確定永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的方法
【專利摘要】一種確定永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的方法。該方法使用兩種不同的方案來確定轉(zhuǎn)子的位置。當(dāng)在第一速度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，使用第一方案，該第一方案包括相繼地激勵(lì)和續(xù)流電機(jī)的繞組，測(cè)量取決于繞組中電流變化速率的參數(shù)，和比較測(cè)量的參數(shù)與閾值。然后在測(cè)量的參數(shù)小于或大于閾值時(shí)確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處。當(dāng)在第二速度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，使用第二方案，該第二方案包括產(chǎn)生具有與跨繞組的電壓成比例的電壓的信號(hào)，產(chǎn)生具有取決于繞組中的電流變化速率的電壓的另一信號(hào)，和比較兩個(gè)信號(hào)的電壓。然后在兩個(gè)信號(hào)的電壓相對(duì)應(yīng)時(shí)，確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處。
【專利說明】確定永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及確定永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]為了在正確時(shí)刻變換無刷電機(jī)的相繞組的電流方向，了解轉(zhuǎn)子的位置是必要的。永磁電機(jī)往往包括霍爾效應(yīng)傳感器，其輸出指示轉(zhuǎn)子位置的信號(hào)。雖然傳感器的部件成本相對(duì)便宜，但是將傳感器結(jié)合在電機(jī)內(nèi)往往使電機(jī)的涉及和制造變復(fù)雜。另外，由傳感器輸出的信號(hào)往往易受電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的電磁噪聲的影響。
[0003]已知用于間接確定轉(zhuǎn)子位置的無傳感器方案。對(duì)于永磁電機(jī)，相繞組中感應(yīng)出的反電動(dòng)勢(shì)的極性轉(zhuǎn)換可被用于確定轉(zhuǎn)子位置。對(duì)于多相電機(jī)，轉(zhuǎn)子位置可通過感測(cè)非激勵(lì)相繞組中感應(yīng)出的反電動(dòng)勢(shì)來確定。對(duì)于單相電機(jī)，缺少另外的相繞組使得該類型的控制不可行。然而，轉(zhuǎn)子的位置可通過在電周期中期望反電動(dòng)勢(shì)的極性轉(zhuǎn)換的點(diǎn)處停止激勵(lì)。不幸的是，停止激勵(lì)具有降低可能被驅(qū)入到電機(jī)中的電功率的缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種確定永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的方法，所述方法包括當(dāng)在第一速度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)采用第一方案來確定轉(zhuǎn)子的位置，和當(dāng)在第二速度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)采用第二方案確定轉(zhuǎn)子的位置，其中，第一方案包括:相繼地激勵(lì)和續(xù)流電機(jī)的繞組；在激勵(lì)或續(xù)流過程中測(cè)量取決于繞組中的電流變化速率的參數(shù)；比較測(cè)量的參數(shù)與閾值；和當(dāng)測(cè)量的參數(shù)小于或大于該閾值時(shí)，確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處，并且第二方案包括:產(chǎn)生具有與跨繞組的電壓成比例的電壓的信號(hào)；產(chǎn)生具有取決于繞組中電流變化速率的電壓的另一信號(hào)；和當(dāng)該信號(hào)和該另一信號(hào)的電壓相對(duì)應(yīng)時(shí)確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處。
[0005]第一方案包括在激勵(lì)和續(xù)流過程中測(cè)量取決于繞組中電流變化速率的參數(shù)(例如在續(xù)流開始或結(jié)束時(shí))。例如，該參數(shù)可以是續(xù)流開始或結(jié)束時(shí)電流的幅值，或該參數(shù)可以是激勵(lì)過程中電流上升到上電流限值或續(xù)流過程中電流下降到下電流限值要求的時(shí)間。在旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子在繞組中感應(yīng)出反電動(dòng)勢(shì)，其幅值取決于轉(zhuǎn)子的角度位置。該反電動(dòng)勢(shì)影響激勵(lì)過程中繞組中的電流上升的速率以及續(xù)流過程中繞組中的電流下降的速率。因此，測(cè)量的參數(shù)可被用于確定轉(zhuǎn)子的角度位置。特別地，當(dāng)測(cè)量的參數(shù)小于或大于閾值時(shí)，可確定轉(zhuǎn)子處于特定預(yù)定位置。
[0006]第二方案利用電壓方程Vph = iphRph+Lphdiph/dt+Eph，其中Vph為跨繞組的電壓，iph為繞組中的電流，Rph為繞組的電阻，Lph為繞組的電感，并且Eph為繞組中由轉(zhuǎn)子感應(yīng)出的反電動(dòng)勢(shì)。第二方案包括產(chǎn)生具有與Vph成比例的電壓的信號(hào)，以及產(chǎn)生具有取決于diph/dt的電壓的另一信號(hào)。該另一信號(hào)的電壓可成比例。替代地，用于電機(jī)的iphRph項(xiàng)可能相對(duì)小，并且因而可被忽略。在該情形下，該另一信號(hào)的電壓于是與Lphdiph/dt成比例。因此在反電動(dòng)勢(shì)具有特定值(取決于兩個(gè)信號(hào)怎樣被調(diào)節(jié))的任何時(shí)候，兩個(gè)信號(hào)的電壓相對(duì)應(yīng)。由于反電動(dòng)勢(shì)的幅值取決于轉(zhuǎn)子的角度位置，因此兩個(gè)信號(hào)的電壓在轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處相對(duì)應(yīng)。
[0007]當(dāng)實(shí)施第一方案時(shí)，轉(zhuǎn)子位置通過測(cè)量取決于相繼地被激勵(lì)和續(xù)流的繞組中的電流變化速率的參數(shù)來確定。因此可使用同一繞組驅(qū)動(dòng)電機(jī)和確定轉(zhuǎn)子的位置。類似地，當(dāng)實(shí)施第二方案時(shí)，電壓方程保持成立，無論跨繞組的電壓為何。因此，轉(zhuǎn)子的位置可在繞組激勵(lì)過程中確定。因此可使用單個(gè)繞組驅(qū)動(dòng)電機(jī)和確定轉(zhuǎn)子的位置。該方法可因此被采用來控制單相電機(jī)。而且，該方法不要求激勵(lì)被停止以確定轉(zhuǎn)子位置。因此，與現(xiàn)有的用于單相電機(jī)的無傳感器控制的方法相比較，更多的電功率可被驅(qū)入電機(jī)中。
[0008]第一方案具有能使用相對(duì)簡(jiǎn)單的硬件實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。例如，單個(gè)感測(cè)電阻器可被用于僅在激勵(lì)過程中測(cè)量繞組中的電流。替代地，在激勵(lì)和續(xù)流過程中，一對(duì)感測(cè)電阻器可被用于測(cè)量繞組中的電流。第一方案因此提供一種確定轉(zhuǎn)子位置的成本效益高的方法。但是該第一方案依賴電流斬波來確定轉(zhuǎn)子的位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子速度增大時(shí)，電流斬波的頻率減小，并且因而與確定的轉(zhuǎn)子位置相關(guān)的誤差量增大。在相對(duì)高速下，確定的轉(zhuǎn)子位置中的誤差可相對(duì)大。另外，在相對(duì)高速下電流斬波可能是不期望的。第二方案具有不依賴電流斬波來確定轉(zhuǎn)子位置的優(yōu)點(diǎn)。因此，第二方案可用于在較高速下確定轉(zhuǎn)子位置。與第一方案相比較，第二方案通常要求另外的硬件，因而增加成本。但是，該成本可通過采用僅在激勵(lì)過程中產(chǎn)生用于該信號(hào)和/或該另一信號(hào)的有效電壓的硬件而保持相對(duì)低。通過在較低速度下采用第一方案，并且在較高速度下采用第二方案，可獲得用于在轉(zhuǎn)子速度的整個(gè)范圍內(nèi)確定轉(zhuǎn)子位置的成本效益高的技術(shù)方案。
[0009]在確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置之后，轉(zhuǎn)子的位置可能仍處于或接近該預(yù)定位置。因此，當(dāng)實(shí)施第一方案時(shí)，如果參數(shù)繼續(xù)被測(cè)量和與閾值相比較，則可能對(duì)于同一個(gè)實(shí)際預(yù)定位置確定另一個(gè)預(yù)定位置。因而，測(cè)量和/或比較參數(shù)可在已經(jīng)確定預(yù)定位置之后停止一停止時(shí)段。這于是防止對(duì)于同一個(gè)實(shí)際預(yù)定位置確定另一個(gè)預(yù)定位置。
[0010]當(dāng)轉(zhuǎn)子的速度增大時(shí)，每一個(gè)電半周期的長(zhǎng)度減小。因此，固定的停止時(shí)段可能不適用，特別地當(dāng)?shù)谝凰俣确秶鄬?duì)大時(shí)。因而，該方法可包括響應(yīng)于轉(zhuǎn)子速度中的變化調(diào)整停止時(shí)段。特別地，該方法可包括響應(yīng)于轉(zhuǎn)子速度中的增大而減小停止時(shí)段。
[0011]在實(shí)施第一方案時(shí)，選定用于閾值的數(shù)值可能影響預(yù)定位置被確定的準(zhǔn)確度。例如，正在測(cè)量的參數(shù)可以是繞組已經(jīng)被續(xù)流預(yù)定時(shí)段之后繞組中電流的幅值。如果閾值被設(shè)置太低，則該預(yù)定位置將在較早點(diǎn)處被確定，特別是在較低轉(zhuǎn)子速度下。另一方面，如果閾值被設(shè)置太高，則該預(yù)定位置將在較晚點(diǎn)處被確定，特別地在較高轉(zhuǎn)子速度下。該第一方案可因此包括響應(yīng)于轉(zhuǎn)子速度中的變化而調(diào)整閾值。結(jié)果，在第一速度范圍內(nèi)能以提高的準(zhǔn)確度確定該預(yù)定位置。
[0012]繞組中電流上升的速率取決于激勵(lì)電壓的幅值。特別地，當(dāng)激勵(lì)電壓增大時(shí)，電流上升的速率增大。因此，激勵(lì)過程中，當(dāng)正被測(cè)量的參數(shù)取決于電流上升速率時(shí)，激勵(lì)電壓中的變化可能使預(yù)定位置被確定在不同點(diǎn)處。特別地，如果激勵(lì)電壓增大，則該預(yù)定位置可被確定在較早點(diǎn)處，并且如果激勵(lì)電壓減小，則該預(yù)定位置可被確定在較晚點(diǎn)處。因而，第一方案可包括選擇取決于用于激勵(lì)繞組的激勵(lì)電壓的幅值的閾值。結(jié)果，轉(zhuǎn)子的位置對(duì)于不同的激勵(lì)電壓可被更好地確定。
[0013]當(dāng)轉(zhuǎn)子處于對(duì)準(zhǔn)或未對(duì)準(zhǔn)位置處時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)發(fā)生。在反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)處，用于繞組的電壓方程簡(jiǎn)化為Vph= iphRph+Lphdiph/dt。該信號(hào)和該另一信號(hào)可因此被調(diào)節(jié)為使電壓響應(yīng)于反電動(dòng)勢(shì)中的每一個(gè)過零點(diǎn)而相對(duì)應(yīng)。結(jié)果，第二方案確定轉(zhuǎn)子處于對(duì)準(zhǔn)或未對(duì)準(zhǔn)位置處。
[0014]在產(chǎn)生所述另一信號(hào)時(shí)，第二方案可包括產(chǎn)生臨時(shí)信號(hào)，該臨時(shí)信號(hào)具有與繞組中的電流成比例的電壓；和將該臨時(shí)信號(hào)微分。
[0015]該第二方案可包括激勵(lì)和續(xù)流繞組，以及僅在激勵(lì)過程中在該信號(hào)和另一信號(hào)的電壓相對(duì)應(yīng)時(shí)確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處。結(jié)果，該方法可使用更簡(jiǎn)單的硬件實(shí)施，該更簡(jiǎn)單的硬件能夠僅在激勵(lì)過程中產(chǎn)生用于該另一信號(hào)的有效電壓。
[0016]當(dāng)實(shí)施第一方案時(shí)，預(yù)定位置的準(zhǔn)確度可取決于電流斬波的頻率。當(dāng)激勵(lì)電壓減小時(shí)，繞組中的電流以較低的速率上升，并且因而電流斬波的頻率減小。在相對(duì)低速下，電流斬波的頻率相對(duì)高，并且因而激勵(lì)電壓中的減小不會(huì)影響預(yù)定位置的準(zhǔn)確度。但是，在相對(duì)高速下，其中電流斬波頻率相對(duì)低，則激勵(lì)電壓中的減小可能不利地影響預(yù)定位置的準(zhǔn)確度。因而，對(duì)于較低激勵(lì)電壓，可能期望在較低速下切換到不同的方案。第一速度范圍(并且特別地第一速度范圍的上限值)可因此由被用于激勵(lì)繞組的激勵(lì)電壓的幅值限定。特別地，響應(yīng)于較高的激勵(lì)電壓，較高的數(shù)值可限定用于第一速度范圍的上限值。
[0017]根據(jù)用于實(shí)施第二方案的硬件，可能僅在繞組的激勵(lì)過程中確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處。于是可能需要在預(yù)定位置之前激勵(lì)繞組。如果采用電流限值，則重要的是繞組中的電流在轉(zhuǎn)子達(dá)到預(yù)定位置之前不超過電流限值。第二速度范圍的下限值可被限定為使得對(duì)于標(biāo)稱激勵(lì)電壓，繞組中的電流不超過電流限值，直到在轉(zhuǎn)子已經(jīng)經(jīng)過預(yù)定位置之后。但是，如果激勵(lì)電壓將要增大，則電流將以更快的速率上升，并且因而將在更早的時(shí)間點(diǎn)達(dá)到電流限值?？稍O(shè)想的是，電流可能在轉(zhuǎn)子已經(jīng)經(jīng)過預(yù)定位置之前超過電流限值。因而，對(duì)于較高激勵(lì)電壓，可能期望在較高速下切換到第二方案。第二速度范圍(并且特別地第二速度范圍的下限值)可因此由被用于激勵(lì)繞組的激勵(lì)電壓的幅值限定。特別地，響應(yīng)于較高的激勵(lì)電壓，較高的數(shù)值可限定用于第二速度范圍的下限值。
[0018]該方法可包括當(dāng)轉(zhuǎn)子速度超過速度閾值時(shí)在第一方案和第二方案之間切換。由于前兩段中提出的原因，采用取決于被用于激勵(lì)繞組的激勵(lì)電壓的幅值的速度閾值可能是有利的。特別地，對(duì)于較低的激勵(lì)電壓可采用較低的速度閾值。
[0019]該方法可包括響應(yīng)于確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處，變換繞組的電流方向。變換電流方向可緊接著確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處時(shí)發(fā)生。替代地，變換電流方向可在確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處之后延遲一時(shí)間段。在兩種情形中，繞組在與預(yù)定位置被確定的瞬間的時(shí)刻相關(guān)的時(shí)間處被變換電流方向。
[0020]本發(fā)明還提供一種用于無刷永磁電機(jī)的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)執(zhí)行前面段落中的任一段所述的方法。
[0021]本發(fā)明還提供一種電機(jī)系統(tǒng)，包括無刷永磁電機(jī)和根據(jù)前述段落的控制系統(tǒng)。
[0022]該電機(jī)可包括單相繞組。這于是具有簡(jiǎn)化電機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)果，可采用相對(duì)簡(jiǎn)單和便宜的控制系統(tǒng)來實(shí)施該方法。如上面所述說明的，該方法能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子和確定轉(zhuǎn)子的位置。因而，單相電機(jī)的無傳感器控制可在不損害電功率的情況下獲得。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]為了使本發(fā)明可能更容易理解，現(xiàn)在將通過示例參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中:
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)系統(tǒng)的框圖；
[0025]圖2是電機(jī)系統(tǒng)的示意圖；
[0026]圖3詳細(xì)說明了逆變器響應(yīng)于由電機(jī)系統(tǒng)的控制器發(fā)出的控制信號(hào)的允許狀態(tài)；
[0027]圖4示出在加速模式中以相對(duì)低速操作時(shí)的電機(jī)系統(tǒng)的各種波形；
[0028]圖5示出在加速模式中以相對(duì)高速操作時(shí)的電機(jī)系統(tǒng)的各種波形；
[0029]圖6是電機(jī)系統(tǒng)的反電動(dòng)勢(shì)傳感器的示意圖；
[0030]圖7示出在穩(wěn)定狀態(tài)模式中操作時(shí)的電機(jī)系統(tǒng)的各種波形；
[0031]圖8是電機(jī)系統(tǒng)的替代的反電動(dòng)勢(shì)傳感器的示意圖；
[0032]圖9是根據(jù)本發(fā)明的替代的電機(jī)系統(tǒng)的示意圖；
[0033]圖10示出在穩(wěn)定狀態(tài)模式中操作時(shí)的替代電機(jī)系統(tǒng)的各種波形；
[0034]圖11是根據(jù)本發(fā)明的再一替代的電機(jī)系統(tǒng)的示意圖；
[0035]圖12示出在穩(wěn)定狀態(tài)模式中操作時(shí)的再一替代電機(jī)系統(tǒng)的各種波形；和
[0036]圖13示出在加速模式中以相對(duì)低速操作時(shí)的根據(jù)本發(fā)明的又一電機(jī)系統(tǒng)的各種波形。

【具體實(shí)施方式】
[0037]圖1和2的電機(jī)系統(tǒng)I由DC電源2供電，并且包括無刷電機(jī)3和控制系統(tǒng)4。
[0038]電機(jī)3包括四極永磁轉(zhuǎn)子5，其相對(duì)于四極定子6旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)線圍繞定子6纏繞，并且聯(lián)接在一起(例如串聯(lián)或并聯(lián))以形成單相繞組7。
[0039]控制系統(tǒng)4包括DC鏈濾波器8、逆變器9、門驅(qū)動(dòng)器模塊10、電流傳感器11、反電動(dòng)勢(shì)傳感器12和控制器13。
[0040]DC鏈濾波器8包括電容Cl，電容Cl平滑由于逆變器9切換造成的相對(duì)高頻波動(dòng)。
[0041]逆變器9包括將DC鏈電壓聯(lián)接到相繞組7的四個(gè)功率開關(guān)Q1-Q4的全橋。開關(guān)Q1-Q4中的每一個(gè)包括續(xù)流二極管。
[0042]門驅(qū)動(dòng)器模塊10響應(yīng)于從控制器13接收的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)Q1-Q4的斷開和閉八口 ο
[0043]電流傳感器11包括位于逆變器9的負(fù)匯流條上的感測(cè)電阻器R1?？珉娏鱾鞲衅?1的電壓提供連接到電源2時(shí)相繞組7中的電流的測(cè)量值。跨電流傳感器11的電壓作為電流感測(cè)信號(hào)I_SENSE輸出到反電動(dòng)勢(shì)傳感器12和控制器13。
[0044]反電動(dòng)勢(shì)傳感器12產(chǎn)生輸出到控制器13的數(shù)字信號(hào)BEMF。反電動(dòng)勢(shì)傳感器12的更詳細(xì)描述在標(biāo)題為穩(wěn)定狀態(tài)模式的部分中提供。
[0045]控制器13包括微控制器，微控制器具有處理器、存儲(chǔ)裝置和多個(gè)外設(shè)(例如ADC、比較器、計(jì)時(shí)器等)。存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)由處理器執(zhí)行的指令以及由處理器使用的控制參數(shù)(例如電流限值、上升時(shí)間閾值、速度閾值、續(xù)流時(shí)段、提前時(shí)段、傳導(dǎo)時(shí)段等)?？刂破?3負(fù)責(zé)控制電機(jī)系統(tǒng)I的操作并且產(chǎn)生三種控制信號(hào):DIR1，DIR2和FW#。控制信號(hào)被輸出到門驅(qū)動(dòng)器模塊10，門驅(qū)動(dòng)器模塊10作為回應(yīng)驅(qū)動(dòng)逆變器9的開關(guān)Q1-Q4的斷開和閉合。
[0046]DIRl和DIR2控制通過逆變器9的電流的方向，因而控制通過相繞組7的電流的方向。當(dāng)DIRl被拉到邏輯高電平，并且DIR2被拉到邏輯低電平時(shí)，門驅(qū)動(dòng)器模塊10閉合開關(guān)Ql和Q4，并且斷開開關(guān)Q2和Q3，因而使電流被從左到右驅(qū)動(dòng)經(jīng)過相繞組7。相反地，當(dāng)DIR2被拉到邏輯高電平，并且DIRl被拉到邏輯低電平時(shí)，門驅(qū)動(dòng)器模塊10閉合開關(guān)Q2和Q3，并且斷開開關(guān)Ql和Q4，因而使電流被從右到左驅(qū)動(dòng)經(jīng)過相繞組7。相繞組7中的電流因此通過將DIRl和DIR2顛倒來變換電流方向。如果DIRl和DIR2都被拉到邏輯低電平，則門驅(qū)動(dòng)模塊10斷開所有開關(guān)Q1-Q4。
[0047]FW被用于將相繞組7從DC鏈電壓斷開，并且允許相繞組7中的電流繞逆變器9的低壓側(cè)回路續(xù)流。因此，響應(yīng)于被拉到邏輯低水平的FW信號(hào)，門驅(qū)動(dòng)器模塊10使高壓側(cè)開關(guān)Q1，Q3斷開。
[0048]每一個(gè)開關(guān)Q1-Q4僅沿單向?qū)?。因此，電流通過低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4中的一個(gè)以及通過低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4中的另一個(gè)的續(xù)流二極管續(xù)流。一些類型的功率開關(guān)(例如M0SEFET)能夠沿兩個(gè)方向?qū)āＲ虼?，不是通過續(xù)流二極管續(xù)流，而是兩個(gè)低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4可閉合，以使得電流通過兩個(gè)低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4續(xù)流，即除了斷開兩個(gè)高壓側(cè)開關(guān)Ql，Q3之外，兩個(gè)低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4響應(yīng)于邏輯低水平的FW#信號(hào)閉合。
[0049]圖3總結(jié)了開關(guān)Q1-Q4響應(yīng)于控制器13的控制信號(hào)的允許狀態(tài)。后文中，術(shù)語“設(shè)置”和“清除”將被用于指示信號(hào)已經(jīng)被分別邏輯拉到高和低水平。
[0050]過大的電流可能損壞控制系統(tǒng)4的部件(例如功率開關(guān)Q1-Q4)和/或使轉(zhuǎn)子5退磁?？刂破?3因此在相繞組7的激勵(lì)過程中監(jiān)測(cè)電流感測(cè)信號(hào)，I_SENSE。在相繞組7中的電流超過電流限值的情況下，控制器13通過清除FW使相繞組7續(xù)流。續(xù)流持續(xù)續(xù)流時(shí)段，在該時(shí)間過程中，相繞組7中的電流下降到低于電流限值的水平。在續(xù)流時(shí)段結(jié)束時(shí)，控制器13再次通過設(shè)置FW#激勵(lì)相繞組7。結(jié)果，相繞組7中的電流在電流限值處被斬波。
[0051]控制器13根據(jù)轉(zhuǎn)子5的速度以三種模式中的一種操作。當(dāng)轉(zhuǎn)子5靜止時(shí)，控制器13以啟動(dòng)模式操作，該啟動(dòng)模式僅用于沿正轉(zhuǎn)方向啟動(dòng)轉(zhuǎn)子5運(yùn)動(dòng)。一旦轉(zhuǎn)子5正轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則控制器13切換到加速模式?？刂破?3以加速模式操作，直到轉(zhuǎn)子5的速度超過速度閾值，這之后，控制器13切換到穩(wěn)定狀態(tài)模式。在每一種操作模式中，控制器13采用不同的方案來控制電機(jī)3，而不需要專用的轉(zhuǎn)子傳感器。
[0052]啟動(dòng)模式
[0053]控制器13在轉(zhuǎn)子5以啟動(dòng)模式操作時(shí)不試圖確定轉(zhuǎn)子5的位置。相反，控制器13以預(yù)定順序激勵(lì)相繞組7，該預(yù)定順序確保轉(zhuǎn)子沿正轉(zhuǎn)方向驅(qū)動(dòng)而與轉(zhuǎn)子5停止的位置無關(guān)。
[0054]控制器13通過沿特定方向激勵(lì)相繞組7預(yù)定時(shí)間段而開始。方向的選定不重要。因此，例如，控制器13可設(shè)置DIRl和清除DIR2，以從左到右激勵(lì)相繞組7。
[0055]定子6和轉(zhuǎn)子5的極之間的氣隙是不對(duì)稱的。結(jié)果，轉(zhuǎn)子5停止在轉(zhuǎn)子極相對(duì)于定子極略微錯(cuò)開的位置中。轉(zhuǎn)子5停止在相對(duì)于施加的定子場(chǎng)的兩個(gè)位置之一中。在第一位置中，轉(zhuǎn)子5大致與施加的定子場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)。在第二位置中，轉(zhuǎn)子5大致與施加的定子場(chǎng)不對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)停止在第一位置中時(shí)，轉(zhuǎn)子5響應(yīng)于相繞組7的激勵(lì)反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)經(jīng)過相對(duì)小的角度，直到轉(zhuǎn)子5采取完全對(duì)準(zhǔn)位置。當(dāng)停止在第二位置中時(shí)，轉(zhuǎn)子5響應(yīng)于相繞組7的激勵(lì)正轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)經(jīng)過較大的角度，直到轉(zhuǎn)子5再次處于完全對(duì)準(zhǔn)位置中。因此，與轉(zhuǎn)子5所停止的位置無關(guān)，相繞組7的激勵(lì)使轉(zhuǎn)子5運(yùn)動(dòng)到對(duì)準(zhǔn)位置。相繞組7被激勵(lì)的預(yù)定時(shí)段確保轉(zhuǎn)子5從任一停止位置運(yùn)動(dòng)到對(duì)準(zhǔn)位置。
[0056]在激勵(lì)相繞組7預(yù)定時(shí)段之后，控制器13通過清除DIRl和DIR2將相繞組7關(guān)斷。通過停止相激勵(lì)，轉(zhuǎn)子5正轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)經(jīng)過小角度，以使轉(zhuǎn)子5采取第一停止位置。相激勵(lì)停止足以確保轉(zhuǎn)子5已經(jīng)靜止在第一停止位置處的時(shí)段?？刂破?3然后沿與之前采用的相反方向激勵(lì)相繞組7。因此，例如，控制器13可設(shè)置DIR2和清除DIR1，以從右到左激勵(lì)相繞組7。這然后使轉(zhuǎn)子5被正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。在該階段，控制器13切換到加速模式。
[0057]加速模式
[0058]當(dāng)以加速模式操作時(shí)，控制器13采用第一無傳感器方案以確定轉(zhuǎn)子5的位置。
[0059]在進(jìn)入加速模式時(shí)，控制器13已經(jīng)激勵(lì)相繞組7。如上面所說明的，控制器13采用其中相繞組7在無論何時(shí)只要相繞組7中的電流超過電流限值則被續(xù)流的電流控制方案?？刂破?3將相繞組7續(xù)流預(yù)定續(xù)流時(shí)段。在續(xù)流時(shí)段結(jié)束時(shí)，控制器13再次激勵(lì)相繞組7。控制器13因此在每一個(gè)電半周期上相繼地激勵(lì)和續(xù)流相繞組7。
[0060]在相繞組7中感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)影響相繞組7中的電流在激勵(lì)過程中升高的速率和在續(xù)流過程中下降的速率。特別地，當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)增大時(shí)，相繞組7中的電流以較低的速率升高，并且以較快的速率下降。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)時(shí)，相電流在每一個(gè)續(xù)流時(shí)段過程中下降到不同的水平。相電流因此在每一個(gè)激勵(lì)時(shí)段過程中從不同的水平開始，并且以不同的速率升高。 申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在每一個(gè)激勵(lì)時(shí)段過程中，相電流升高到電流限值所花的時(shí)間取決于轉(zhuǎn)子5的角位置。而且，當(dāng)轉(zhuǎn)子5接近對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)，電流上升時(shí)段減小。該發(fā)現(xiàn)由控制器13充分利用以確定轉(zhuǎn)子5的位置。
[0061]在每一個(gè)續(xù)流時(shí)段結(jié)束時(shí)，控制器13啟動(dòng)計(jì)時(shí)器。當(dāng)相電流隨后超過電流限值時(shí)，控制器13停止計(jì)時(shí)器?？刂破?3然后比較由計(jì)時(shí)器存儲(chǔ)的電流上升時(shí)段和預(yù)定的上升時(shí)間閾值。如果電流上升時(shí)段小于上升時(shí)間閾值，則控制器13確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置。
[0062]當(dāng)以加速模式操作時(shí)，控制器13以與每一個(gè)確定的對(duì)準(zhǔn)位置同步地變換相繞組7的電流方向。因此，響應(yīng)于確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置，控制器13立即變換相繞組7的電流方向(即通過將DIRl和DIR2顛倒，并且設(shè)置FW#)。但是，如果需要，控制器13可替代地在確定的對(duì)準(zhǔn)位置之前或之后變換相繞組7的電流方向。用于在相對(duì)于預(yù)定對(duì)準(zhǔn)位置不同的時(shí)間處變換相繞組7的電流方向的方案在下面描述于標(biāo)題為穩(wěn)定狀態(tài)模式的部分中。
[0063]控制器13通過每一次電流斬波估計(jì)轉(zhuǎn)子5的位置。因此，電流斬波的頻率限定轉(zhuǎn)子5的對(duì)準(zhǔn)位置被確定的分辨率。在相對(duì)低的轉(zhuǎn)子速度下，每一個(gè)電半周期的長(zhǎng)度相對(duì)長(zhǎng)，并且反電動(dòng)勢(shì)的幅值相對(duì)小。結(jié)果，控制器13通常在每一個(gè)電半周期上將相電流斬波很多次，并且因而轉(zhuǎn)子5的對(duì)準(zhǔn)位置可以相對(duì)好的準(zhǔn)確度被確定。當(dāng)轉(zhuǎn)子5的速度增大時(shí)，每一個(gè)電半周期的長(zhǎng)度減小，并且反電動(dòng)勢(shì)的幅值增大?？刂破?3因此以較小頻率將相電流斬波，并且因而由控制器13確定的對(duì)準(zhǔn)位置中的誤差量增大。例如，圖4示出以相對(duì)低轉(zhuǎn)子速度操作時(shí)一個(gè)電半周期上的相電流、功率開關(guān)Ql的開/關(guān)信號(hào)和反電動(dòng)勢(shì)的波形。圖5則示出以相對(duì)高轉(zhuǎn)子速度操作的相同的波形。可看出，確定的對(duì)準(zhǔn)位置中的誤差(即實(shí)際對(duì)準(zhǔn)位置和由控制器13確定的對(duì)準(zhǔn)位置之間的差)在較高速度下更大。
[0064]由于前段中指出的性能，因此選定用于上升時(shí)間閾值的數(shù)值影響確定的對(duì)準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度。例如，如果上升時(shí)間閾值設(shè)置得太高，則控制器13可能在較早的點(diǎn)處確定轉(zhuǎn)子5的對(duì)準(zhǔn)位置，特別地，當(dāng)以較低速度操作時(shí)。相反地，如果上升時(shí)間閾值設(shè)置得太低，則控制器13可能在較晚的點(diǎn)處確定轉(zhuǎn)子5的對(duì)準(zhǔn)位置，特別地，當(dāng)以較高速度操作時(shí)。由于相繞組7在相對(duì)于確定的對(duì)準(zhǔn)位置的時(shí)間處變換電流方向，因此確定的對(duì)準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度影響電機(jī)系統(tǒng)I的功率和/或效率。
[0065]為了提高確定的對(duì)準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度，控制器13可采用隨轉(zhuǎn)子速度變化的上升時(shí)間閾值。特別地，控制器13可采用在轉(zhuǎn)子速度增大的情況下增大的上升時(shí)間閾值。因此，在較低速度下，其中電流斬波頻率相對(duì)高，可使用較低的上升時(shí)間閾值。相反地，在較高速度下，其中電流斬波頻率相對(duì)低，可能使用較高的上升時(shí)間閾值。結(jié)果，對(duì)準(zhǔn)位置可在一轉(zhuǎn)子速度范圍內(nèi)以提高的準(zhǔn)確度確定。
[0066]確定的對(duì)準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度還可通過減小續(xù)流時(shí)段而提高。當(dāng)續(xù)流時(shí)段減小時(shí)，電流斬波的頻率增大，并且因而對(duì)準(zhǔn)位置可以提高的準(zhǔn)確度確定。最小的容許續(xù)流時(shí)段可由硬件的速度(例如控制器13的速度和功率開關(guān)Q1-Q4的最大切換頻率)以及電機(jī)3的特性(例如相繞組7電阻和電感以及反電動(dòng)勢(shì)的形狀和大小)規(guī)定。
[0067]不采用固定續(xù)流時(shí)段，可期望響應(yīng)于轉(zhuǎn)子速度改變續(xù)流時(shí)段。例如，在較低的速度下可采用較長(zhǎng)的續(xù)流時(shí)段，以最小化切換損耗，并且在較高的速度下可能采用較短的續(xù)流時(shí)段，以增大電流斬波頻率，并且因而提高對(duì)準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度。
[0068]加速模式中花費(fèi)的時(shí)間可能相對(duì)短，并且因此當(dāng)以加速模式操作時(shí)，電機(jī)系統(tǒng)I的功率和/或效率可能不重要。因此，盡管當(dāng)采用上升時(shí)間閾值和/或續(xù)流時(shí)段的依賴速度的數(shù)值時(shí)出現(xiàn)這樣的優(yōu)點(diǎn)，然而仍可能采用固定數(shù)值。實(shí)際上，采用固定數(shù)值的上升時(shí)間閾值和/或續(xù)流時(shí)段具有簡(jiǎn)化控制方案的優(yōu)點(diǎn)。
[0069]控制器13通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)連續(xù)的對(duì)準(zhǔn)位置(如由控制器13確定的)之間的間隔確定轉(zhuǎn)子5的速度。如上面所述，存在于每一個(gè)由控制器13確定的對(duì)準(zhǔn)位置相關(guān)的誤差量。因此，為了獲得轉(zhuǎn)子速度的更準(zhǔn)確的測(cè)量值，控制器13可測(cè)量多個(gè)確定的對(duì)準(zhǔn)位置的平均間隔。例如，控制器13可通過平均四個(gè)連續(xù)對(duì)準(zhǔn)位置上的間隔確定轉(zhuǎn)子速度。
[0070]緊接著控制器13已經(jīng)確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置之后，轉(zhuǎn)子5的位置可能仍處于或接近對(duì)準(zhǔn)位置。因此，如果控制器13將要繼續(xù)測(cè)量和比較電流上升時(shí)段，則對(duì)于實(shí)際上相同的對(duì)準(zhǔn)位置可能確定另一個(gè)對(duì)準(zhǔn)位置。在較低的轉(zhuǎn)子速度下尤其如此，其中反電動(dòng)勢(shì)的幅值相對(duì)小，因而相電流在激勵(lì)過程中升高的速率相對(duì)快?？刂破?3因此在確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置處之后在預(yù)定時(shí)段內(nèi)停止測(cè)量電流上升時(shí)段。該時(shí)段將在后文中被稱為停止時(shí)段。該停止時(shí)段具有確保轉(zhuǎn)子5在停止時(shí)段結(jié)束時(shí)不再處于或接近對(duì)準(zhǔn)位置的長(zhǎng)度。例如，停止時(shí)段可設(shè)置，以使得在加速模式內(nèi)的全部速度范圍上，轉(zhuǎn)子5在停止時(shí)段過程中旋轉(zhuǎn)經(jīng)過至少70電角度。
[0071]當(dāng)轉(zhuǎn)子5的速度增大時(shí)，每一個(gè)電半周期的長(zhǎng)度減小。因此，固定停止時(shí)段可能不適用，特別地當(dāng)速度范圍相對(duì)大時(shí)。例如，在以加速模式操作時(shí)，速度范圍可以為1000到50000rpm。在100rpm下，四極電機(jī)的電半周期周期是15ms。5.8ms的停止時(shí)段將因此對(duì)應(yīng)于約70度的電角度。在50000rpm下，電半周期周期是0.3ms。5.8ms的停止時(shí)段因此明顯不適用于該速度。因此，控制器13可采用隨轉(zhuǎn)子速度改變的停止時(shí)段。特別地，控制器13可采用在增大的轉(zhuǎn)子速度情況下減小的停止時(shí)段。
[0072]在上面所述的方案中，電流上升時(shí)段開始于續(xù)流時(shí)段結(jié)束處。結(jié)果，單個(gè)計(jì)時(shí)器可用于電流上升時(shí)段和續(xù)流時(shí)段二者。然而，由于續(xù)流時(shí)段是預(yù)定的，因此電流上升時(shí)段可能替代地在續(xù)流時(shí)段開始時(shí)開始。因此，在更一般的意義上，電流上升時(shí)段可被認(rèn)為是續(xù)流開始或結(jié)束和繞組中的電流超過電流限值的時(shí)間點(diǎn)之間的間隔。
[0073]當(dāng)轉(zhuǎn)子速度增大時(shí)，每一個(gè)電半周期的時(shí)段減小，并且因而與相電感相關(guān)的時(shí)間常數(shù)(L/R)逐漸變得重要。另外，在相繞組7中感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)增大，這進(jìn)而影響相繞組7中電流升高的速率。因此將電流驅(qū)動(dòng)到相繞組7中逐漸變得困難。在相對(duì)高的轉(zhuǎn)子速度下，控制器13在每一個(gè)電半周期過程中可能僅將相電流斬波一次或兩次。結(jié)果，由控制器13確定的對(duì)準(zhǔn)位置中的誤差量可能相對(duì)大。誤差量可能不利地影響電機(jī)系統(tǒng)I的功率和/或效率。而且，誤差可能阻止電機(jī)3的進(jìn)一步加速。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子5的速度超過速度閾值時(shí)，控制器13從加速模式切換到穩(wěn)定狀態(tài)模式。
[0074]穩(wěn)定狀態(tài)模式
[0075]當(dāng)以穩(wěn)定狀態(tài)模式操作時(shí)，控制器13采用第二無傳感器方案以確定轉(zhuǎn)子5的位置。
[0076]第二無傳感器方案利用反電動(dòng)勢(shì)傳感器12。如現(xiàn)在將說明的，反電動(dòng)勢(shì)傳感器12輸出數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)的一些邊緣對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子5的對(duì)準(zhǔn)位置。
[0077]在沒有任何顯著的飽和或凸極性(saliency)的情況下，用于相繞組7的電壓方程可表達(dá)如下:
[0078]Vph = iphRph+Lph.diph/dt+Eph
[0079]其中Vph是跨相繞組7的電源，iph是相繞組7中的電流，Rph是相繞組7的電阻，Lph是相繞組7的電感，并且Eph是相繞組7中由轉(zhuǎn)子5感應(yīng)出的反電動(dòng)勢(shì)。
[0080]當(dāng)轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置時(shí),相繞組7中感應(yīng)出的反電動(dòng)勢(shì)為零。在反電動(dòng)勢(shì)中的每一個(gè)過零點(diǎn)處，電壓方程變?yōu)?
[0081]Vph = iphRph+Lph.diph/dt
[0082]由于下面提出的原因，^‘項(xiàng)在反電動(dòng)勢(shì)中過零點(diǎn)附近可忽略。因此，對(duì)于轉(zhuǎn)子5的每一個(gè)對(duì)準(zhǔn)位置，電壓方程簡(jiǎn)化為:
[0083]Vph = Lph.diph/dt
[0084]反電動(dòng)勢(shì)傳感器12利用該方程產(chǎn)生輸出信號(hào),該輸出信號(hào)具有對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子5的對(duì)準(zhǔn)位置的邊緣。
[0085]如圖6中所示，反電動(dòng)勢(shì)傳感器12包括電壓傳感器5、放大器16、微分器17、低通濾波器18和比較器19。
[0086]電壓傳感器15包括分壓器R3，R4，其輸出具有與DC鏈電壓Vdc成比例的電壓的第一信號(hào)。當(dāng)相繞組7被激勵(lì)時(shí)，跨相繞組的電壓Vph對(duì)應(yīng)于DC鏈電壓，Vdc減去跨功率開關(guān)Q1-Q4的電壓降。因此，由電壓傳感器15輸出的第一信號(hào)具有與激勵(lì)過程中跨相繞組的電壓Vph成比例的電壓。
[0087]放大器16對(duì)由電流傳感器11輸出的I_SENSE信號(hào)進(jìn)行操作。微分器17然后對(duì)放大器16的信號(hào)輸出進(jìn)行操作，并且低通濾波器18對(duì)由微分器17輸出的信號(hào)進(jìn)行操作。電流傳感器11可被認(rèn)為輸出具有與相繞組7中的電流成比例的電壓的第二信號(hào)。微分器17然后將第二信號(hào)微分，并且作為回應(yīng)產(chǎn)生具有與相繞組中的電流變化速率diph/dt成比例的電壓的第三信號(hào)。相繞組7的電感假設(shè)是恒定的(這在電機(jī)3具有很小的或沒有凸極性，并且飽和效應(yīng)微小時(shí)有效)，并且因而第三信號(hào)的電壓與Lph.diph/dt成比例。
[0088]僅采用低通濾波器18來抑制可能已經(jīng)由微分器17引入到第三信號(hào)中的任何噪聲。如果噪聲沒有被視為是問題，則濾波器18可被忽略。圖6中，低通濾波器18和微分器17顯示為兩個(gè)不同的部件。替代地，低通濾波器18可被實(shí)施為微分器17的部分，因而避免需要另外的運(yùn)算放大器。
[0089]放大器16確保第一信號(hào)和第三信號(hào)的電壓適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)，以使兩個(gè)信號(hào)的電壓在相繞組7中感應(yīng)出的反電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)相對(duì)應(yīng)，即當(dāng)Vph = Lph.diph/dt時(shí)電壓相對(duì)應(yīng)。可預(yù)想地，電流傳感器11的感測(cè)電阻器Rl和電壓傳感器15的分壓器R3，R4可配置為使得第一信號(hào)和第二信號(hào)的電壓已經(jīng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)，由此避免對(duì)放大器16的需要。替代地，不是放大器16對(duì)第二信號(hào)操作，而是電壓調(diào)節(jié)器(例如放大器或衰減器)可被用于調(diào)節(jié)第一信號(hào)、第二信號(hào)和第三信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)，以使第一信號(hào)和第三信號(hào)的電壓在反電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)相對(duì)應(yīng)。
[0090]比較器19比較第一和第三信號(hào)的電壓，并且響應(yīng)于所述比較產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)。當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)的電壓大于第二信號(hào)的電壓時(shí)(即當(dāng)Vph>Lph.diph/dt)，輸出信號(hào)為邏輯高電平(或替代地為邏輯低電平)，并且當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)的電壓低于第二信號(hào)的電壓時(shí)(即當(dāng)Vph〈Lph.diph/dt時(shí))，為邏輯低電平。因此在兩個(gè)信號(hào)的電壓相對(duì)應(yīng)的任何時(shí)候，即Vph = Lph.diph/dt的任何時(shí)候，在輸出信號(hào)中產(chǎn)生邊緣。當(dāng)相繞組7中感應(yīng)出的反電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，該條件被滿足。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置處時(shí)，邊緣在輸出信號(hào)中產(chǎn)生。但是，如現(xiàn)在將說明的，不對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子5的對(duì)準(zhǔn)位置的其他邊緣產(chǎn)生在輸出信號(hào)中，并且因此必須被忽略。
[0091]當(dāng)以加速模式操作時(shí)，控制器13隨后在每一個(gè)電半周期的完整長(zhǎng)度上激勵(lì)并且續(xù)流相繞組7。相反，當(dāng)以穩(wěn)定狀態(tài)模式操作時(shí)，控制器13隨后在跨越僅每一個(gè)電半周期的一部分的傳導(dǎo)時(shí)段上激勵(lì)并且續(xù)流相繞組7。在傳導(dǎo)時(shí)段結(jié)束時(shí)，控制器13通過清除爾續(xù)流相繞組7。然后續(xù)流無限制地持續(xù)，直到控制器13變換相繞組7的方向這樣的時(shí)間時(shí)。在反電動(dòng)勢(shì)下降區(qū)域內(nèi)，對(duì)于指定的相電流獲得較小的扭矩。因此，通過在該區(qū)域內(nèi)續(xù)流相繞組7，可實(shí)現(xiàn)更有效的電機(jī)系統(tǒng)。另外，當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)下降時(shí)，相電流可陡升到不期望的水平。通過在反電動(dòng)勢(shì)的下降區(qū)域中續(xù)流相繞組7，該電流尖峰可被避免。
[0092]當(dāng)以穩(wěn)定狀態(tài)模式操作時(shí)，控制器13在轉(zhuǎn)子5的每一個(gè)對(duì)準(zhǔn)位置之前變換相繞組7的電流方向；該原因說明如下。如上段說明的，相繞組7在緊接著變換電流方向之前正在續(xù)流。在續(xù)流過程中，相電流繞逆變器9的低壓側(cè)環(huán)路循環(huán)，并且旁路電流傳感器11。因此，沒有電流經(jīng)過電流傳感器11，并且因而第二信號(hào)的電壓為零。作為對(duì)照，流動(dòng)經(jīng)過相繞組7的電流非零，并且可能相當(dāng)大。因此，在變換相繞組7的電流方向時(shí)，在經(jīng)過電流傳感器11的電流的幅值中存在突然變化。另外，當(dāng)變換相繞組7的電流時(shí)，經(jīng)過電流傳感器11的電流的極性由于相繞組的電感而初始時(shí)為負(fù)。該電流然后陡升，并且快速變?yōu)檎?。因此，?dāng)變換相繞組7的電流方向時(shí)，由電流傳感器11輸出的第二信號(hào)的電壓從零突然地變?yōu)樨?fù)值，然后陡升到正值。結(jié)果，由微分器17輸出的第三信號(hào)的電壓具有負(fù)尖峰(由于第二信號(hào)的電壓中的從零到負(fù)值的突然變化)，該負(fù)尖峰之后緊接著正尖峰(由于第二信號(hào)的電壓中的陡升)。由于第三信號(hào)的電壓中的正尖峰，邊緣產(chǎn)生在BEMF信號(hào)中。但是，該邊緣不對(duì)應(yīng)于反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)。相反，該邊緣為經(jīng)過電流傳感器11的電流中的突然變化的偽像，這因?yàn)樵诶m(xù)流過程中電流傳感器11不能感測(cè)相電流而出現(xiàn)。
[0093]如前段所說明的，相繞組7中的電流在變換電流方向時(shí)相對(duì)快速地升高。結(jié)果，第三信號(hào)的電壓相對(duì)高，并且超過第一信號(hào)的電壓。但是，當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)下降時(shí)，與零相交，然后對(duì)抗DC鏈電壓，電流升高的速率減小，因而第三信號(hào)的電壓減小。在一些點(diǎn)處，第三信號(hào)的電壓對(duì)應(yīng)于第一信號(hào)的電壓，并且又一邊緣產(chǎn)生在BEMF信號(hào)中。該邊緣則對(duì)應(yīng)于反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)。
[0094]因此，當(dāng)變換相繞組7的電流方向時(shí)，第一邊緣由于經(jīng)過電流傳感器11的電流中的突然變化在反電動(dòng)勢(shì)中產(chǎn)生。該邊緣然后隨有由于反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)而在BEMF信號(hào)中的第二邊緣?？刂破?3因此忽略了第一邊緣，并且響應(yīng)于第二邊緣，確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置處。
[0095]響應(yīng)于檢測(cè)到第二邊緣，控制器13忽略BEMF信號(hào)，直到控制器13再次變換相繞組7的電流方向這樣的時(shí)刻。該原因如下。當(dāng)處于加速模式中時(shí)，控制器13在無論何時(shí)只要相繞組7中的電流超過電流限值則將相繞組7續(xù)流預(yù)定續(xù)流時(shí)段。因此，在每一個(gè)傳導(dǎo)時(shí)段過程中，控制器13可將相電流斬波。如果發(fā)生電流斬波，則經(jīng)過電流傳感器11的電流將在控制器13續(xù)流并且然后激勵(lì)相繞組7時(shí)突然變化。經(jīng)過傳感器11的電流中的任何突然變化可能導(dǎo)致BEMF信號(hào)中的偽邊緣。另外，在任意續(xù)流時(shí)段過程中，相電流繞逆變器9的低壓側(cè)環(huán)路循環(huán)，并且旁路電流傳感器11。因此，由電流傳感器11輸出的第二信號(hào)的電壓為零，并且因而由微分器17輸出的第三信號(hào)無效?？刂破?3因此僅響應(yīng)于變換相繞組7的電流方向而開始監(jiān)測(cè)BEMF信號(hào)?？刂破?3然后忽略了 BEMF信號(hào)中的第一邊緣，并且響應(yīng)于BEMF信號(hào)中的第二邊緣，確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置處。之后，控制器13忽略BEMF信號(hào)，直到控制器13再次變換相繞組7的電流方向這樣的時(shí)刻。在本實(shí)施例中，第一邊緣為上升邊緣，第二邊緣為下降邊緣?？刂破?3因此監(jiān)測(cè)BEMF信號(hào)，并且響應(yīng)于下降邊緣，確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置處。
[0096]為了試圖展示電機(jī)系統(tǒng)I的性能，圖7示出了一個(gè)電周期上的相電流、第二信號(hào)的電壓、第三信號(hào)的電壓和BEMF信號(hào)的可能的波形。在變換相繞組7的電流方向時(shí)，可看到第二信號(hào)的電壓從零突然地變?yōu)樨?fù)值，然后陡升到正值。結(jié)果，第三信號(hào)的電壓具有負(fù)尖峰(對(duì)應(yīng)于第二信號(hào)的電壓中的從零到負(fù)值的突然變化)，該負(fù)尖峰之后緊接著正尖峰(對(duì)應(yīng)于第二信號(hào)的電壓中的陡升)。正尖峰的幅值為使得第三信號(hào)的電壓超過第一信號(hào)的電壓，并且因而上升邊緣在BEMF信號(hào)中產(chǎn)生。當(dāng)?shù)谌盘?hào)的電壓下降時(shí)，第一信號(hào)和第三信號(hào)的電壓再次相對(duì)應(yīng)，并且下降邊緣在BEMF信號(hào)中產(chǎn)生。
[0097]如上面所說明的，控制器13在轉(zhuǎn)子5的每一個(gè)對(duì)準(zhǔn)位置之前變換相繞組7的電流方向。該原因如下。在激勵(lì)過程中，相電壓Vph與DC鏈電壓VD。成比例。在另一方面，在續(xù)流過程中，相電壓為零。因此，由電壓傳感器15輸出的信號(hào)的電壓與相電壓Vph僅在相繞組7被激勵(lì)時(shí)成比例。另外，電流傳感器11僅在激勵(lì)過程中提供相電流的測(cè)量值。反電動(dòng)勢(shì)傳感器12因此能夠僅在相繞組7被激勵(lì)時(shí)確定轉(zhuǎn)子位置?？刂破?3因此在轉(zhuǎn)子5的每一個(gè)對(duì)準(zhǔn)位置之前變換相繞組7的電流方向。這于是確保相繞組7在轉(zhuǎn)子5經(jīng)過每一個(gè)對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)被激勵(lì)。
[0098]為了變換相繞組7的電流方向，控制器13響應(yīng)于BEMF信號(hào)的每一個(gè)下降邊緣動(dòng)作。響應(yīng)于BEMF信號(hào)的下降邊緣，控制器13從電半周期的時(shí)段T_HC減去提前時(shí)段T_ADV來得到變換電流方向時(shí)段T_C0M:
[0099]T_C0M = T_HC - T_ADV
[0100]控制器13然后在下降邊緣之后的時(shí)刻T_C0M處變換相繞組7的電流方向。結(jié)果，控制器13在轉(zhuǎn)子5的下一個(gè)對(duì)準(zhǔn)位置之前，提前提前時(shí)段1'_八0￥變換相繞組7的電流方向。電半周期的時(shí)段T_HC由BEMF信號(hào)的兩個(gè)連續(xù)的邊緣之間的間隔限定。
[0101]提前時(shí)段限定激勵(lì)的相位(即相繞組7被激勵(lì)所處于的相對(duì)于轉(zhuǎn)子5的對(duì)準(zhǔn)位置的角度)，并且傳導(dǎo)時(shí)段限定激勵(lì)長(zhǎng)度(即相繞組7被激勵(lì)所越過的角度)?？刂破?3可響應(yīng)于轉(zhuǎn)子5的速度中的變化調(diào)節(jié)提前時(shí)段和/或傳導(dǎo)時(shí)段。例如，控制器13可調(diào)節(jié)提前時(shí)段和/或傳導(dǎo)時(shí)段，以使得在一轉(zhuǎn)子速度范圍內(nèi)獲得相同的輸入或輸出功率。
[0102]在上面的討論中，注意到相電壓方程的電阻項(xiàng)iphRph在反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)附近可忽略不計(jì)。這是因?yàn)橐韵氯舾稍颉Ｊ紫?，與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)，電阻項(xiàng)相對(duì)小。例如，在70攝氏度下相電阻可能為0.03 Ω，電源2的電壓可以是24V，并且電流限值可以是30A。因此，當(dāng)相電流在30A最大值處時(shí)，iphRph項(xiàng)為0.9V。另一方面，相電壓為約24V。因此，與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)，用于相繞組7的電壓方程由電感和反電動(dòng)勢(shì)項(xiàng)決定。第二，當(dāng)以穩(wěn)定狀態(tài)操作時(shí)，控制器13在反電動(dòng)勢(shì)的下降周期過程中續(xù)流相繞組。因此，相電流在反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)之前已經(jīng)衰減一定時(shí)段。第三，控制器13在反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)之前變換相繞組7的電流方向。變換電流方向本質(zhì)上涉及相電流中的過零點(diǎn)。由于相電流在變換電流方向之前通常非零，并且變換電流方向在反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)之前發(fā)生，因此相電流中的過零點(diǎn)將在反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)處或附近發(fā)生。因此，電阻項(xiàng)在反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)處可忽略不計(jì)。
[0103]在速度閾值處，加速模式中的電流斬波頻率可能相對(duì)低。結(jié)果，由控制器13確定的對(duì)準(zhǔn)位置中的誤差量可能相對(duì)大。穩(wěn)定狀態(tài)模式要求相繞組7在轉(zhuǎn)子對(duì)準(zhǔn)位置之前被激勵(lì)。但是，如果確定的對(duì)準(zhǔn)位置中的誤差相對(duì)大，則可能的是，變換電流方向可能發(fā)生在轉(zhuǎn)子對(duì)準(zhǔn)位置處或之后。因此，在進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)模式之前，可能需要或期望以提高的準(zhǔn)確度建立轉(zhuǎn)子5的對(duì)準(zhǔn)位置。因此，如圖8中所示，反電動(dòng)勢(shì)傳感器12可能包括一對(duì)分壓器R5，R6和R7，R8，微分放大器20和過零檢測(cè)器21。分壓器R5，R6, R7, R8的輸出被供給到放大器20，放大器20輸出相電壓的測(cè)量值。放大器20的輸出被供給到過零檢測(cè)器21，過零檢測(cè)器21輸出具有對(duì)應(yīng)于相電壓中的過零點(diǎn)的邊緣的數(shù)字信號(hào)。在從加速模式轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)模式時(shí)，控制器13斷開變換器9的所有開關(guān)Q1-Q4，并且監(jiān)測(cè)由過零檢測(cè)器21輸出的信號(hào)。在所有開關(guān)斷開的情況下，相電流通過開關(guān)Q1-Q4的續(xù)流二極管衰減，直到?jīng)]有電流流動(dòng)經(jīng)過相繞組7。此時(shí)，跨相繞組7的電壓對(duì)應(yīng)于在相繞組7中感應(yīng)出的反電動(dòng)勢(shì)。因此，由過零檢測(cè)器21輸出的信號(hào)的每一個(gè)邊緣對(duì)應(yīng)于反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)?？刂破?3因此得到轉(zhuǎn)子對(duì)準(zhǔn)位置的更準(zhǔn)確的測(cè)量值。在轉(zhuǎn)子對(duì)準(zhǔn)位置已經(jīng)被識(shí)別出之后(即在由過零檢測(cè)器21輸出的信號(hào)中的邊緣已經(jīng)被感測(cè)到之后)，控制器13切換到穩(wěn)定狀態(tài)模式，并且以上面所述的方式控制電機(jī)3。特別地，控制器13監(jiān)測(cè)BEMF信號(hào)，并且響應(yīng)于BEMF信號(hào)中的下降邊緣變換相繞組7的電流方向。
[0104]在上面所述的實(shí)施例中，反電動(dòng)勢(shì)傳感器12僅在相激勵(lì)過程中能夠感測(cè)反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)?？刂破?3因此要求在反電動(dòng)勢(shì)中的每一個(gè)過零點(diǎn)之前變換相繞組7的電流方向。這不被認(rèn)為是問題，因?yàn)樵诜€(wěn)定狀態(tài)模式中發(fā)生的相對(duì)高的速度下，通常要求提前變換電流方向，以在每一個(gè)電半周期上將足夠的電流，因而足夠的功率驅(qū)入相繞組7中。然而，可能存在期望相對(duì)于反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)同步或延遲變換電流方向的一些情況。
[0105]使用與上面所述相同的控制方案，提前、同步和延遲變換電流方向都可獲得。響應(yīng)于BEMF信號(hào)中的下降邊緣，控制器13從電半周期的時(shí)段T_HC減去相時(shí)段T_PHASE來得到變換電流方向周期T_COM:
[0106]T_C0M = T_HC - T_PHASE
[0107]控制器13然后在下降邊緣之后的時(shí)刻T_C0M處變換相繞組7的電流方向。結(jié)果，控制器13相對(duì)下一個(gè)轉(zhuǎn)子對(duì)準(zhǔn)位置在相時(shí)段T_PHASE處變換相繞組7的電流方向。如果相時(shí)段為正，則變換電流方向在轉(zhuǎn)子對(duì)準(zhǔn)位置之前發(fā)生(提前變換電流方向)。如果相時(shí)段為零，則變換電流方向在轉(zhuǎn)子對(duì)準(zhǔn)位置處發(fā)生(同步變換電流方向)。并且如果相時(shí)段為負(fù)，則變換電流方向在轉(zhuǎn)子對(duì)準(zhǔn)位置之后發(fā)生(延遲變換電流方向)。
[0108]如果采用同步或延遲變換電流方向，則轉(zhuǎn)子對(duì)準(zhǔn)位置可能在相繞組7正在續(xù)流時(shí)發(fā)生。因此要求電流傳感器11和電壓傳感器15的替代設(shè)計(jì)，以在續(xù)流以及激勵(lì)過程中測(cè)量相電壓和相電流。
[0109]圖9示出替代實(shí)施例，其中電流傳感器11和電壓傳感器15是不同的。在所有其他方面中，控制系統(tǒng)4不改變。特別地，反電動(dòng)勢(shì)傳感器12繼續(xù)包括放大器16、微分器17、低通濾波器18和比較器19。
[0110]電流傳感器11包括一對(duì)感測(cè)電阻器Rl和R2以及多路復(fù)用器25。每一個(gè)電阻器R1，R2位于逆變器9的下分支上，其中一個(gè)電阻器R2提供當(dāng)被從左到右激勵(lì)時(shí)相電流的測(cè)量值，并且另一個(gè)電阻器Rl提供當(dāng)被從右到左激勵(lì)時(shí)相電流的測(cè)量值。多路復(fù)用器25選擇由感測(cè)電阻器Rl，R2輸出的兩個(gè)信號(hào)中的一個(gè)。
[0111]電壓傳感器15包括一對(duì)分壓器R5，R6和R7，R8，一對(duì)微分放大器22，23，以及多路復(fù)用器24。分壓器R5，R6和R7，R8位于相繞組7的相對(duì)側(cè)，并且分壓器R5，R6，R7，R8的輸出被供給到兩個(gè)微分放大器22，23。由放大器22中的一個(gè)輸出的信號(hào)提供當(dāng)被從左到右激勵(lì)時(shí)相電壓的測(cè)量值，并且由另一個(gè)放大器23輸出的信號(hào)提供當(dāng)被從右到左激勵(lì)時(shí)相電壓的測(cè)量值。多路復(fù)用器24選擇由放大器22，23輸出的兩個(gè)信號(hào)中的一個(gè)。
[0112]由控制器13輸出的DIRl信號(hào)被用作用于兩個(gè)多路復(fù)用器24，25的選擇器輸入。因此，多路復(fù)用器24，25根據(jù)經(jīng)過相繞組7的電流方向選擇放大器22，23中的一個(gè)以及感測(cè)電阻器Rl, R2中的一個(gè)。通過將分壓器R5，R6, R7, R8設(shè)置在相繞組7的相對(duì)側(cè)，并且將感測(cè)電阻器Rl，R2設(shè)置在逆變器9的相對(duì)分支上，相電壓和相電流可在續(xù)流以及激勵(lì)過程中被感測(cè)。
[0113]圖6的反電動(dòng)勢(shì)傳感器12在續(xù)流過程中不能感測(cè)相電流和相電壓。結(jié)果，在續(xù)流過程中，在BEMF信號(hào)中產(chǎn)生偽邊緣。另一方面，圖9的反電動(dòng)勢(shì)傳感器12在激勵(lì)和續(xù)流二者過程中能感測(cè)相電流和相電壓。結(jié)果，在續(xù)流過程中沒有產(chǎn)生偽邊緣。然而，上升邊緣在變換相繞組7電流方向時(shí)繼續(xù)在BEMF信號(hào)中產(chǎn)生。上升邊緣因?yàn)橛捎谙嗬@組的電感導(dǎo)致經(jīng)過所選擇的電阻Rl或R2的電流初始時(shí)為負(fù)而發(fā)生。結(jié)果，在第三信號(hào)的電壓中發(fā)生負(fù)尖峰以及隨后的正尖峰?？刂破?3因此在激勵(lì)和續(xù)流過程中監(jiān)測(cè)BEMF信號(hào)，并且在相對(duì)于BEMF信號(hào)的下降邊緣的時(shí)刻處變換相繞組7的電流方向。
[0114]圖10示出采用圖9的裝置時(shí)，在一個(gè)電周期上相電流、第二信號(hào)的電壓、第三信號(hào)的電壓和BEMF信號(hào)的波形。
[0115]圖11示出又一替代實(shí)施例，其中電流傳感器11和電壓傳感器15再次改變。
[0116]電流傳感器11包括電流互感器26，其在激勵(lì)和續(xù)流二者過程中感測(cè)相電流。由電流互感器26輸出的信號(hào)的極性反映經(jīng)過相繞組7的電流的方向。
[0117]電壓傳感器15包括一對(duì)位于相繞組7的相對(duì)側(cè)的分壓器R5，R6和R7，R8，其輸出被供給到單個(gè)微分放大器22。由放大器22輸出的信號(hào)提供相電壓的測(cè)量值，其中電壓的極性反映激勵(lì)的方向，即當(dāng)相繞組7被從左到右激勵(lì)時(shí)相電壓為正，并且當(dāng)被從右到左激勵(lì)時(shí)相電壓為負(fù)。
[0118]關(guān)于圖9中示出的實(shí)施例，電流傳感器11和電壓傳感器15在激勵(lì)和續(xù)流二者過程中感測(cè)相電流和相電壓。但是，與圖9的實(shí)施例形成對(duì)照，由電流傳感器11輸出的信號(hào)的電壓在相繞組7變換電流方向過程中不遭受突然變化。如現(xiàn)在將解釋的，這對(duì)于由反電動(dòng)勢(shì)傳感器12輸出的BEMF信號(hào)具有重要的意義。
[0119]圖12示出采用圖11的裝置時(shí)，在一個(gè)電周期上相電流、第二信號(hào)的電壓、第三信號(hào)的電壓和BEMF信號(hào)的波形?？煽吹?，由電流傳感器11輸出的第二信號(hào)的電壓與相電流的電壓成鏡像。與圖10中示出的波形形成對(duì)照，第二信號(hào)的電壓中在變換電流方向處沒有突然變化。因此，在第三信號(hào)的電壓中不存在負(fù)尖峰。從圖12看起來，第一和第三信號(hào)的電壓在續(xù)流和變換電流方向的點(diǎn)處對(duì)應(yīng)。但是并非如此。相反，兩個(gè)信號(hào)的電壓一起上升和下降。因此，兩個(gè)信號(hào)的電壓不相對(duì)應(yīng)，并且在BEMF信號(hào)中不產(chǎn)生邊緣。實(shí)際上，如從圖12證實(shí)的，僅在反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)處，即當(dāng)Vph = Lph.diph/dt時(shí)，在BEMF信號(hào)中產(chǎn)生邊緣。BEMF信號(hào)因此類似于由傳統(tǒng)的霍爾效應(yīng)傳感器輸出的信號(hào)。
[0120]因而特定的實(shí)施例已經(jīng)就測(cè)量相電壓和相電流進(jìn)行了描述。應(yīng)意識(shí)到，存在用于測(cè)量電壓和電流的其他裝置。僅作為示例，電流傳感器11可包括霍爾效應(yīng)傳感器或其他電流換能器。
[0121]在上面所述的實(shí)施例中，反電動(dòng)勢(shì)傳感器12與控制器13不同，并且實(shí)施在控制器13外部的硬件中。但是可設(shè)想的是，如果要求的硬件形成控制器13的外設(shè)的一部分，則反電動(dòng)勢(shì)傳感器12的一個(gè)或多個(gè)部件(例如放大器16，微分器17，低通濾波器18和/或比較器19)可能形成控制器13的一體部分。
[0122]反電動(dòng)勢(shì)傳感器12的低通濾波器18可在第三信號(hào)中引入相位延遲，這將進(jìn)而導(dǎo)致BEMF信號(hào)中的相移。低通濾波器18因此配置為在盡可能小的相位延遲的情況下從第三信號(hào)充分去除噪聲。
[0123]兩種方案因而已經(jīng)被描述用于感測(cè)轉(zhuǎn)子5的位置。在第一方案中(在加速模式中被采用)，相電流超過電流限值所花的時(shí)間被用于確定轉(zhuǎn)子5的位置。在第二方案中(在穩(wěn)定狀態(tài)模式中被采用)，進(jìn)行相電壓和相電流的變化速率的比較，以確定轉(zhuǎn)子5的位置。
[0124]第一方案具有可能在不需要任何附加硬件的情況下實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，與采用霍爾效應(yīng)傳感器的傳統(tǒng)的電機(jī)系統(tǒng)相比較，第一方案采用的部件至少少一個(gè)。當(dāng)相電流超過電流限值時(shí)，相繞組7被續(xù)流續(xù)流時(shí)段。因此在續(xù)流過程中不需要感測(cè)相電流。結(jié)果，第一方案可被實(shí)施為使用單個(gè)感測(cè)電阻器來測(cè)量相電流。第一方案因此提供確定轉(zhuǎn)子位置的成本效益高的方法。
[0125]第一方案依靠電流斬波來確定轉(zhuǎn)子5的位置。而且，電流斬波的頻率確定轉(zhuǎn)子位置被確定的分辨率以及因而確定準(zhǔn)確度。因此，當(dāng)電流斬波相對(duì)不頻繁時(shí)(例如在相對(duì)高速下)，確定的轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確度可能相對(duì)差。第二方案具有不依靠電流斬波來確定轉(zhuǎn)子5的位置的優(yōu)點(diǎn)。因此，轉(zhuǎn)子位置的確定可與轉(zhuǎn)子速度無關(guān)進(jìn)行。確定的轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確度部分地由電阻項(xiàng)，iphRph限定。幸好，電阻項(xiàng)通常較小，并且往往可以忽略。而且，即使電阻項(xiàng)可謂非常大，該相僅僅增大確定的對(duì)準(zhǔn)位置中的誤差。然而仍可能確定轉(zhuǎn)子的對(duì)準(zhǔn)位置。該第二方案的缺點(diǎn)在于要求附加的硬件來實(shí)施該方案，這自然增加電機(jī)系統(tǒng)I的成本。然而，部件成本的增加可能通過由于省略霍爾效應(yīng)傳感器導(dǎo)致的組件成本的降低而被抵消。
[0126]實(shí)施第二方案的成本可通過采用用于電壓傳感器15的單個(gè)分壓器R3，R4以及用于電流傳感器11的單個(gè)感測(cè)電阻器Rl而被保持相對(duì)低，如圖6中所示。在采用單個(gè)分壓器R3，R4和單個(gè)感測(cè)電阻器Rl時(shí)，轉(zhuǎn)子5的位置僅可在相繞組7被激勵(lì)時(shí)被感測(cè)。這通過在轉(zhuǎn)子對(duì)準(zhǔn)位置之前變換相繞組7的電流方向來獲得。在相對(duì)低速下，相電流相對(duì)快速地上升到電流限值。因此可能的是，反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)可能發(fā)生在相繞組7正在續(xù)流時(shí)的時(shí)刻。因此，第二方案的該特定實(shí)施方式雖然成本效益高，但是在相對(duì)低速下可能不適用。但是，通過在較低速度下采用第一方案，并且在較高速度下采用第二方案，獲得用于在轉(zhuǎn)子速度的整個(gè)范圍內(nèi)控制電機(jī)3的成本效益高的技術(shù)方案。
[0127]電源2可輸出隨時(shí)間變化的電壓。例如，電源2可能包括使用時(shí)放電的電池。替代地，電源2可能包括AC電源和提供整流電壓的整流器。取決于DC鏈濾波器8的電容，DC鏈電壓可能具有相對(duì)高的波動(dòng)。替代地，DC鏈濾波器8可平滑地整流電壓，但是AC電源的RMS電壓可能隨時(shí)間漂移。相繞組7中電流上升的速率取決于相電壓的幅值。因此，當(dāng)采用第一無傳感器方案時(shí)，電源2的電壓中的任何變化可能影響由控制器13確定的對(duì)準(zhǔn)位置的點(diǎn)。例如，當(dāng)電源2的電壓增大時(shí)，相電流上升的速率增大，并且因而電流上升時(shí)段的長(zhǎng)度減小。如果采用相同的電流上升閾值，則電源2的電壓中的變化可能使對(duì)準(zhǔn)位置確定在較早點(diǎn)處(如果電壓增大)或較晚點(diǎn)處(如果電壓減小)。因此，控制器13可響應(yīng)于電源2的電壓中的變化調(diào)整上升時(shí)間閾值。特別地，控制器13可響應(yīng)于相電壓中的增大而減小上升時(shí)間閾值，反之亦然。結(jié)果，可能在一電壓范圍上以提高的準(zhǔn)確度確定對(duì)準(zhǔn)位置。
[0128]除了調(diào)整上升時(shí)間閾值，控制器13還可能響應(yīng)于電源2的電壓中的變化調(diào)整續(xù)流時(shí)段。例如，如果電源2的電壓減小，則相電流將在激勵(lì)過程中以較低的速率上升，并且因而電流斬波的頻率將減小。為了對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，可能采用較短的續(xù)流時(shí)段。更一般地，控制器13可能響應(yīng)于轉(zhuǎn)子速度和/或供給電壓調(diào)整電流限值和/或續(xù)流時(shí)段，以使相電流波形具有更好的形狀，由此提高電機(jī)系統(tǒng)I的功率和/或效率。
[0129]控制器13還可采用速度閾值，該速度閾值取決于電源2的電壓。當(dāng)采用第一無傳感器方案時(shí)，對(duì)準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度取決于電流斬波的頻率。當(dāng)電源2的電壓減小時(shí)，相電流以較低的速率上升，并且因而電流斬波的頻率減小。在相對(duì)低速下，電流斬波的頻率相對(duì)高，并且因而電源2的電壓中的減小不會(huì)明顯地影響對(duì)準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度。但是，在相對(duì)高速下，其中電流斬波頻率相對(duì)低，則電源的電壓中的減小可能不利地影響對(duì)準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度。因此，對(duì)于較低電源電壓，可能在較低速下期望切換到第二無傳感器方案。當(dāng)采用第二無傳感器方案時(shí)，或特別是圖6和7中示出的特定實(shí)施例，轉(zhuǎn)子5的位置可僅在相激勵(lì)過程中確定?？刂破?3因此在每一個(gè)對(duì)準(zhǔn)位置之前變換相繞組7的電流方向，以確保相繞組7在轉(zhuǎn)子5經(jīng)過對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)被激勵(lì)。但是，控制器13在相繞組7中的電流超過電流限值的任何時(shí)候?qū)⑾嗬@組7續(xù)流。因此重要的是，相電流在轉(zhuǎn)子5到達(dá)對(duì)準(zhǔn)位置之前不超過電流限值。速度閾值和提前時(shí)段因此被選定為使得對(duì)于標(biāo)稱電源電壓，相電流不超過電流限值，直到在轉(zhuǎn)子5已經(jīng)經(jīng)過對(duì)準(zhǔn)位置之后。但是，如果電源2的電壓將要增大，則相電流將以更快的速率上升，并且因而將在更早的時(shí)間點(diǎn)達(dá)到電流限值?？稍O(shè)想的是，相電流可能在轉(zhuǎn)子5已經(jīng)到達(dá)對(duì)準(zhǔn)位置之前超過電流限值。因此，對(duì)于較高的供給電壓，可能期望在較高速下切換到第二無傳感器方案，其中反電動(dòng)勢(shì)的幅值將更高。兩個(gè)無傳感器方案因此都可從取決于電源電壓幅值的速度閾值獲益。因此，控制器13可采用速度閾值，該速度閾值取決于電源電壓的幅值。更特別地，控制器13可能采用用于較低電源電壓的較低的速度閾值。
[0130]上面所述的第一無傳感器方案使用電流上升時(shí)段來確定轉(zhuǎn)子5的位置。但是， 申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在每一個(gè)續(xù)流時(shí)段結(jié)束時(shí)的相電流的幅值也可被用于確定轉(zhuǎn)子5的位置。如上面說明的，控制器13在相繞組7中的電流超過電流限值的任何時(shí)候?qū)⑾嗬@組7續(xù)流?？刂破?3將相繞組7續(xù)流預(yù)定續(xù)流時(shí)間，在該時(shí)間過程中，相繞組7中的電流衰減。在每一個(gè)續(xù)流時(shí)段過程中，在相繞組7中感應(yīng)出的反電動(dòng)勢(shì)與相繞組7中的電流方向相反的方向動(dòng)作。相電流衰減的速率因此取決于反電動(dòng)勢(shì)的幅值。因此，在每一個(gè)續(xù)流時(shí)段結(jié)束時(shí)相電流的幅值取決于相繞組7中的反電動(dòng)勢(shì)的幅值。相繞組7中感應(yīng)出的反電動(dòng)勢(shì)的幅值取決于轉(zhuǎn)子5的角度位置等。因此，在每一個(gè)續(xù)流時(shí)段結(jié)束時(shí)的相電流的幅值可被用于確定轉(zhuǎn)子5的位置。
[0131]反電動(dòng)勢(shì)的波形通常為正弦波(如圖4和5中所示)或梯形波，反電動(dòng)勢(shì)中的過零點(diǎn)發(fā)生在轉(zhuǎn)子5的對(duì)準(zhǔn)位置處。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子5接近對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)的幅值減小，并且因而在每一個(gè)續(xù)流時(shí)段結(jié)束時(shí)相電流的幅值增大。該性能然后可由控制器13利用以確定轉(zhuǎn)子5的位置。特別地，控制器13可測(cè)量每一個(gè)續(xù)流時(shí)段結(jié)束時(shí)相電流的幅值，并且將該值與電流閾值相比較。當(dāng)相電流超過電流閾值時(shí)，則控制器13確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置。
[0132]圖13示出當(dāng)采用實(shí)施第一無傳感器方案的該替代方法時(shí)，在一個(gè)電半周期上相電流、功率開關(guān)Ql的開/關(guān)信號(hào)和反電動(dòng)勢(shì)的波形。這些波形對(duì)應(yīng)于圖4的波形，不同的是，轉(zhuǎn)子5的位置使用每一個(gè)續(xù)流時(shí)段(而不是電流上升時(shí)段)結(jié)束時(shí)相電流的幅值確定。
[0133]當(dāng)電流上升時(shí)段被用于確定轉(zhuǎn)子位置時(shí)，選定用于電流上升閾值的數(shù)值影響由控制器13確定的對(duì)準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度。同樣，當(dāng)續(xù)流時(shí)段結(jié)束時(shí)的相電流的幅值被用于確定轉(zhuǎn)子位置時(shí)，選定用于電流閾值的數(shù)值影響確定的對(duì)準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度。特別地，如果電流閾值設(shè)置得太低，則控制器13可能在較早的點(diǎn)處確定轉(zhuǎn)子5的對(duì)準(zhǔn)位置。相反地，如果電流閾值設(shè)置得太高，則控制器13可能在較晚的點(diǎn)處確定轉(zhuǎn)子5的對(duì)準(zhǔn)位置。
[0134]當(dāng)轉(zhuǎn)子速度增大時(shí)，電流斬波頻率減小。另外，在每一個(gè)續(xù)流時(shí)段過程中，反電動(dòng)勢(shì)的幅值增大，并且因而相電流以較快的速率衰減。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子5在對(duì)準(zhǔn)位置處或附近時(shí)，在續(xù)流時(shí)段結(jié)束處的相電流的幅值可能在較高轉(zhuǎn)子速度下較低。這可例如在圖4和5中看到，其中轉(zhuǎn)子速度分別較低和較高。如果不管轉(zhuǎn)子速度而采用相同的電流閾值，則當(dāng)以較低的轉(zhuǎn)子速度操作時(shí)，控制器13將更可能在較早的點(diǎn)處確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置，并且當(dāng)以較高的轉(zhuǎn)子速度操作時(shí)，控制器13將更可能在較晚的點(diǎn)處確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置。因此，為了提高確定的對(duì)準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度，控制器13可采用隨轉(zhuǎn)子速度變化的電流閾值。特別地，控制器13可能采用在增大的轉(zhuǎn)子速度情況下減小的電流閾值。因此，在較低速度下，在電流斬波頻率相對(duì)高的情況下，可使用較高的電流閾值。相反地，在較高速度下，在電流斬波頻率相對(duì)低的情況下，可使用較低的電流閾值。結(jié)果，對(duì)準(zhǔn)位置可在一轉(zhuǎn)子速度范圍內(nèi)以提高的準(zhǔn)確度確定。
[0135]兩種不同的方法因此可用于實(shí)施第一無傳感器方案。在第一種方法中，電流上升時(shí)段被用于確定轉(zhuǎn)子的位置。在第二種方法中，在續(xù)流時(shí)段結(jié)束時(shí)的相電流的幅值被用于確定轉(zhuǎn)子的位置。因此，在更一般的意義中，第一無傳感器方案可能被認(rèn)為包括相繼地激勵(lì)和續(xù)流相繞組。該繞組被響應(yīng)于繞組中的電流超過電流限值而續(xù)流預(yù)定續(xù)流時(shí)段。然后測(cè)量對(duì)應(yīng)于續(xù)流時(shí)段結(jié)束時(shí)電流上升時(shí)段或相電流的幅值的參數(shù)。該測(cè)量參數(shù)然后與閾值相比較，并且當(dāng)測(cè)量的參數(shù)小于閾值時(shí)(例如當(dāng)電流上升時(shí)段小于上升時(shí)間閾值時(shí))或大于閾值時(shí)(例如當(dāng)相電流的幅值大于電流閾值時(shí))，轉(zhuǎn)子被確定處于對(duì)準(zhǔn)位置處。
[0136]該第一無傳感器方案利用當(dāng)轉(zhuǎn)子5接近對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)，電流上升時(shí)段減小，并且相電流的幅值在續(xù)流時(shí)段結(jié)束處增大這一發(fā)現(xiàn)。 申請(qǐng)人:還發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)子5在未對(duì)準(zhǔn)和對(duì)準(zhǔn)位置之間的中點(diǎn)處或附近時(shí)，電流上升時(shí)段在最大值，并且在續(xù)流時(shí)段結(jié)束處相電流的幅值處于最小值。因此，不是在電流上升時(shí)段小于上升時(shí)間閾值時(shí)或在續(xù)流時(shí)段結(jié)束時(shí)的相電流大于電流閾值時(shí)確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置，控制器13可能替代地在電流上升時(shí)段大于上升時(shí)間閾值時(shí)或當(dāng)在續(xù)流時(shí)段結(jié)束處的相電流小于電流閾值時(shí)確定轉(zhuǎn)子5處于中點(diǎn)位置。因此，在更一般的意義中，控制器13可能被認(rèn)為當(dāng)測(cè)量的參數(shù)小于或大于閾值時(shí)確定轉(zhuǎn)子5處于預(yù)定位置處。
[0137]通過適當(dāng)?shù)剡x擇上升時(shí)間閾值或電流閾值，可通過控制器13確定用于轉(zhuǎn)子5的任意預(yù)定位置。例如，當(dāng)電流上升時(shí)段小于上升時(shí)間閾值時(shí)，我們認(rèn)為控制器13確定轉(zhuǎn)子5處于特定位置處。通過增大上升時(shí)間閾值，轉(zhuǎn)子位置將被確定在較早點(diǎn)處。相反地，通過減小上升時(shí)間閾值，轉(zhuǎn)子位置將被確定在較晚點(diǎn)處。上升時(shí)間閾值或電流閾值的數(shù)值可能因此被限定為使得比較操作(即測(cè)量的參數(shù)小于或大于閾值)對(duì)于轉(zhuǎn)子5的特定預(yù)定位置被滿足。而且，該閾值的數(shù)值可被限定，以便于控制用于相繞組7的變換電流方向點(diǎn)。例如，我們認(rèn)為控制器13在確定電流上升時(shí)段小于上升時(shí)間閾值時(shí)立即變換相繞組7的電流方向。而且，我們認(rèn)為上升時(shí)間閾值的數(shù)值在初始時(shí)被限定為使得在轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置處時(shí)電流上升時(shí)段小于上升時(shí)間閾值。通過增大上升時(shí)間閾值的數(shù)值，電流上升時(shí)段在較早點(diǎn)處將小于上升時(shí)間閾值，并且因而控制器13將在對(duì)準(zhǔn)位置之前變換相繞組7的電流方向，SP提前變換電流方向。相反地，通過減小上升時(shí)間閾值的數(shù)值，電流上升時(shí)段將在較晚點(diǎn)處小于上升時(shí)間閾值，并且因而控制器13將在對(duì)準(zhǔn)位置之后變換相繞組7的電流方向，即延遲變換電流方向。因此，提前、同步或延遲變換電流方向可通過上升時(shí)間閾值或電流閾值的適當(dāng)選擇獲得。這于是具有變換電流方向點(diǎn)可在不需要計(jì)算變換電流方向時(shí)段T_C0M，或采用專用的計(jì)時(shí)器來測(cè)量變換電流方向時(shí)段的情況下設(shè)置。
[0138]因此已經(jīng)就實(shí)施第一無傳感器方案描述了兩種不同的方法。在每一種方法中，控制器13激勵(lì)相繞組7，直到相電流超過電流限值，響應(yīng)于相電流超過電流限值，控制器13將相繞組7續(xù)流預(yù)定續(xù)流時(shí)段?，F(xiàn)在將描述用于實(shí)施第一無傳感器方案的又兩種方法。在第三方法中，控制器13放棄使用預(yù)定續(xù)流時(shí)段，并且替代地采用上電流限值和下電流限值。控制器13于是激勵(lì)相繞組7直到相電流上升到上電流限值，在該點(diǎn)處，控制器13將相繞組7續(xù)流。續(xù)流然后繼續(xù)，直到相電流衰減到下電流限值，在該點(diǎn)處，控制器13再次激勵(lì)相繞組7?？刂破?3然后測(cè)量相電流從下電流限值上升到上電流限值或從上電流限值下降到下電流限值所花的時(shí)間。如上面說明的，相繞組7中的反電動(dòng)勢(shì)的幅值影響相電流在激勵(lì)過程中上升的速率和在續(xù)流過程中下降的速率。因此，相電流上升到上電流限值或下降到下電流限值所花的時(shí)間將取決于轉(zhuǎn)子5的角度位置?？刂破?3然后比較測(cè)量時(shí)間與閾值，并且在測(cè)量時(shí)間小于或大于閾值時(shí)確定轉(zhuǎn)子5處于預(yù)定位置處。例如，當(dāng)測(cè)量時(shí)間小于閾值時(shí)，控制器13可確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置處。在第四方法中，控制器13初始時(shí)激勵(lì)相繞組7，直到相電流超過電流限值?？刂破?3然后將相繞組7續(xù)流預(yù)定續(xù)流時(shí)段，或直到相電流下降到下電流限值。在續(xù)流結(jié)束時(shí)，控制器13再次激勵(lì)相繞組7。但是，不是激勵(lì)相繞組7直到相電流超過電流限值這樣的時(shí)間，而是控制器13激勵(lì)相繞組7持續(xù)預(yù)定激勵(lì)時(shí)段。在激勵(lì)時(shí)段結(jié)束時(shí)，控制器13測(cè)量相電流的幅值，并且比較該幅值與閾值。由于相繞組7中的反電動(dòng)勢(shì)的幅值影響相電流在激勵(lì)過程中上升的速率，因此在激勵(lì)時(shí)段結(jié)束時(shí)相電流的幅值將取決于轉(zhuǎn)子5的角度位置?？刂破?3然后在測(cè)量的相電流小于或大于閾值時(shí)確定轉(zhuǎn)子5處于預(yù)定位置處。例如，當(dāng)測(cè)量的相電流大于閾值時(shí)，控制器13可確定轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置處。該第四方法的缺點(diǎn)是，在每一個(gè)激勵(lì)時(shí)段結(jié)束時(shí)的相電流的幅值不好控制。結(jié)果，相電流有可能上升到損壞電機(jī)系統(tǒng)I的部件的水平。但是，該問題可通過具有相對(duì)短的激勵(lì)時(shí)段來減輕。
[0139]幾種方法因此可獲得用于實(shí)施第一無傳感器方案。與方法無關(guān)，第一無傳感器方案涉及相繼地激勵(lì)和續(xù)流相繞組7。然后在續(xù)流開始或結(jié)束時(shí)測(cè)量參數(shù)。該參數(shù)取決于激勵(lì)或續(xù)流過程中相繞組7中的電流的變化速率。例如，該參數(shù)可以是續(xù)流開始或結(jié)束時(shí)相電流的幅值，或該參數(shù)可以是激勵(lì)過程中相電流上升到上電流限值或續(xù)流過程中相電流下降到下電流限值要求的時(shí)間。
[0140]第二無傳感器方案在第一和第三信號(hào)的電壓相對(duì)應(yīng)的任何時(shí)候，在BEMF信號(hào)中產(chǎn)生邊緣。在上面所述的實(shí)施例中，兩個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)為使得在反電動(dòng)勢(shì)中存在過零點(diǎn)的任何時(shí)候，即當(dāng)轉(zhuǎn)子5處于對(duì)準(zhǔn)位置處時(shí)，使得電壓相對(duì)應(yīng)。但是，該信號(hào)可被調(diào)節(jié)為使得電壓在反電動(dòng)勢(shì)波形中的不同點(diǎn)處，并且因而在不同的轉(zhuǎn)子位置處相對(duì)應(yīng)。例如，在圖7中示出的示例中，增大第一信號(hào)的電壓將使下降邊緣在較早點(diǎn)處產(chǎn)生。相反地，減小第一信號(hào)的電壓降使下降邊緣在較晚點(diǎn)處產(chǎn)生。因此，通過兩個(gè)信號(hào)的適當(dāng)調(diào)節(jié)，可使兩個(gè)信號(hào)的電壓在轉(zhuǎn)子5處于特定預(yù)定位置處時(shí)相對(duì)應(yīng)。
[0141]第二無傳感器方案假設(shè)電阻項(xiàng)iphRph相對(duì)小，并且可忽略。但是，如果需要，該電阻項(xiàng)可被計(jì)入。例如，反電動(dòng)勢(shì)傳感器12可包括用于調(diào)節(jié)由電流傳感器11輸出的信號(hào)的放大器或其他硬件，以產(chǎn)生具有與iphRph成比例的電壓的第四信號(hào)。反電動(dòng)勢(shì)傳感器12可進(jìn)一步包括加法放大器或其他硬件，其將第三信號(hào)的電壓(Lphdiph/dt)和第四信號(hào)的電壓(iphRph)相加，以產(chǎn)生具有與iphRph+Lphdiph/dt成比例的電壓的第五信號(hào)。比較器19然后比較第一信號(hào)的電壓(Vph)和第五信號(hào)的電壓(iphRph+Lphdiph/dt),并且在Vph= iphRph+Lph.diph/dt的任何時(shí)候在輸出信號(hào)中產(chǎn)生邊緣。因此，在更一般的意義中，第二無傳感器方案被被認(rèn)為包括產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)具有與Vph成比例的電壓并且產(chǎn)生具有取決于diph/dt的電壓的又一信號(hào)。電阻相iphRph可被忽略，在該情況下，該又一信號(hào)的電壓與Lph.diph/dt成比例。替代地，電阻相可被計(jì)入，在該情況下，該又一信號(hào)的電壓與iphRph+Lph.diph/dt成比例。兩個(gè)信號(hào)的電壓然后相比較，并且當(dāng)兩個(gè)電壓相對(duì)應(yīng)時(shí)，確定轉(zhuǎn)子的預(yù)定位置。
[0142]在上面所述的實(shí)施例中，控制器13產(chǎn)生用于控制逆變器9的功率開關(guān)Q1-Q4的三個(gè)控制信號(hào)(DIR1，DIR2和FW#)。應(yīng)意識(shí)到，可采用其他方案來控制功率開關(guān)Q1-Q4。通過示例，控制器13的處理器可產(chǎn)生用于四個(gè)功率開關(guān)Q1-Q4中的每一個(gè)的開關(guān)信號(hào)S1-S4。控制器內(nèi)部或外部的硬件可然后產(chǎn)生電流限制信號(hào)，該電流限值信號(hào)在相電流超過電流限值的任何時(shí)候?yàn)檫壿嫺唠娖?。電流限值信?hào)的優(yōu)先級(jí)高于開關(guān)信號(hào)，以使得高電壓側(cè)開關(guān)Ql, Q3響應(yīng)于邏輯高電平的電流限值信號(hào)斷開，而不管開關(guān)信號(hào)S1-S4的狀態(tài)。采用硬件來產(chǎn)生電流限值信號(hào)具有控制系統(tǒng)4能夠相對(duì)快速地響應(yīng)于電流限值事件的優(yōu)點(diǎn)。
[0143]在上面所述的實(shí)施例中，續(xù)流涉及斷開高電壓側(cè)開關(guān)Q1，Q3，并且允許相繞組7中的電流繞逆變器9的低壓側(cè)環(huán)路再循環(huán)。可設(shè)想的是，續(xù)流可能相反地涉及斷開低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4，并且允許電流繞逆變器9的高壓側(cè)環(huán)路再循環(huán)。因此，在更一般的意義中，續(xù)流應(yīng)被理解為意思是零伏被施加到相繞組7。在圖9中示出的實(shí)施例中，繞逆變器9的高壓側(cè)環(huán)路續(xù)流是不期望的。這是因?yàn)殡娏鱾鞲衅?1的感測(cè)電阻器Rl，R2于是必須位于逆變器9的上分支上。結(jié)果，跨每一個(gè)感測(cè)電阻器R1，R2的電壓將浮動(dòng)，使得相電流的測(cè)量變困難。
[0144]因而參照了具有單相四極電機(jī)3的電機(jī)系統(tǒng)I。但是，控制系統(tǒng)4可能等同地用于驅(qū)動(dòng)具有更少或更多極數(shù)的電機(jī)3。單相電機(jī)3具有可采用相對(duì)簡(jiǎn)單并且因而便宜的控制系統(tǒng)4來控制電機(jī)3的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有的用于控制單相電機(jī)的無傳感器方案通常在電周期中的期望反電動(dòng)勢(shì)中過零點(diǎn)的點(diǎn)處停止激勵(lì)。結(jié)果，驅(qū)入電機(jī)中的電功率明顯降低。另外，電機(jī)的效率可能降低和/或扭矩波動(dòng)可能增大。作為對(duì)照，上面所述的無傳感器方案能夠在激勵(lì)相繞組時(shí)感測(cè)轉(zhuǎn)子的位置。結(jié)果，每一種方案可在沒有不利地影響電功率、效率或扭矩波動(dòng)的情況下被用于控制單相電機(jī)。
[0145]雖然上面所述的無傳感器方案在被采用于單相電機(jī)中時(shí)具有特定的益處，但是每一種方案可被用于多相電機(jī)。對(duì)于多相電機(jī)，將存在特定的相繞組沒有被激勵(lì)的時(shí)段。因此，在無傳感器方案依賴相激勵(lì)來感測(cè)轉(zhuǎn)子位置的情況下，需要將電流感測(cè)從一個(gè)相繞組切換到另一個(gè)。
【權(quán)利要求】
1.一種確定永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的方法，該方法包括當(dāng)在第一速度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)采用第一方案來確定轉(zhuǎn)子的位置，和當(dāng)在第二速度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)采用第二方案來確定轉(zhuǎn)子的位置，其中 第一方案包括:相繼地激勵(lì)和續(xù)流電機(jī)的繞組；在激勵(lì)或續(xù)流過程中測(cè)量取決于繞組中的電流變化速率的參數(shù)；比較測(cè)量的參數(shù)與閾值；和當(dāng)測(cè)量的參數(shù)小于或大于閾值時(shí)確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處，和 第二方案包括:產(chǎn)生具有與跨繞組的電壓成比例的電壓的信號(hào)；產(chǎn)生具有取決于繞組中的電流變化速率的電壓的另一信號(hào)；比較該信號(hào)和該另一信號(hào)的電壓；和在該信號(hào)和該另一信號(hào)的電壓相對(duì)應(yīng)時(shí)確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，測(cè)量或比較參數(shù)在確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處之后停止一停止時(shí)段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，該方法包括響應(yīng)于轉(zhuǎn)子的速度中的變化而調(diào)節(jié)所述停止時(shí)段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，該方法包括響應(yīng)于轉(zhuǎn)子的速度中的增大而減小所述停止時(shí)段。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，該方法包括響應(yīng)于轉(zhuǎn)子的速度中的變化而調(diào)節(jié)所述閾值。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，繞組通過激勵(lì)電壓被激勵(lì)，并且所述閾值取決于激勵(lì)電壓的幅值。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，當(dāng)繞組中感應(yīng)出的反電動(dòng)勢(shì)的幅值為零時(shí)，所述信號(hào)和所述另一信號(hào)的電壓相對(duì)應(yīng)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，產(chǎn)生所述另一信號(hào)包括:產(chǎn)生臨時(shí)信號(hào)，該臨時(shí)信號(hào)具有與繞組中的電流成比例的電壓；和將該臨時(shí)信號(hào)微分。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第二方案包括激勵(lì)和續(xù)流繞組，以及僅在激勵(lì)過程中在所述信號(hào)和所述另一信號(hào)的電壓相對(duì)應(yīng)時(shí)確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述繞組通過激勵(lì)電壓激勵(lì)，并且所述方法包括:限定速度閾值，該速度閾值取決于激勵(lì)電壓的幅值；和當(dāng)轉(zhuǎn)子的速度超過速度閾值時(shí)，在第一無傳感器方案和第二無傳感器方案之間切換。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，對(duì)于較低的激勵(lì)電壓限定較低的速度閾值。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述繞組通過激勵(lì)電壓被激勵(lì)，并且所述第一速度范圍和第二速度范圍中的至少一個(gè)由激勵(lì)電壓的幅值限定。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，響應(yīng)于較高的激勵(lì)電壓，較高的數(shù)值被限定用于第一速度范圍的上限值以及第二速度范圍的下限值中的至少一個(gè)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一速度范圍低于所述第二速度范圍。
15.—種控制無刷永磁電機(jī)的方法,該方法包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，和響應(yīng)于確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處，變換繞組的電流方向。
16.—種用于無刷永磁電機(jī)的控制系統(tǒng),該控制系統(tǒng)執(zhí)行前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法。
17.—種電機(jī)系統(tǒng),包括無刷永磁電機(jī)和根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制系統(tǒng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電機(jī)系統(tǒng)，其中，所述電機(jī)包括單相繞組。
【文檔編號(hào)】H02P6/18GK104285368SQ201380024002
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月6日
【發(fā)明者】C.貝特曼 申請(qǐng)人:戴森技術(shù)有限公司