所述转子的位置，将驱动信号传输至所述马达。2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述马达处于零速，则在步骤b)中选择所述第一方法。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在使用所述第一方法的情况下，步骤b)还包括：d)向所述马达的多个相位发送多个电压脉冲；e)作为响应，检测所述马达的总电流的峰值；以及f)基于所述峰值的出现时间，确定所述转子的位置。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述马达是三相马达；步骤d)还包括：将正向和反向的六个电压脉冲分别发送至三个相位中的每个相位。5.根据权利要求4所述的方法，其中，基于所述峰值的出现时间与六个电压脉冲中的一个相关，步骤f)还包括：确定所述转子的位置在六个角度范围中的一个中，每个角度范围为60
°
。6.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述马达的当前速度大于零但低于阈值，则在步骤b)中选择所述第二方法。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在使用所述第二方法的情况下，步骤b)还包括：g)向所述马达的多个相位发送多个电压脉冲；h)作为响应，确定所述马达的定子绕组的自感或互感；以及i)基于所述多个相位的所述自感或互感来确定所述转子的位置。8.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤h)还包括：确定气隙磁通密度和漏磁通密度，以便确定所述自感或互感。9.根据权利要求6所述的方法，其中，如果所述马达的当前速度高于所述阈值，则在步骤b)中选择所述第三方法。10.根据权利要求9所述的方法，其中，在使用所述第三方法的情况下，步骤b)还包括:j)同时测量所述马达的多个相位中的反电动势(BEMF)电压；k)基于所述多个相位的所述BEMF电压，确定所述转子的位置。11.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤k)还包括：将所述BEMF电压相互比较以确定所述转子的位置。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一方法、第二方法和第三方法都不涉及检测所述马达中的相位电流。13.一种无传感器的马达组件，所述马达组件包括：a)具有定子和转子的马达；b)适于将所述马达连接至电源的开关模块；和c)连接至所述开关模块的马达控制器；其中，所述马达控制器适于：根据所述转子的当...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗海明，马海波，高永生，
申请(专利权)人：创科无线普通合伙，
类型：发明
国别省市：