專利名稱：用于明確測定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣技術(shù)領(lǐng)域，準(zhǔn)確地說涉及電機(jī)，即電動機(jī)和發(fā)電機(jī)。本發(fā)明涉及如 獨立權(quán)利要求的前述部分所述的裝置和方法。
背景技術(shù)：
受控?fù)Q向電機(jī)存在以下問題它們通常首先處于一個不知道的初始位置(轉(zhuǎn)子的 角度位置)。為了最佳地開動電機(jī)，希望獲得關(guān)于初始位置的確切信息。這個問題可以借助 相應(yīng)的位置傳感器來解決，但是它是復(fù)雜和昂貴的。因此一個無傳感器的實現(xiàn)方案至少在 下述意義上是所希望的不需要對于電機(jī)原來正常工作所不需要的元件。按照現(xiàn)有技術(shù)，如果不知道初始位置，在定向階段和接著的盲換向期間電機(jī)一直 是欠佳地操縱，直到它達(dá)到某個轉(zhuǎn)速，此轉(zhuǎn)速使得可以用簡單的方法確定位置。為了強(qiáng)制轉(zhuǎn)子進(jìn)入確定的初始位置還推薦應(yīng)用高的電壓。DE102006043683A1公開了一種用于在其高速運(yùn)轉(zhuǎn)階段操縱電機(jī)的方法，其中電流 脈沖被測量和分析。DE102006046637A1公開了一種用于獲取有關(guān)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信息的裝置。其中星點 上的電位被測定。此外電極繞組相線由于相線流過電流而發(fā)生的電感變化被利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于給出一種裝置和方法，它們能夠明確測定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。本發(fā)明的另一目的在于以簡單的方式實現(xiàn)上述裝置和方法。本發(fā)明的另一目的在于在利用對于電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原來就存在的元件這一前提下實 現(xiàn)上述裝置和方法。本發(fā)明的另一目的在于使得可在短時間內(nèi)進(jìn)行的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置明確測定成為可 能。完成上述任務(wù)中至少一個任務(wù)的裝置和方法具有如獨立權(quán)利要求所述的特征。用于運(yùn)行具有三相且每相被分配一個端子的電機(jī)的方法具有以下特征為了確定 靜止?fàn)顟B(tài)下包括轉(zhuǎn)子極性在內(nèi)的電機(jī)位置，對于至少兩相執(zhí)行下列步驟a)在分配給另外兩相的兩個端子之間加上脈沖電壓；b)測量由該脈沖電壓在分配給該相的端子上感應(yīng)出的電壓；C)分析上述感應(yīng)電壓隨時間變化的過程；并且執(zhí)行以下步驟d)基于上述分析確定轉(zhuǎn)子極性。現(xiàn)已表明借助于上述分析可以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的轉(zhuǎn)子位置測定中的雙義 性，使得明確測定轉(zhuǎn)子位置成為可能。并且沒有顯著的力作用在電機(jī)上。在電氣技術(shù)意義下“電機(jī)”意味著電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器(電動機(jī))和機(jī)械-電轉(zhuǎn)換器 (發(fā)電機(jī))。
電機(jī)具有一個定子和一個轉(zhuǎn)子，它們相互之間可相對旋轉(zhuǎn)。定子產(chǎn)生變化的磁場 而無需為此而運(yùn)動，為產(chǎn)生此磁場，定子具有體現(xiàn)各相的線圈。轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個磁場，其指向 與轉(zhuǎn)子的機(jī)械/物理指向剛性聯(lián)系。上面所述的端子是定子線圈的端子。線圈的連接可以是星形的，也可以是三角形 的。由教科書可知，星形連接拓?fù)淇赏ㄟ^描述它們的數(shù)學(xué)公式變換轉(zhuǎn)換為三角形連接拓?fù)洹?與連接方式無關(guān)，分配給三個端子中的每一個端子一相或相應(yīng)的線圈。已證實，在星形連接的前提下，無需在星點進(jìn)行測量，就可明確測定轉(zhuǎn)子位置；同 樣為了進(jìn)行測定無需在星點上施加電壓。這樣，該方法復(fù)雜性較低。靜止?fàn)顟B(tài)被認(rèn)為是轉(zhuǎn)子相對于定子的靜止?fàn)顟B(tài)，它至少以實際觀點看可視為靜止 狀態(tài)。在一個實施方式中電機(jī)是受控?fù)Q向電機(jī)，也被稱為被控制的換向電機(jī)。在一個實施方式中電機(jī)是閉鎖換向電機(jī)。在一個實施方式中電機(jī)是正弦換向電機(jī)。其中正弦換向可通過脈寬調(diào)制(PWM)或 以其它方式產(chǎn)生。在一個實施方式中電機(jī)是同步電機(jī)。在一個實施方式中電機(jī)是永恒激勵電機(jī)。在一個實施方式中電機(jī)是動態(tài)激勵電機(jī)。在一個實施方式中在步驟C)中確定對感應(yīng)電壓隨時間變化過程相對于脈沖電壓 隨時間變化過程偏離的度量，特別是感應(yīng)電壓的上升相對于脈沖電壓偏離的度量。在一個實施方式中上述偏離的度量是一個與偏離成比例的量。在一個實施方式中通過進(jìn)行至少一次求平均來確定此度量。在一個實施方式中通過進(jìn)行至少一次求近似來確定此度量。在一個實施方式中逐點確定度量。在一個實施方式中此度量是對于感應(yīng)電壓與脈沖電壓之商的度量。在一個實施方式中脈沖電壓具有至少一段基本恒定的電壓，并且在步驟C)中確 定在至少一段基本恒定的電壓期間感應(yīng)電壓上升的度量。在一個實施方式中脈沖電壓的電壓時間積分基本為零。在一個實施方式中脈沖電壓經(jīng)歷至少一次極性變化(電壓符號反向)。在一個實施方式中脈沖電壓是周期性的，并且在每個周期上電壓時間積分基本為 零。這樣可使得由于所施加的脈沖電壓而流過的電流保持很小。在一個實施方式中脈沖電壓是一個矩形信號或脈沖寬度調(diào)制信號。這種脈沖信號 能很簡單地產(chǎn)生，特別是通常用對于電機(jī)的運(yùn)行原來就存在的裝置產(chǎn)生。在一個實施方式脈沖電壓是一個對稱的矩形(脈寬比50% /50% )。在一個實施方式中矩形信號或脈沖寬度調(diào)制信號以第一時間段期間的第一狀態(tài) 開始，其后跟著第二時間段中不同于第一狀態(tài)的第二狀態(tài)，并且脈沖電壓在第一和第二時 間段上的時間積分大小基本上等于脈沖電壓在第一時間段上的時間積分，但符號相反，這 樣脈沖電壓在第二時間段上的時間積分基本上是脈沖電壓在第一時間段上時間積分的負(fù) 兩倍。矩形信號和脈沖寬度調(diào)制信號的這兩個狀態(tài)也被稱為脈沖和間隙，由最大電壓或最 小電壓表征。電壓在相鄰的兩個狀態(tài)之間變化；典型地尤其是電壓改變符號。
在一個實施方式中脈沖電壓在整個持續(xù)期上的電壓時間積分為零。這樣可以實現(xiàn) 由于脈沖電壓而流過的電流的時間積分基本為零。在一個實施方式中脈沖電壓以第三時間段中的第三狀態(tài)結(jié)束，并且脈沖電壓在第 三時間段上的時間積分與脈沖電壓在第一時間段上的時間積分絕對值基本相等，符號相同 或相反。在一個實施方式中跟在第二狀態(tài)后面還有N個狀態(tài)(N > 1)，它們各自在相應(yīng)時間 段上的電壓時間積分與前一個狀態(tài)的電壓時間積分絕對值基本相等，但符號相反。在一個實施例中脈沖電壓被對稱地施加在兩個端子之間，并且脈沖電壓是一個矩 形信號或脈沖寬度調(diào)制信號，它以第一時間段的第一狀態(tài)開始，其后跟著第二時間段中不 同于第一狀態(tài)的第二狀態(tài)，其中第二時間段持續(xù)期是第一時間段的兩倍。通過較長的時間 段獲得精確的、較少受噪聲干擾的感應(yīng)電壓測量值。此外還可以將由第二時間段的第一半 部得到的值與由第二時間段的第二半部得到的值(例如平均值)進(jìn)行比較。在一個具有所謂對稱的端子連接的實施方式中脈沖寬度調(diào)制信號以第一時間段 的一個狀態(tài)結(jié)束，此狀態(tài)跟在與此狀態(tài)不同的第二時間段的狀態(tài)后面，其中第二時間段長 度是第一時間段長度的兩倍。結(jié)束狀態(tài)是第一狀態(tài)，或者結(jié)束狀態(tài)是第二狀態(tài)(并且在結(jié) 束狀態(tài)前面的狀態(tài)對應(yīng)于另一狀態(tài))。在一個實施方式中為了測定靜止?fàn)顟B(tài)下包括轉(zhuǎn)子極性在內(nèi)的電機(jī)位置，對于至少 兩相執(zhí)行下述步驟e)由所述的感應(yīng)電壓確定電壓差；并且執(zhí)行下述步驟f)基于上述電壓差確定轉(zhuǎn)子位置(φ )。已經(jīng)證實，如果不執(zhí)行步驟d)，就不能明確地確定轉(zhuǎn)子位置(而是具有雙義性)。也已證實，可應(yīng)用以上所述對脈沖電壓的各種可能的設(shè)計通過上述電壓差進(jìn)行轉(zhuǎn) 子位置的非明確的(雙義性的)測定，即不確定轉(zhuǎn)子極性。對應(yīng)的用于測定具有三相(A，B， C)且每相(A，B, C)被分配一個端子的電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下轉(zhuǎn)子位置的方法的特征在于對于 至少兩相執(zhí)行步驟a)、b)和e)以及執(zhí)行步驟f)，并且脈沖電壓是上述各種中的一種。這 樣由于脈沖電壓而流過的電流的時間積分小到可以忽略。在一個實施方式中步驟f)包含對電壓差進(jìn)行與預(yù)設(shè)值的比較。在一個實施方式中步驟d)包含與預(yù)設(shè)值的比較。在一個實施方式中這些預(yù)設(shè)值由一個模型獲得。在一個實施方式中這些預(yù)設(shè)值由前面已進(jìn)行的測量獲得。在一個實施方式中對所有三相都執(zhí)行這些步驟。這樣來提高精度，并能夠利用冗 余進(jìn)行檢測，它導(dǎo)致精確且可靠的結(jié)果。用于測定具有三相且每相被分配一個端子的電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下包括轉(zhuǎn)子極性在 內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置的裝置具有-用于產(chǎn)生脈沖電壓的電壓源；-用于測量電壓的電壓測量裝置；-連線設(shè)備，用于有選擇地將三個端子與電壓源或與電壓測量裝置相連接；這里所述裝置被設(shè)計為使得至少兩個不同的端子對可相繼被施加脈沖電壓，并且可借助于電壓測量裝置測量由該電壓在相應(yīng)的第三個端子上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。此外所述裝 置還具有-分析單元，用于分析借助電壓測量裝置測得的感應(yīng)電壓隨時間變化的過程；以 及-基于至少兩個上述的分析確定轉(zhuǎn)子極性的評估單元。電壓源被理解為能量源，它可提供電壓。在一個實施方式中電壓源是直流電壓源，即能量源，它可提供基本恒定的電壓，它 例如是電池。在一個實施方式中電壓源是對于電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)原來就存在的電壓源。這樣所述裝 置可以特別小，并且可以特別簡單且低成本地制造。在一個實施方式中所述分析單元用于確定對感應(yīng)電壓隨時間變化過程相對于脈 沖電壓隨時間變化過程偏移的度量。在一個實施方式中所述分析單元也用于由上述感應(yīng)電壓確定電壓差，并且評估單 元也用于基于所述電壓差確定轉(zhuǎn)子位置。如前面已說明或后面將要說明的功能部件一樣，分析單元和/或評估單元可以分 成獨立的、相互功能連接的單元，或者完全或部分地組合成一個單元。在一個實施方式中所述裝置具有存儲單元，并且用于存儲對所述電壓差的比較值 和/或?qū)λ龈袘?yīng)電壓隨時間變化過程的分析結(jié)果的比較值。本發(fā)明還包括具有與所述方法特征相對應(yīng)的特征的裝置，反過來還包括具有與所 述裝置特征相對應(yīng)的特征的方法。本發(fā)明所述的設(shè)備包含具有三相且每相被分配一個端子的電機(jī)，并且其特征在 于，該設(shè)備具有本發(fā)明所述的裝置。已經(jīng)證實，上述實施方案可以與上述一個或多個其它實施方案相結(jié)合。其它的實施方式和優(yōu)點由從屬權(quán)利要求和附圖給出。


下面借助實施例和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖中圖1是本發(fā)明所述設(shè)備的簡化框圖；圖2是用于說明永恒激勵同步電機(jī)的草圖；圖3是針對一個相對的連線的簡化框圖；圖4是一個脈沖電壓的電壓時間圖；圖5是由圖4所示脈沖電壓導(dǎo)致的感應(yīng)電壓的電壓時間圖；圖6是由于圖4所示脈沖電壓而流過的電流的電流時間圖；圖7是一個脈沖電壓的電壓時間圖和相應(yīng)的電流時間圖；圖8是由圖7所示脈沖電壓導(dǎo)致的感應(yīng)電壓的電壓時間圖；圖9是由圖7所示脈沖電壓導(dǎo)致的感應(yīng)電壓的電壓時間圖；圖10是一個非對稱施加脈沖電壓的電壓時間圖；圖11是由于圖10所示脈沖電壓而流過的電流的電流時間圖；圖12是隨轉(zhuǎn)子位置變化的曲線圖。
用在附圖中的附圖標(biāo)記及其解釋一起在附圖標(biāo)記列表中列出。對于理解本發(fā)明不 那么重要的部分沒有在圖中示出。所述實施例作為本發(fā)明內(nèi)容的例子，并且不起限制作用。
具體實施例方式圖1示出本發(fā)明所述設(shè)備40的簡化框圖。此設(shè)備包括一個電機(jī)32，例如無電刷 的直流電機(jī)(BLDC)及一個如本發(fā)明所述的設(shè)備44。電機(jī)32是三相的，具有相A，B, C，它 們分別由一個線圈體現(xiàn)。電機(jī)32的轉(zhuǎn)子在圖1中用標(biāo)有北極和南極(N;S)的箭頭形象地 表示，并且它具有由角ψ給出的指向，此指向也被稱作轉(zhuǎn)子位置。角ψ可以取0°至360°的 值。采用已知的方法不能明確地確定φ，而只能雙義性地確定它，也就是說，轉(zhuǎn)子極性是不知 道的，轉(zhuǎn)子極性使得明確確定轉(zhuǎn)子與北極和南極的對應(yīng)關(guān)系成為可能。借助于所示裝置和 還要說明的方法可確定轉(zhuǎn)子極性。裝置44包含電壓源30，例如諸如電池的直流電壓源，連線設(shè)備31，電壓測量裝置 33，例如電壓表，分析單元34，評估單元35，以及存儲單元17。借助于裝置44不僅可以測定靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子位置Φ，而且電機(jī)32高速運(yùn)轉(zhuǎn)和在 正常工作模式下也能被操縱，即控制換向。下面說明裝置44和設(shè)備40的工作原理。圖2示出用于說明永恒激勵同步電機(jī)的草圖。三相或其線圈用A，B，C表示。每一 相有兩個輸入/輸出端2 (在相A示出)。在圖2所示星形連接中每一相的一個輸入/輸出 端2分別弓I至一個星點3，而其它三個端子向外引出，并可為了換向而被施加電壓。如果在 圖2所示電機(jī)中用黑圓圈示出的點之間施加電壓(下面用Uab表示)，則流過所示電流IAB， 圖2中未示出所示同步電機(jī)的永磁體。這樣在相C感應(yīng)出電壓Ui (下面用Uc表示)。通過適當(dāng)?shù)剡x擇所施加的電壓Uab 并進(jìn)行相應(yīng)的評估可由Ui獲得關(guān)于包括轉(zhuǎn)子極性在內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置的信息。為此，至少兩個 不同的相對必須先后被相應(yīng)連接，并且在相應(yīng)剩下的(開放的)第三端子上測量和評估感 應(yīng)電壓Uitj在動態(tài)激勵的電機(jī)的情況下，在執(zhí)行測量時一般施加一個電壓，以產(chǎn)生規(guī)定的磁 場，否則不存在確定的轉(zhuǎn)子位置。圖3示出連接一個相對，即A，B的簡化框圖。圖3中電壓源30是對稱連接的。連線設(shè)備31用于在相A，B, C或其端子與電壓源30和電壓測量裝置33之間建立 所需的連接。圖4示出一個脈沖電壓Up的電壓時間圖。在第一周期中Up被施加到相A和B并 從而用Uab表示，在第二周期中Up被施加到相B和C并從而用Ubc表示，在第三周期中Up被 施加到相C和A并從而用Uca表示。所示電壓Up是矩形信號；如通常在矩形信號或脈沖寬 度調(diào)制(PWM)信號中一樣，最大電壓的時間段被稱為“脈沖”，最小電壓(零或像圖4中那樣 為負(fù)值)的時間段被稱為“間隙”。一個周期由一個脈沖和一個接在其后的間隙組成。圖5簡要示出由圖4所示脈沖電壓&感應(yīng)出的電壓Ui的電壓時間圖；感應(yīng)電壓是 借助于電壓測量裝置33在相應(yīng)的開放端子上測得的，并且相應(yīng)表示為Uc, UA, Ub。在轉(zhuǎn)換極 性時(脈沖與間隙之間的變化)出現(xiàn)電壓振蕩，這也在圖5中示出。由電壓差ΔυΑ，ΔυΒ, AUc的測定通過例如與圖12所示數(shù)據(jù)比較可以確定除轉(zhuǎn)子 極性以外的轉(zhuǎn)子位置φ。圖12中以粗略的曲線舉例示出電壓差ΔυΑ，ΔυΒ, ΔUc與轉(zhuǎn)子位置φ的關(guān)系曲線。由圖可見ΔυΑ，八隊和八隊的曲線在180°之后重復(fù)出現(xiàn)，因此轉(zhuǎn)子極性仍然是不知道的。 圖12所示曲線可通過在電機(jī)上的相應(yīng)測試獲得，也可以通過建模得到。此外由圖12還可 看出，為了測定除轉(zhuǎn)子極性之外的轉(zhuǎn)子位置Φ，本來三個電壓差中的兩個就足夠了。然而測 量全部三個導(dǎo)致更為精確和可靠的結(jié)果(冗余)；全部三個電壓差ΔυΑ，AUb, Δ Uc之和為零。圖6示出由于圖4所示脈沖電壓而流過的電流IAB，IBC，Iffl的電流時間圖。在每個 周期后電流重又為零。但是電流的時間積分隨時間增大。從而存在一個不可忽略的平均電 流，它導(dǎo)致一個有方向的力作用，其最好被避免。圖7示出施加在相A和B端子上的一個脈沖電壓Uab的電壓時間圖和相應(yīng)的Iab電 流時間圖。由于對稱性，在連接其它相時的情況完全類似。通過選用這個特殊的曲線形狀， 其中在每個周期后極性翻轉(zhuǎn)，電流時間積分可保持小的值，并且它周期性地在兩個周期后 消失(參見用開放的箭頭指示的時間點)。這里“周期”的含義與圖4中的周期一致。特別 具有優(yōu)點的是，在用開放的箭頭指示的時間點上結(jié)束脈沖電壓&。當(dāng)然此信號也可以延長， 最好延長兩個周期的數(shù)倍。圖8示出由圖7所示脈沖電壓感應(yīng)出的電壓Uc的電壓時間圖，并且再次示出已在 圖7示出的電流時間圖。圖8以很夸張的方式示出感應(yīng)電壓Uc的一個很重要的特性，它在圖5中看不出 在Uab為恒定電壓的時間段持續(xù)期中Uc變化。它與脈沖電壓Uab相比有一個不同的斜度。圖9以與圖8相同的方式示出由圖7所示脈沖電壓感應(yīng)出的電壓的電壓時間圖， 然而是在另一個轉(zhuǎn)子位置情況下的感應(yīng)電壓。在所示情況下滿足((>a=<Pb+l SOci。 在圖9所示情況下感應(yīng)電壓Uc的斜度與圖8相比又不一樣。該效應(yīng)，即感應(yīng)電壓Ui的電壓時間圖中的斜度是一個相對于脈沖電壓Up的電壓時 間圖中的斜度改變了的斜度，并且此變化與轉(zhuǎn)子位置φ有關(guān)，可被用來明確確定轉(zhuǎn)子位置 φ，即包括轉(zhuǎn)子極性在內(nèi)。在矩形信號或PWM信號的情況下，斜度變化的測定相對簡單，因為脈沖電壓&的 斜度為零(除了在脈沖與間隙之間的過渡以外)，從而只需要測定感應(yīng)電壓Ui的斜度。當(dāng) 然也不需要實際確定斜度，而只要確定對于斜度的一個度量就可以了。在圖8和圖9中斜度用點描繪出的(斜度)三角形形象地表示。由于圖8和圖9 中未示出的、但在實際中在轉(zhuǎn)換極性時出現(xiàn)的干擾信號(參見圖5)，建議不用在轉(zhuǎn)換極性 時刻附近測得的測量數(shù)據(jù)來確定斜度。圖7所示脈沖電壓Ui的曲線形狀具有另一優(yōu)點可用于觀測斜度的時間持續(xù)期明 顯大于例如圖4所示的50/50脈沖的情況。例如一個簡單的方法可以是將圖8中所示的差值δ U。(通用表示δ Ui)作為對于 斜度的度量。此差值的求法如下分別在水平箭頭所示出的時間持續(xù)期上例如通過積分求 出平均值，然后這樣求出的平均電壓的差作為S U。。為了求得更為精確的值，上述求值過程 當(dāng)然可多次進(jìn)行，例如在圖9中用小圓圈示出的所有位置上進(jìn)行。圖10示出非對稱施加的PWM信號Uab的例子。圖11示出相應(yīng)的Iab電流時間圖。具有優(yōu)點的是，脈沖電壓Uab (Up)結(jié)束于用開放箭頭所指示的位置上(或者后面的等效位置上，如果信號持續(xù)更長的話)，因為一方面在那里電流為零，另一方面電流時間積 分也為零。如果信號在用“*”號表示的位置上結(jié)束，則至少流過的電流為零。原則上脈沖電 壓可能在每一個時間點結(jié)束，但這一般伴隨著不同的測量精度或?qū)е赂L的測量時間。為 了清楚示出^b或Iab的時間積分，在圖10和11中相應(yīng)面積按照符號用不同的陰影線表示。參見圖1，斜度變化分析借助于分析單元34完成，這就是說，在那里確定例如 SUi。由δ Ui求出轉(zhuǎn)子極性的進(jìn)一步評估在評估單元35中進(jìn)行。圖12示出5仏，即δυΑ，δ Ub, δ Uc與轉(zhuǎn)子位置φ的關(guān)系曲線。這些曲線實際上肯 定不是如圖12所示那樣為正弦形的，但是肯定有相對于AUa，AUb, AUc而言雙倍的重復(fù)周 期。因此可以通過確定兩個或三個(由于測量精度和冗余度的原因三個更好)3 值確定 轉(zhuǎn)子極性。具有優(yōu)點的是確定δ Ua, δ Ub, δ Uc ^P AUa, AUb, Δ Uc (并分別相互補(bǔ)償)并與先 前測定的值(來自測量或建模)相比較，從而可以高精度實現(xiàn)明確的轉(zhuǎn)子位置測定。比較值被存儲在存儲單元17中(參見圖1)。關(guān)于測量、分析和評估的順序可能有多種方案。例如可以首先確定δ Ua, δ Ub, δ Uc，然后才確定AUa, AUb, AUc ；但是也可以首先 例如由同一個&信號(例如由脈沖電壓的同一周期或相繼的周期)確定3隊和ΔυΑ，然后 確定S Ub和ΔυΒ，最后確定δ Uc ^P AUco按照明確測定的靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)子位置，電機(jī)可以最佳方式高速運(yùn)轉(zhuǎn)并被正常操縱。 為此可以應(yīng)用用于測定轉(zhuǎn)子位置的部件。采用簡單的裝置就能夠以優(yōu)于士5°的精度明確測定電機(jī)位置。這可以非常迅速 地完成，因為可以應(yīng)用彡20kHz，甚至彡50kHz (對應(yīng)彡50 μ s或< 20 μ s的周期長度)的脈 沖電壓頻率。當(dāng)然也可應(yīng)用較低的頻率。由此可見，提出的方法和裝置及設(shè)備不需要專門的位置傳感器。它利用測試信號 (Up)并由系統(tǒng)對此信號的反應(yīng)測定轉(zhuǎn)子位置。作為測試信號的脈沖電壓Up(UAB，UBC』ffl)伴隨著變化的電流(Iab ；Ibc山A)，這引起 磁通量的變化。為了使電流(Iab;Ibc;Ica)的變化微小，從而避免例如電機(jī)的過熱或損壞，電 壓Up通常是由PWM產(chǎn)生的脈沖電壓，它改變其符號(變換極性)，使得磁通量變化周期性地 改變其極性。這樣在相應(yīng)開放的相中以感應(yīng)電壓仏(隊，隊，隊)的形式形成脈沖電壓仏的映 像。但是Ui是位置調(diào)制的，也就是說它隨轉(zhuǎn)子位置φ而變化。這樣可以通過解調(diào)這個信號 Ui獲得所要的靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子位置。上面對附圖和方法步驟所做的說明首先與電動機(jī)相關(guān)聯(lián)，然而通過類似的思路能 夠以簡單的方式轉(zhuǎn)移到發(fā)電機(jī)上。以上實施方式中的部件是通過功能單元描述的。這些部件當(dāng)然可以由任意數(shù)量的 軟件和/或硬件單元實現(xiàn)，它們適用于實現(xiàn)所述的功能。作為例子，電池可以作為電壓源， 用于產(chǎn)生脈沖電壓的連接或極性轉(zhuǎn)換可以借助于開關(guān)元件完成，它們可以被看作連線設(shè)備。本發(fā)明使得以迅速、精確、廉價且節(jié)省空間的方式明確測定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置成為 可能。附圖標(biāo)記列表0129]2輸入/輸出端 0130]3星點
0131]17存儲單元，存儲裝置
0132]30 電壓源
0133]31連線設(shè)備
0134]32 電機(jī)
0135]33電壓測量裝置
0136]34分析單元
0137]35評估單元
0138]40設(shè)備
0139]41裝置
0140] A，B，C 相
0141]I電流
0142]IAB' Ibc' ICA 電流
0143] N磁性的北極
0144]S磁性的南極
0145]U 電壓
0146]Ui, UA, Ub, Uc 感應(yīng)電壓
0147]Up, Uab, Ubc, Uca 脈沖電壓
0148] AUa, AUb, AUc 電壓差
0149]δ Ua, δ Ub, δ Uc度量
0150] 差值 φ轉(zhuǎn)子位置，轉(zhuǎn)子角度
權(quán)利要求
1.一種用于操作具有三相(A，B，C)且每相(A，B，C)被分配一個端子的電機(jī)(3 的方 法，其特征在于，為了確定靜止?fàn)顟B(tài)下包括轉(zhuǎn)子極性在內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置(φ )，對至少兩相執(zhí) 行下列步驟a)在分配給另外兩相的兩個端子之間施加脈沖電壓(Up)；b)測量由該脈沖電壓在分配給該相的端子上感應(yīng)出的電壓(Ui)；C)分析上述感應(yīng)電壓(Ui)隨時間變化的過程；并且執(zhí)行以下步驟d)基于上述分析確定轉(zhuǎn)子極性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟c)中確定對于感應(yīng)電壓(Ui)隨時間 變化過程相對于脈沖電壓( )隨時間變化過程的偏離的度量(δ Ua ； δ Ub ； δ Uc)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，脈沖電壓(Up)具有至少一個電壓基本 上恒定的時間段，并且在步驟c)中確定對于至少一個電壓基本上恒定的時間段中感應(yīng)電 壓(Ui)的斜度的度量(δ Ua ； δ Ub ； δ Uc)。
4.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，脈沖電壓( )的電壓時間積分 基本為零。
5.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，脈沖電壓(Up)是矩形信號或脈 沖寬度調(diào)制信號。
6.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，矩形信號或脈沖寬度調(diào)制信號 以第一時間段期間的第一狀態(tài)開始，其后跟著第二時間段期間不同于第一狀態(tài)的第二狀 態(tài)，其中脈沖電壓( )在第一和第二時間段上的時間積分大小基本上等于脈沖電壓(Up)在 第一時間段上的時間積分，但符號相反。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，脈沖電壓( )以第三時間段期間的第三狀 態(tài)結(jié)束，其中脈沖電壓(Up)在第三時間段上的時間積分與脈沖電壓(Up)在第一時間段上的 時間積分大小基本相等，符號相同或相反。
8.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，為了確定靜止?fàn)顟B(tài)下包括轉(zhuǎn)子 極性在內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置(φ)，對至少兩相實施以下步驟e)由所述的感應(yīng)電壓(Ui)確定電壓差(AUa;AUb;AUc)；并且執(zhí)行下述步驟f)基于上述電壓差(ΔUa ； Δ Ub ； AUc)確定轉(zhuǎn)子位置(φ )。
9.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，步驟d)包括與預(yù)設(shè)值的比較。
10.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，這些步驟對所有三相(A，B，C) 都執(zhí)行。
11.一種用于確定具有三相(A，B，C)且每相(A，B，C)被分配一個端子的電機(jī)(32)在 靜止?fàn)顟B(tài)下包括轉(zhuǎn)子極性在內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置(φ )的裝置(44)，其中該裝置具有用于產(chǎn)生脈沖電壓(Up)的電壓源(30)；用于測量電壓(U)的電壓測量裝置(33)；連線設(shè)備(31)，用于有選擇地將三個端子與電壓源(30)或與電壓測量裝置(3 相連接；其中所述裝置G4)被設(shè)計為使得至少兩個不同的端子對可相繼被施加脈沖電壓(Up)， 并且可借助電壓測量裝置(33)測量由該電壓在相應(yīng)第三個端子上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(Ui),其 特征在于，該裝置具有分析單元(34)，用于分析借助電壓測量裝置(3 測得的感應(yīng)電壓(Ui)隨時間變化的 過程；以及基于至少兩個上述分析確定轉(zhuǎn)子極性的評估單元(35)。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置(44)，其特征在于，電壓源(3)是也用于正常運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī) (32)的電壓源(30)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的裝置(44)，其特征在于，分析單元(34)用于確定對于感 應(yīng)電壓(Ui)隨時間變化過程相對于脈沖電壓( )隨時間變化過程偏離的度量(S Ua ； δ Ub ； SUC)。
14.如權(quán)利要求11至13中任一項所述的裝置(44)，其特征在于，分析單元(34)還用 于由上述電感電壓(Ui)確定電壓差(Δ Ua ； Δ Ub ； Δ Uc)，并且評估單元(35)還用于基于上述 電壓差(Δ Ua ； Δ Ub ； Δ Uc)確定轉(zhuǎn)子位置(φ )。
15.如權(quán)利要求11至14中任一項所述的裝置(44)，其特征在于，該裝置具有存儲單元 (17)，用于存儲對上述電壓差(AUa;AUb;AUc)的比較值和/或?qū)ι鲜龈袘?yīng)電壓(Ui)隨時 間變化過程分析結(jié)果的比較值。
16.具有一個帶有三相(A，B，C)且每相(A，B，C)被分配一個端子的電機(jī)(32)的設(shè)備 (40)，其特征在于，該設(shè)備具有如權(quán)利要求11至15中任一項所述的裝置G4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于操作具有三相(A，B，C)且每相(A，B，C)被配置一個端子的電機(jī)(32)的方法，其特征在于，為了確定靜止?fàn)顟B(tài)下包括轉(zhuǎn)子極性在內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置，對至少兩相執(zhí)行下列步驟a)在分配給另外兩相的兩個端子之間施加脈沖電壓(Up)；b)測量由該脈沖電壓在分配給該相的端子上感應(yīng)出的電壓；c)分析上述感應(yīng)電壓隨時間變化的過程；并且執(zhí)行以下步驟d)基于上述分析確定轉(zhuǎn)子極性。具有優(yōu)點的是，在步驟c)中確定感應(yīng)電壓隨時間變化過程相對于脈沖電壓(Up)隨時間變化過程偏離的度量。本發(fā)明使得以迅速、精確、廉價且節(jié)省空間的方式明確測定電機(jī)(32)的轉(zhuǎn)子位置成為可能。
文檔編號H02P6/18GK102132485SQ200880116999
公開日2011年7月20日 申請日期2008年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者R·納斯 申請人:Nase電子工業(yè)公司