確定永磁電機的轉(zhuǎn)子位置的方法
【專利摘要】一種確定永磁電機的轉(zhuǎn)子位置的方法。該方法包括相繼地激勵和續(xù)流電機的繞組。該繞組被響應(yīng)于繞組中的電流超過電流限值而續(xù)流一續(xù)流時段。該方法還包括測量參數(shù)，該參數(shù)對應(yīng)于在續(xù)流時段結(jié)束處繞組中的電流的幅度和續(xù)流時段開始或結(jié)束與繞組中電流超過電流限值的時刻之間的間隔中的一個。測量的參數(shù)然后被與閾值比較，且在測量的參數(shù)小于或大于閾值時確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處。
【專利說明】確定永磁電機的轉(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的轉(zhuǎn)子位置的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]為了在正確時刻變換無刷電機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。雖然傳感器的部件成本相對便宜，但是將傳感器結(jié)合在電機內(nèi)往往使電機的涉及和制造變復(fù)雜。另外，由傳感器輸出的信號往往易受電機內(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。對于永磁電機，相繞組中感應(yīng)出的反電動勢的極性轉(zhuǎn)換可被用于確定轉(zhuǎn)子位置。對于多相電機，轉(zhuǎn)子位置可通過感測非激勵相繞組中感應(yīng)出的反電動勢來確定。對于單相電機，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勢的極性轉(zhuǎn)換的點處停止激勵。不幸的是，停止激勵具有降低可能被驅(qū)入到電機中的電功率的缺點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種確定永磁電機的轉(zhuǎn)子位置的方法，該方法包括相繼地激勵和續(xù)流電機的繞組，響應(yīng)于繞組中的電流超過電流限值，該繞組被續(xù)流預(yù)定的續(xù)流時段；測量參數(shù)，該參數(shù)對應(yīng)于在續(xù)流時段結(jié)束處繞組中的電流的幅度和續(xù)流時段開始或結(jié)束與繞組中電流超過電流限值的時刻之間的間隔中的一個；將測得的參數(shù)與閾值比較；在測得的參數(shù)為小于閾值和大于閾值中的一個時確定轉(zhuǎn)子處于預(yù)定位置處。
[0005]永磁電機的轉(zhuǎn)子在繞組中感生反電動勢，其影響繞組中電流在續(xù)流期間下降的速率和在激勵期間上升的速率。 申請人:發(fā)現(xiàn)續(xù)流時段開始或結(jié)束與繞組中電流超過電流限值的時刻之間的間隔取決于轉(zhuǎn)子的角度位置。特別地，當(dāng)轉(zhuǎn)子從未對準(zhǔn)位置到對準(zhǔn)位置運動時，該間隔增加且隨后減小。 申請人:還發(fā)現(xiàn)在續(xù)流時段結(jié)束處繞組中的電流的幅度取決于轉(zhuǎn)子的角度位置。特別地，當(dāng)轉(zhuǎn)子從未對準(zhǔn)位置到對準(zhǔn)位置運動時，該電流幅度減小且隨后增大。因此，通過在續(xù)流結(jié)束處測量該間隔或相電流的幅度，并將其與閾值比較，轉(zhuǎn)子的預(yù)定位置可以被確定而不需要霍爾效應(yīng)傳感器。
[0006]轉(zhuǎn)子的位置通過測量與繞組中電流相關(guān)的參數(shù)而被確定，該繞組被相繼地激勵和續(xù)流。因此可使用同一繞組驅(qū)動電機和確定轉(zhuǎn)子的位置。結(jié)果，該方法可以被用于控制單相電機。而且，該方法不要求相激勵被停止以確定轉(zhuǎn)子位置。因此，與現(xiàn)有的用于單相電機的無傳感器控制的方法相比較，在每個電半周期上更多的電功率可被驅(qū)入電機中。
[0007]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，如果參數(shù)繼續(xù)被測量和與閾值相比較，則可能對于同一個實際預(yù)定位置確定另一個預(yù)定位置。因而，測量和/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段。這于是防止對于同一個實際預(yù)定位置確定另一個預(yù)定位置。
[0008]當(dāng)電機速度增大時，每一個電半周期的長度減小。因此，固定停止時段可能不適用，特別地當(dāng)電機的速度范圍相對大時。因而，該方法可包括響應(yīng)于電機速度中的變化調(diào)整停止時段。特別地，該方法可包括響應(yīng)于電機速度中的增大而減小停止時段。
[0009]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，可以被測量的參數(shù)可以是續(xù)流時段開始或結(jié)束與繞組中電流超過電流限值的時刻之間的間隔。如果閾值被設(shè)置太高，則該預(yù)定位置將在較早點處被確定，特別是在較低轉(zhuǎn)子速度下。另一方面，如果閾值被設(shè)置太低，則該預(yù)定位置將在較晚點處被確定，特別地在較高轉(zhuǎn)子速度下。該方法可因此包括響應(yīng)于電機速度中的變化而調(diào)整閾值。特別地，當(dāng)被測量的參數(shù)為續(xù)流時段開始或結(jié)束與繞組中電流超過電流限值的時刻之間的間隔時，該方法可包括響應(yīng)于電機的速度中的增大而增大該閾值。相反地，當(dāng)被測量的參數(shù)為在續(xù)流結(jié)束處繞組中的相電流的幅度時，該方法包括響應(yīng)于電機的速度中的增大而減小該閾值結(jié)果，預(yù)定位置可在一電機速度范圍內(nèi)以提高的準(zhǔn)確度確定。
[0010]繞組中電流上升的速率取決于激勵電壓的幅值。特別地，當(dāng)激勵電壓增大時，電流上升的速率增大。因此，當(dāng)被測量的參數(shù)可以是續(xù)流時段開始或結(jié)束與繞組中電流超過電流限值的時刻之間的間隔時，間隔的長度減小。如果采用相同的閾值，則激勵電壓中的變化可能使預(yù)定位置確定在較早點處(如果激勵電壓增大)或較晚點處(如果激勵電壓減小)。因而，方法可包括采用取決于用于激勵相繞組的激勵電壓的幅值的閾值。特別地，方法可包括對于較高的激勵電壓采用較低的閾值。結(jié)果，轉(zhuǎn)子的位置對于不同的激勵電壓可被更好地確定。
[0011 ] 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刻相關(guān)的時間處被變換電流方向。
[0012]本發(fā)明還提供一種用于無刷永磁電機的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)執(zhí)行前面段落中的任一段所述的方法。
[0013]本發(fā)明還提供一種電機系統(tǒng)，包括無刷永磁電機和根據(jù)前述段落的控制系統(tǒng)。
[0014]該電機可包括單相繞組。這于是具有簡化電機控制的優(yōu)點。結(jié)果，可采用相對簡單和便宜的控制系統(tǒng)來實施該方法。在測量關(guān)于繞組(其被相繼地激勵和續(xù)流)中的電流的參數(shù)時，控制系統(tǒng)能夠同時驅(qū)動和確定轉(zhuǎn)子位置。因而，單相電機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】
[0015]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)明的實施例，附圖中:
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明的電機系統(tǒng)的框圖；
[0017]圖2是電機系統(tǒng)的示意圖；
[0018]圖3詳細(xì)說明了逆變器響應(yīng)于由電機系統(tǒng)的控制器發(fā)出的控制信號的允許狀態(tài)；
[0019]圖4示出在加速模式中以相對低速操作時的電機系統(tǒng)的各種波形；
[0020]圖5示出在加速模式中以相對高速操作時的電機系統(tǒng)的各種波形；
[0021]圖6是電機系統(tǒng)的反電動勢傳感器的示意圖；
[0022]圖7示出在穩(wěn)定狀態(tài)模式中操作時的電機系統(tǒng)的各種波形；
[0023]圖8是電機系統(tǒng)的替代的反電動勢傳感器的示意圖；
[0024]圖9是根據(jù)本發(fā)明的替代的電機系統(tǒng)的示意圖；
[0025]圖10示出在穩(wěn)定狀態(tài)模式中操作時的替代電機系統(tǒng)的各種波形；
[0026]圖11是根據(jù)本發(fā)明的再一替代的電機系統(tǒng)的示意圖；
[0027]圖12示出在穩(wěn)定狀態(tài)模式中操作時的再一替代電機系統(tǒng)的各種波形；和
[0028]圖13示出在加速模式中以相對低速操作時的根據(jù)本發(fā)明的又一電機系統(tǒng)的各種波形。

【具體實施方式】
[0029]圖1和2的電機系統(tǒng)I由DC電源2供電，并且包括無刷電機3和控制系統(tǒng)4。
[0030]電機3包括四極永磁轉(zhuǎn)子5，其相對于四極定子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。
[0031]控制系統(tǒng)4包括DC鏈濾波器8、逆變器9、門驅(qū)動器模塊10、電流傳感器11、反電動勢傳感器12和控制器13。
[0032]DC鏈濾波器8包括電容Cl，電容Cl平滑由于逆變器9切換造成的相對高頻波動。
[0033]逆變器9包括將DC鏈電壓聯(lián)接到相繞組7的四個功率開關(guān)Q1-Q4的全橋。開關(guān)Q1-Q4中的每一個包括續(xù)流二極管。
[0034]門驅(qū)動器模塊10響應(yīng)于從控制器13接收的控制信號驅(qū)動開關(guān)Q1-Q4的斷開和閉八口 ο
[0035]電流傳感器11包括位于逆變器9的負(fù)匯流條上的感測電阻器R1。跨電流傳感器11的電壓提供連接到電源2時相繞組7中的電流的測量值?？珉娏鱾鞲衅?1的電壓作為電流感測信號I_SENSE輸出到反電動勢傳感器12和控制器13。
[0036]反電動勢傳感器12產(chǎn)生輸出到控制器13的數(shù)字信號BEMF。反電動勢傳感器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。
[0037]控制器13包括微控制器，微控制器具有處理器、存儲裝置和多個外設(shè)(例如ADC、比較器、計時器等)。存儲裝置存儲由處理器執(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、上升時間閾值、速度閾值、續(xù)流時段、提前時段、傳導(dǎo)時段等)。控制器13負(fù)責(zé)控制電機系統(tǒng)I的操作并且產(chǎn)生三種控制信號:DIR1，DIR2和FW#?？刂菩盘柋惠敵龅介T驅(qū)動器模塊10，門驅(qū)動器模塊10作為回應(yīng)驅(qū)動逆變器9的開關(guān)Q1-Q4的斷開和閉合。
[0038]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，門驅(qū)動器模塊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，門驅(qū)動器模塊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)動模塊10斷開所有開關(guān)Q1-Q4。
[0039]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，門驅(qū)動器模塊10使高壓側(cè)開關(guān)Q1，Q3斷開。
[0040]每一個開關(guān)Q1-Q4僅沿單向?qū)āＲ虼?，電流通過低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4中的一個以及通過低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4中的另一個的續(xù)流二極管續(xù)流。一些類型的功率開關(guān)(例如M0SEFET)能夠沿兩個方向?qū)?。因此，不是通過續(xù)流二極管續(xù)流，而是兩個低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4可閉合，以使得電流通過兩個低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4續(xù)流，即除了斷開兩個高壓側(cè)開關(guān)Q1，Q3之外，兩個低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4響應(yīng)于邏輯低水平的FW#信號閉合。
[0041]圖3總結(jié)了開關(guān)Q1-Q4響應(yīng)于控制器13的控制信號的允許狀態(tài)。后文中，術(shù)語“設(shè)置”和“清除”將被用于指示信號已經(jīng)被分別邏輯拉到高和低水平。
[0042]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的激勵過程中監(jiān)測電流感測信號，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)流時段，在該時間過程中，相繞組7中的電流下降到低于電流限值的水平。在續(xù)流時段結(jié)束時，控制器13再次通過設(shè)置FW#激勵相繞組7。結(jié)果，相繞組7中的電流在電流限值處被斬波。
[0043]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，控制器13以啟動模式操作，該啟動模式僅用于沿正轉(zhuǎn)方向啟動轉(zhuǎn)子5運動。一旦轉(zhuǎn)子5正轉(zhuǎn)運動，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3，而不需要專用的轉(zhuǎn)子傳感器。
[0044]啟動模式
[0045]控制器13在轉(zhuǎn)子5以啟動模式操作時不試圖確定轉(zhuǎn)子5的位置。相反，控制器13以預(yù)定順序激勵相繞組7，該預(yù)定順序確保轉(zhuǎn)子沿正轉(zhuǎn)方向驅(qū)動而與轉(zhuǎn)子5停止的位置無關(guān)。
[0046]控制器13通過沿特定方向激勵相繞組7預(yù)定時間段而開始。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，以從左到右激勵相繞組7。
[0047]定子6和轉(zhuǎn)子5的極之間的氣隙是不對稱的。結(jié)果，轉(zhuǎn)子5停止在轉(zhuǎn)子極相對于定子極略微錯開的位置中。轉(zhuǎn)子5停止在相對于施加的定子場的兩個位置之一中。在第一位置中，轉(zhuǎn)子5大致與施加的定子場對準(zhǔn)。在第二位置中，轉(zhuǎn)子5大致與施加的定子場不對準(zhǔn)。當(dāng)停止在第一位置中時，轉(zhuǎn)子5響應(yīng)于相繞組7的激勵反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)經(jīng)過相對小的角度，直到轉(zhuǎn)子5采取完全對準(zhǔn)位置。當(dāng)停止在第二位置中時，轉(zhuǎn)子5響應(yīng)于相繞組7的激勵正轉(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的激勵使轉(zhuǎn)子5運動到對準(zhǔn)位置。相繞組7被激勵的預(yù)定時段確保轉(zhuǎn)子5從任一停止位置運動到對準(zhǔn)位置。
[0048]在激勵相繞組7預(yù)定時段之后，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，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段?？刂破?3然后沿與之前采用的相反方向激勵相繞組7。因此，例如，控制器13可設(shè)置DIR2和清除DIR1，以從右到左激勵相繞組7。這然后使轉(zhuǎn)子5被正轉(zhuǎn)驅(qū)動。在該階段，控制器13切換到加速模式。
[0049]加速模式
[0050]當(dāng)以加速模式操作時，控制器13采用第一無傳感器方案以確定轉(zhuǎn)子5的位置。
[0051]在進入加速模式時，控制器13已經(jīng)激勵相繞組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。控制器13將相繞組7續(xù)流預(yù)定續(xù)流時段。在續(xù)流時段結(jié)束時，控制器13再次激勵相繞組7?？刂破?3因此在每一個電半周期上相繼地激勵和續(xù)流相繞組7。
[0052]在相繞組7中感應(yīng)的反電動勢影響相繞組7中的電流在激勵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)反電動勢增大時，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，相電流在每一個續(xù)流時段過程中下降到不同的水平。相電流因此在每一個激勵時段過程中從不同的水平開始，并且以不同的速率升高。 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在每一個激勵時段過程中，相電流升高到電流限值所花的時間取決于轉(zhuǎn)子5的角位置。而且，當(dāng)轉(zhuǎn)子5接近對準(zhǔn)位置時，電流上升時段減小。該發(fā)現(xiàn)由控制器13充分利用以確定轉(zhuǎn)子5的位置。
[0053]在每一個續(xù)流時段結(jié)束時，控制器13啟動計時器。當(dāng)相電流隨后超過電流限值時，控制器13停止計時器?？刂破?3然后比較由計時器存儲的電流上升時段和預(yù)定的上升時間閾值。如果電流上升時段小于上升時間閾值，則控制器13確定轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置。
[0054]當(dāng)以加速模式操作時，控制器13以與每一個確定的對準(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。用于在相對于預(yù)定對準(zhǔn)位置不同的時間處變換相繞組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。
[0055]控制器13通過每一次電流斬波估計轉(zhuǎn)子5的位置。因此，電流斬波的頻率限定轉(zhuǎn)子5的對準(zhǔn)位置被確定的分辨率。在相對低的轉(zhuǎn)子速度下，每一個電半周期的長度相對長，并且反電動勢的幅值相對小。結(jié)果，控制器13通常在每一個電半周期上將相電流斬波很多次，并且因而轉(zhuǎn)子5的對準(zhǔn)位置可以相對好的準(zhǔn)確度被確定。當(dāng)轉(zhuǎn)子5的速度增大時，每一個電半周期的長度減小，并且反電動勢的幅值增大?？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確定的對準(zhǔn)位置中的誤差量增大。例如，圖4示出以相對低轉(zhuǎn)子速度操作時一個電半周期上的相電流、功率開關(guān)Ql的開/關(guān)信號和反電動勢的波形。圖5則示出以相對高轉(zhuǎn)子速度操作的相同的波形?？煽闯?，確定的對準(zhǔn)位置中的誤差(即實際對準(zhǔn)位置和由控制器13確定的對準(zhǔn)位置之間的差)在較高速度下更大。
[0056]由于前段中指出的性能，因此選定用于上升時間閾值的數(shù)值影響確定的對準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度。例如，如果上升時間閾值設(shè)置得太高，則控制器13可能在較早的點處確定轉(zhuǎn)子5的對準(zhǔn)位置，特別地，當(dāng)以較低速度操作時。相反地，如果上升時間閾值設(shè)置得太低，則控制器13可能在較晚的點處確定轉(zhuǎn)子5的對準(zhǔn)位置，特別地，當(dāng)以較高速度操作時。由于相繞組7在相對于確定的對準(zhǔn)位置的時間處變換電流方向，因此確定的對準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度影響電機系統(tǒng)I的功率和/或效率。
[0057]為了提高確定的對準(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間閾值。因此，在較低速度下，其中電流斬波頻率相對高，可使用較低的上升時間閾值。相反地，在較高速度下，其中電流斬波頻率相對低，可能使用較高的上升時間閾值。結(jié)果，對準(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。
[0058]確定的對準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度還可通過減小續(xù)流時段而提高。當(dāng)續(xù)流時段減小時，電流斬波的頻率增大，并且因而對準(zhǔn)位置可以提高的準(zhǔn)確度確定。最小的容許續(xù)流時段可由硬件的速度(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3的特性(例如相繞組7電阻和電感以及反電動勢的形狀和大小)規(guī)定。
[0059]不采用固定續(xù)流時段，可期望響應(yīng)于轉(zhuǎn)子速度改變續(xù)流時段。例如，在較低的速度下可采用較長的續(xù)流時段，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)流時段，以增大電流斬波頻率，并且因而提高對準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度。
[0060]加速模式中花費的時間可能相對短，并且因此當(dāng)以加速模式操作時，電機系統(tǒng)I的功率和/或效率可能不重要。因此，盡管當(dāng)采用上升時間閾值和/或續(xù)流時段的依賴速度的數(shù)值時出現(xiàn)這樣的優(yōu)點，然而仍可能采用固定數(shù)值。實際上，采用固定數(shù)值的上升時間閾值和/或續(xù)流時段具有簡化控制方案的優(yōu)點。
[0061]控制器13通過測量兩個連續(xù)的對準(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，存在于每一個由控制器13確定的對準(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)確的測量值，控制器13可測量多個確定的對準(zhǔn)位置的平均間隔。例如，控制器13可通過平均四個連續(xù)對準(zhǔn)位置上的間隔確定轉(zhuǎn)子速度。
[0062]緊接著控制器13已經(jīng)確定轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置之后，轉(zhuǎn)子5的位置可能仍處于或接近對準(zhǔn)位置。因此，如果控制器13將要繼續(xù)測量和比較電流上升時段，則對于實際上相同的對準(zhǔn)位置可能確定另一個對準(zhǔn)位置。在較低的轉(zhuǎn)子速度下尤其如此，其中反電動勢的幅值相對小，因而相電流在激勵過程中升高的速率相對快。控制器13因此在確定轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置處之后在預(yù)定時段內(nèi)停止測量電流上升時段。該時段將在后文中被稱為停止時段。該停止時段具有確保轉(zhuǎn)子5在停止時段結(jié)束時不再處于或接近對準(zhǔn)位置的長度。例如，停止時段可設(shè)置，以使得在加速模式內(nèi)的全部速度范圍上，轉(zhuǎn)子5在停止時段過程中旋轉(zhuǎn)經(jīng)過至少70電角度。
[0063]當(dāng)轉(zhuǎn)子5的速度增大時，每一個電半周期的長度減小。因此，固定停止時段可能不適用，特別地當(dāng)速度范圍相對大時。例如，在以加速模式操作時，速度范圍可以為1000到50000rpm。在100rpm下，四極電機的電半周期周期是15ms。5.8ms的停止時段將因此對應(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段。
[0064]在上面所述的方案中，電流上升時段開始于續(xù)流時段結(jié)束處。結(jié)果，單個計時器可用于電流上升時段和續(xù)流時段二者。然而，由于續(xù)流時段是預(yù)定的，因此電流上升時段可能替代地在續(xù)流時段開始時開始。因此，在更一般的意義上，電流上升時段可被認(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間點之間的間隔。
[0065]當(dāng)轉(zhuǎn)子速度增大時，每一個電半周期的時段減小，并且因而與相電感相關(guān)的時間常數(shù)(L/R)逐漸變得重要。另外，在相繞組7中感應(yīng)的反電動勢增大，這進而影響相繞組7中電流升高的速率。因此將電流驅(qū)動到相繞組7中逐漸變得困難。在相對高的轉(zhuǎn)子速度下，控制器13在每一個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確定的對準(zhǔn)位置中的誤差量可能相對大。誤差量可能不利地影響電機系統(tǒng)I的功率和/或效率。而且，誤差可能阻止電機3的進一步加速。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子5的速度超過速度閾值時，控制器13從加速模式切換到穩(wěn)定狀態(tài)模式。
[0066]穩(wěn)定狀態(tài)模式
[0067]當(dāng)以穩(wěn)定狀態(tài)模式操作時，控制器13采用第二無傳感器方案以確定轉(zhuǎn)子5的位置。
[0068]第二無傳感器方案利用反電動勢傳感器12。如現(xiàn)在將說明的，反電動勢傳感器12輸出數(shù)字信號，該數(shù)字信號的一些邊緣對應(yīng)于轉(zhuǎn)子5的對準(zhǔn)位置。
[0069]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的電壓方程可表達如下:
[0070]Vph = iphRph+Lph.diph/dt+Eph
[0071]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)出的反電動勢。
[0072]當(dāng)轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置時,相繞組7中感應(yīng)出的反電動勢為零。在反電動勢中的每一個過零點處，電壓方程變?yōu)?
[0073]Vph = iphRph+Lph.diph/dt
[0074]由于下面提出的原因，1_1^項在反電動勢中過零點附近可忽略。因此，對于轉(zhuǎn)子5的每一個對準(zhǔn)位置，電壓方程簡化為:
[0075]Vph = Lph.diph/dt
[0076]反電動勢傳感器12利用該方程產(chǎn)生輸出信號,該輸出信號具有對應(yīng)于轉(zhuǎn)子5的對準(zhǔn)位置的邊緣。
[0077]如圖6中所示，反電動勢傳感器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。
[0078]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。當(dāng)相繞組7被激勵時，跨相繞組的電壓Vph對應(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輸出的第一信號具有與激勵過程中跨相繞組的電壓Vph成比例的電壓。
[0079]放大器16對由電流傳感器11輸出的I_SENSE信號進行操作。微分器17然后對放大器16的信號輸出進行操作，并且低通濾波器18對由微分器17輸出的信號進行操作。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。微分器17然后將第二信號微分，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。相繞組7的電感假設(shè)是恒定的(這在電機3具有很小的或沒有凸極性，并且飽和效應(yīng)微小時有效)，并且因而第三信號的電壓與Lph.diph/dt成比例。
[0080]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顯示為兩個不同的部件。替代地，低通濾波器18可被實施為微分器17的部分，因而避免需要另外的運算放大器。
[0081]放大器16確保第一信號和第三信號的電壓適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)，以使兩個信號的電壓在相繞組7中感應(yīng)出的反電動勢為零時相對應(yīng)，即當(dāng)Vph = Lph.diph/dt時電壓相對應(yīng)?？深A(yù)想地，電流傳感器11的感測電阻器Rl和電壓傳感器15的分壓器R3，R4可配置為使得第一信號和第二信號的電壓已經(jīng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)，由此避免對放大器16的需要。替代地，不是放大器16對第二信號操作，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、第二信號和第三信號中的一個或多個，以使第一信號和第三信號的電壓在反電動勢為零時相對應(yīng)。
[0082]比較器19比較第一和第三信號的電壓，并且響應(yīng)于所述比較產(chǎn)生數(shù)字輸出信號。當(dāng)?shù)谝恍盘柕碾妷捍笥诘诙盘柕碾妷簳r(即當(dāng)Vph>Lph.diph/dt)，輸出信號為邏輯高電平(或替代地為邏輯低電平)，并且當(dāng)?shù)谝恍盘柕碾妷旱陀诘诙盘柕碾妷簳r(即當(dāng)Vph〈Lph.diph/dt時)，為邏輯低電平。因此在兩個信號的電壓相對應(yīng)的任何時候，即Vph = Lph.diph/dt的任何時候，在輸出信號中產(chǎn)生邊緣。當(dāng)相繞組7中感應(yīng)出的反電動勢為零時，該條件被滿足。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置處時，邊緣在輸出信號中產(chǎn)生。但是，如現(xiàn)在將說明的，不對應(yīng)于轉(zhuǎn)子5的對準(zhǔn)位置的其他邊緣產(chǎn)生在輸出信號中，并且因此必須被忽略。
[0083]當(dāng)以加速模式操作時，控制器13隨后在每一個電半周期的完整長度上激勵并且續(xù)流相繞組7。相反，當(dāng)以穩(wěn)定狀態(tài)模式操作時，控制器13隨后在跨越僅每一個電半周期的一部分的傳導(dǎo)時段上激勵并且續(xù)流相繞組7。在傳導(dǎo)時段結(jié)束時，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的方向這樣的時間時。在反電動勢下降區(qū)域內(nèi)，對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，可實現(xiàn)更有效的電機系統(tǒng)。另外，當(dāng)反電動勢下降時，相電流可陡升到不期望的水平。通過在反電動勢的下降區(qū)域中續(xù)流相繞組7，該電流尖峰可被避免。
[0084]當(dāng)以穩(wěn)定狀態(tài)模式操作時，控制器13在轉(zhuǎn)子5的每一個對準(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，并且因而第二信號的電壓為零。作為對照，流動經(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，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，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，由電流傳感器11輸出的第二信號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輸出的第三信號的電壓具有負(fù)尖峰(由于第二信號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(由于第二信號的電壓中的陡升)。由于第三信號的電壓中的正尖峰，邊緣產(chǎn)生在BEMF信號中。但是，該邊緣不對應(yīng)于反電動勢中的過零點。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，這因為在續(xù)流過程中電流傳感器11不能感測相電流而出現(xiàn)。
[0085]如前段所說明的，相繞組7中的電流在變換電流方向時相對快速地升高。結(jié)果，第三信號的電壓相對高，并且超過第一信號的電壓。但是，當(dāng)反電動勢下降時，與零相交，然后對抗DC鏈電壓，電流升高的速率減小，因而第三信號的電壓減小。在一些點處，第三信號的電壓對應(yīng)于第一信號的電壓，并且又一邊緣產(chǎn)生在BEMF信號中。該邊緣則對應(yīng)于反電動勢中的過零點。
[0086]因此，當(dāng)變換相繞組7的電流方向時，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勢中產(chǎn)生。該邊緣然后隨有由于反電動勢中的過零點而在BEMF信號中的第二邊緣?？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處于對準(zhǔn)位置處。
[0087]響應(yīng)于檢測到第二邊緣，控制器13忽略BEMF信號，直到控制器13再次變換相繞組7的電流方向這樣的時刻。該原因如下。當(dāng)處于加速模式中時，控制器13在無論何時只要相繞組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)流時段。因此，在每一個傳導(dǎo)時段過程中，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)流并且然后激勵相繞組7時突然變化。經(jīng)過傳感器11的電流中的任何突然變化可能導(dǎo)致BEMF信號中的偽邊緣。另外，在任意續(xù)流時段過程中，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輸出的第二信號的電壓為零，并且因而由微分器17輸出的第三信號無效?？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BEMF信號?？刂破?3然后忽略了 BEMF信號中的第一邊緣，并且響應(yīng)于BEMF信號中的第二邊緣，確定轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置處。之后，控制器13忽略BEMF信號，直到控制器13再次變換相繞組7的電流方向這樣的時刻。在本實施例中，第一邊緣為上升邊緣，第二邊緣為下降邊緣。控制器13因此監(jiān)測BEMF信號，并且響應(yīng)于下降邊緣，確定轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置處。
[0088]為了試圖展示電機系統(tǒng)I的性能，圖7示出了一個電周期上的相電流、第二信號的電壓、第三信號的電壓和BEMF信號的可能的波形。在變換相繞組7的電流方向時，可看到第二信號的電壓從零突然地變?yōu)樨?fù)值，然后陡升到正值。結(jié)果，第三信號的電壓具有負(fù)尖峰(對應(yīng)于第二信號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(對應(yīng)于第二信號的電壓中的陡升)。正尖峰的幅值為使得第三信號的電壓超過第一信號的電壓，并且因而上升邊緣在BEMF信號中產(chǎn)生。當(dāng)?shù)谌盘柕碾妷合陆禃r，第一信號和第三信號的電壓再次相對應(yīng)，并且下降邊緣在BEMF信號中產(chǎn)生。
[0089]如上面所說明的，控制器13在轉(zhuǎn)子5的每一個對準(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輸出的信號的電壓與相電壓Vph僅在相繞組7被激勵時成比例。另外，電流傳感器11僅在激勵過程中提供相電流的測量值。反電動勢傳感器12因此能夠僅在相繞組7被激勵時確定轉(zhuǎn)子位置?？刂破?3因此在轉(zhuǎn)子5的每一個對準(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)過每一個對準(zhǔn)位置時被激勵。
[0090]為了變換相繞組7的電流方向，控制器13響應(yīng)于BEMF信號的每一個下降邊緣動作。響應(yīng)于BEMF信號的下降邊緣，控制器13從電半周期的時段T_HC減去提前時段T_ADV來得到變換電流方向時段T_C0M:
[0091 ] T_C0M = T_HC - T_ADV
[0092]控制器13然后在下降邊緣之后的時刻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的下一個對準(zhǔn)位置之前，提前提前時段1'_八0￥變換相繞組7的電流方向。電半周期的時段T_HC由BEMF信號的兩個連續(xù)的邊緣之間的間隔限定。
[0093]提前時段限定激勵的相位(即相繞組7被激勵所處于的相對于轉(zhuǎn)子5的對準(zhǔn)位置的角度)，并且傳導(dǎo)時段限定激勵長度(即相繞組7被激勵所越過的角度)?？刂破?3可響應(yīng)于轉(zhuǎn)子5的速度中的變化調(diào)節(jié)提前時段和/或傳導(dǎo)時段。例如，控制器13可調(diào)節(jié)提前時段和/或傳導(dǎo)時段，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。
[0094]在上面的討論中，注意到相電壓方程的電阻項iphRph在反電動勢中的過零點附近可忽略不計。這是因為以下若干原因。首先，與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)，電阻項相對小。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，iphRph項為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勢項決定。第二，當(dāng)以穩(wěn)定狀態(tài)操作時，控制器13在反電動勢的下降周期過程中續(xù)流相繞組。因此，相電流在反電動勢中的過零點之前已經(jīng)衰減一定時段。第三，控制器13在反電動勢中的過零點之前變換相繞組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。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勢的過零點之前發(fā)生，因此相電流中的過零點將在反電動勢中的過零點處或附近發(fā)生。因此，電阻項在反電動勢中的過零點處可忽略不計。
[0095]在速度閾值處，加速模式中的電流斬波頻率可能相對低。結(jié)果，由控制器13確定的對準(zhǔn)位置中的誤差量可能相對大。穩(wěn)定狀態(tài)模式要求相繞組7在轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)位置之前被激勵。但是，如果確定的對準(zhǔn)位置中的誤差相對大，則可能的是，變換電流方向可能發(fā)生在轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)位置處或之后。因此，在進入穩(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的對準(zhǔn)位置。因此，如圖8中所示，反電動勢傳感器12可能包括一對分壓器R5，R6和R7，R8，微分放大器20和過零檢測器21。分壓器R5，R6, R7, R8的輸出被供給到放大器20，放大器20輸出相電壓的測量值。放大器20的輸出被供給到過零檢測器21，過零檢測器21輸出具有對應(yīng)于相電壓中的過零點的邊緣的數(shù)字信號。在從加速模式轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)模式時，控制器13斷開變換器9的所有開關(guān)Q1-Q4，并且監(jiān)測由過零檢測器21輸出的信號。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)]有電流流動經(jīng)過相繞組7。此時，跨相繞組7的電壓對應(yīng)于在相繞組7中感應(yīng)出的反電動勢。因此，由過零檢測器21輸出的信號的每一個邊緣對應(yīng)于反電動勢中的過零點?？刂破?3因此得到轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)位置的更準(zhǔn)確的測量值。在轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)位置已經(jīng)被識別出之后(即在由過零檢測器21輸出的信號中的邊緣已經(jīng)被感測到之后)，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3。特別地，控制器13監(jiān)測BEMF信號，并且響應(yīng)于BEMF信號中的下降邊緣變換相繞組7的電流方向。
[0096]在上面所述的實施例中，反電動勢傳感器12僅在相激勵過程中能夠感測反電動勢的過零點?？刂破?3因此要求在反電動勢中的每一個過零點之前變換相繞組7的電流方向。這不被認(rèn)為是問題，因為在穩(wěn)定狀態(tài)模式中發(fā)生的相對高的速度下，通常要求提前變換電流方向，以在每一個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，可能存在期望相對于反電動勢的過零點同步或延遲變換電流方向的一些情況。
[0097]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信號中的下降邊緣，控制器13從電半周期的時段T_HC減去相時段T_PHASE來得到變換電流方向周期T_C0M:
[0098]T_C0M = T_HC - T_PHASE
[0099]控制器13然后在下降邊緣之后的時刻T_C0M處變換相繞組7的電流方向。結(jié)果，控制器13相對下一個轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)位置在相時段T_PHASE處變換相繞組7的電流方向。如果相時段為正，則變換電流方向在轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)位置之前發(fā)生(提前變換電流方向)。如果相時段為零，則變換電流方向在轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)位置處發(fā)生(同步變換電流方向)。并且如果相時段為負(fù)，則變換電流方向在轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)位置之后發(fā)生(延遲變換電流方向)。
[0100]如果采用同步或延遲變換電流方向，則轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)位置可能在相繞組7正在續(xù)流時發(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，以在續(xù)流以及激勵過程中測量相電壓和相電流。
[0101]圖9示出替代實施例，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，反電動勢傳感器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。
[0102]電流傳感器11包括一對感測電阻器Rl和R2以及多路復(fù)用器25。每一個電阻器R1，R2位于逆變器9的下分支上，其中一個電阻器R2提供當(dāng)被從左到右激勵時相電流的測量值，并且另一個電阻器Rl提供當(dāng)被從右到左激勵時相電流的測量值。多路復(fù)用器25選擇由感測電阻器Rl，R2輸出的兩個信號中的一個。
[0103]電壓傳感器15包括一對分壓器R5，R6和R7，R8，一對微分放大器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的相對側(cè)，并且分壓器R5，R6，R7，R8的輸出被供給到兩個微分放大器22，23。由放大器22中的一個輸出的信號提供當(dāng)被從左到右激勵時相電壓的測量值，并且由另一個放大器23輸出的信號提供當(dāng)被從右到左激勵時相電壓的測量值。多路復(fù)用器24選擇由放大器22，23輸出的兩個信號中的一個。
[0104]由控制器13輸出的DIRl信號被用作用于兩個多路復(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中的一個以及感測電阻器Rl, R2中的一個。通過將分壓器R5，R6, R7, R8設(shè)置在相繞組7的相對側(cè)，并且將感測電阻器Rl，R2設(shè)置在逆變器9的相對分支上，相電壓和相電流可在續(xù)流以及激勵過程中被感測。
[0105]圖6的反電動勢傳感器12在續(xù)流過程中不能感測相電流和相電壓。結(jié)果，在續(xù)流過程中，在BEMF信號中產(chǎn)生偽邊緣。另一方面，圖9的反電動勢傳感器12在激勵和續(xù)流二者過程中能感測相電流和相電壓。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電流方向時繼續(xù)在BEMF信號中產(chǎn)生。上升邊緣因為由于相繞組的電感導(dǎo)致經(jīng)過所選擇的電阻Rl或R2的電流初始時為負(fù)而發(fā)生。結(jié)果，在第三信號的電壓中發(fā)生負(fù)尖峰以及隨后的正尖峰?？刂破?3因此在激勵和續(xù)流過程中監(jiān)測BEMF信號，并且在相對于BEMF信號的下降邊緣的時刻處變換相繞組7的電流方向。
[0106]圖10示出采用圖9的裝置時，在一個電周期上相電流、第二信號的電壓、第三信號的電壓和BEMF信號的波形。
[0107]圖11示出又一替代實施例，其中電流傳感器11和電壓傳感器15再次改變。
[0108]電流傳感器11包括電流互感器26，其在激勵和續(xù)流二者過程中感測相電流。由電流互感器26輸出的信號的極性反映經(jīng)過相繞組7的電流的方向。
[0109]電壓傳感器15包括一對位于相繞組7的相對側(cè)的分壓器R5，R6和R7，R8，其輸出被供給到單個微分放大器22。由放大器22輸出的信號提供相電壓的測量值，其中電壓的極性反映激勵的方向，即當(dāng)相繞組7被從左到右激勵時相電壓為正，并且當(dāng)被從右到左激勵時相電壓為負(fù)。
[0110]關(guān)于圖9中示出的實施例，電流傳感器11和電壓傳感器15在激勵和續(xù)流二者過程中感測相電流和相電壓。但是，與圖9的實施例形成對照，由電流傳感器11輸出的信號的電壓在相繞組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，這對于由反電動勢傳感器12輸出的BEMF信號具有重要的意義。
[0111]圖12示出采用圖11的裝置時，在一個電周期上相電流、第二信號的電壓、第三信號的電壓和BEMF信號的波形。可看到，由電流傳感器11輸出的第二信號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照，第二信號的電壓中在變換電流方向處沒有突然變化。因此，在第三信號的電壓中不存在負(fù)尖峰。從圖12看起來，第一和第三信號的電壓在續(xù)流和變換電流方向的點處對應(yīng)。但是并非如此。相反，兩個信號的電壓一起上升和下降。因此，兩個信號的電壓不相對應(yīng)，并且在BEMF信號中不產(chǎn)生邊緣。實際上，如從圖12證實的，僅在反電動勢中的過零點處，即當(dāng)Vph = Lph.diph/dt時，在BEMF信號中產(chǎn)生邊緣。BEMF信號因此類似于由傳統(tǒng)的霍爾效應(yīng)傳感器輸出的信號。
[0112]因而特定的實施例已經(jīng)就測量相電壓和相電流進行了描述。應(yīng)意識到，存在用于測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。
[0113]在上面所述的實施例中，反電動勢傳感器12與控制器13不同，并且實施在控制器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，則反電動勢傳感器12的一個或多個部件(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。
[0114]反電動勢傳感器12的低通濾波器18可在第三信號中引入相位延遲，這將進而導(dǎo)致BEMF信號中的相移。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充分去除噪聲。
[0115]兩種方案因而已經(jīng)被描述用于感測轉(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。
[0116]第一方案具有可能在不需要任何附加硬件的情況下實施的優(yōu)點。實際上，與采用霍爾效應(yīng)傳感器的傳統(tǒng)的電機系統(tǒng)相比較，第一方案采用的部件至少少一個。當(dāng)相電流超過電流限值時，相繞組7被續(xù)流續(xù)流時段。因此在續(xù)流過程中不需要感測相電流。結(jié)果，第一方案可被實施為使用單個感測電阻器來測量相電流。第一方案因此提供確定轉(zhuǎn)子位置的成本效益高的方法。
[0117]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)電流斬波相對不頻繁時(例如在相對高速下)，確定的轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確度可能相對差。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。因此，轉(zhuǎn)子位置的確定可與轉(zhuǎn)子速度無關(guān)進行。確定的轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確度部分地由電阻項，iphRph限定。幸好，電阻項通常較小，并且往往可以忽略。而且，即使電阻項可謂非常大，該相僅僅增大確定的對準(zhǔn)位置中的誤差。然而仍可能確定轉(zhuǎn)子的對準(zhǔn)位置。該第二方案的缺點在于要求附加的硬件來實施該方案，這自然增加電機系統(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。
[0118]實施第二方案的成本可通過采用用于電壓傳感器15的單個分壓器R3，R4以及用于電流傳感器11的單個感測電阻器Rl而被保持相對低，如圖6中所示。在采用單個分壓器R3，R4和單個感測電阻器Rl時，轉(zhuǎn)子5的位置僅可在相繞組7被激勵時被感測。這通過在轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)位置之前變換相繞組7的電流方向來獲得。在相對低速下，相電流相對快速地上升到電流限值。因此可能的是，反電動勢中的過零點可能發(fā)生在相繞組7正在續(xù)流時的時刻。因此，第二方案的該特定實施方式雖然成本效益高，但是在相對低速下可能不適用。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)子速度的整個范圍內(nèi)控制電機3的成本效益高的技術(shù)方案。
[0119]電源2可輸出隨時間變化的電壓。例如，電源2可能包括使用時放電的電池。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高的波動。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，電源2的電壓中的任何變化可能影響由控制器13確定的對準(zhǔn)位置的點。例如，當(dāng)電源2的電壓增大時，相電流上升的速率增大，并且因而電流上升時段的長度減小。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準(zhǔn)位置確定在較早點處(如果電壓增大)或較晚點處(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)確度確定對準(zhǔn)位置。
[0120]除了調(diào)整上升時間閾值，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)流時段。例如，如果電源2的電壓減小，則相電流將在激勵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。為了對此進行補償，可能采用較短的續(xù)流時段。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)流時段，以使相電流波形具有更好的形狀，由此提高電機系統(tǒng)I的功率和/或效率。
[0121]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，對準(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，相電流以較低的速率上升，并且因而電流斬波的頻率減小。在相對低速下，電流斬波的頻率相對高，并且因而電源2的電壓中的減小不會明顯地影響對準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度。但是，在相對高速下，其中電流斬波頻率相對低，則電源的電壓中的減小可能不利地影響對準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度。因此，對于較低電源電壓，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，或特別是圖6和7中示出的特定實施例，轉(zhuǎn)子5的位置可僅在相激勵過程中確定?？刂破?3因此在每一個對準(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)過對準(zhǔn)位置時被激勵。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到達對準(zhǔn)位置之前不超過電流限值。速度閾值和提前時段因此被選定為使得對于標(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間點達到電流限值。可設(shè)想的是，相電流可能在轉(zhuǎn)子5已經(jīng)到達對準(zhǔn)位置之前超過電流限值。因此，對于較高的供給電壓，可能期望在較高速下切換到第二無傳感器方案，其中反電動勢的幅值將更高。兩個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。
[0122]上面所述的第一無傳感器方案使用電流上升時段來確定轉(zhuǎn)子5的位置。但是， 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在每一個續(xù)流時段結(jié)束時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)流時間，在該時間過程中，相繞組7中的電流衰減。在每一個續(xù)流時段過程中，在相繞組7中感應(yīng)出的反電動勢與相繞組7中的電流方向相反的方向動作。相電流衰減的速率因此取決于反電動勢的幅值。因此，在每一個續(xù)流時段結(jié)束時相電流的幅值取決于相繞組7中的反電動勢的幅值。相繞組7中感應(yīng)出的反電動勢的幅值取決于轉(zhuǎn)子5的角度位置等。因此，在每一個續(xù)流時段結(jié)束時的相電流的幅值可被用于確定轉(zhuǎn)子5的位置。
[0123]反電動勢的波形通常為正弦波(如圖4和5中所示)或梯形波，反電動勢中的過零點發(fā)生在轉(zhuǎn)子5的對準(zhǔn)位置處。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子5接近對準(zhǔn)位置時，反電動勢的幅值減小，并且因而在每一個續(xù)流時段結(jié)束時相電流的幅值增大。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可測量每一個續(xù)流時段結(jié)束時相電流的幅值，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，則控制器13確定轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置。
[0124]圖13示出當(dāng)采用實施第一無傳感器方案的該替代方法時，在一個電半周期上相電流、功率開關(guān)Ql的開/關(guān)信號和反電動勢的波形。這些波形對應(yīng)于圖4的波形，不同的是，轉(zhuǎn)子5的位置使用每一個續(xù)流時段(而不是電流上升時段)結(jié)束時相電流的幅值確定。
[0125]當(dāng)電流上升時段被用于確定轉(zhuǎn)子位置時，選定用于電流上升閾值的數(shù)值影響由控制器13確定的對準(zhǔn)位置的準(zhǔn)確度。同樣，當(dāng)續(xù)流時段結(jié)束時的相電流的幅值被用于確定轉(zhuǎn)子位置時，選定用于電流閾值的數(shù)值影響確定的對準(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可能在較早的點處確定轉(zhuǎn)子5的對準(zhǔn)位置。相反地，如果電流閾值設(shè)置得太高，則控制器13可能在較晚的點處確定轉(zhuǎn)子5的對準(zhǔn)位置。
[0126]當(dāng)轉(zhuǎn)子速度增大時，電流斬波頻率減小。另外，在每一個續(xù)流時段過程中，反電動勢的幅值增大，并且因而相電流以較快的速率衰減。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子5在對準(zhǔn)位置處或附近時，在續(xù)流時段結(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，控制器13將更可能在較早的點處確定轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置，并且當(dāng)以較高的轉(zhuǎn)子速度操作時，控制器13將更可能在較晚的點處確定轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置。因此，為了提高確定的對準(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低的情況下，可使用較低的電流閾值。結(jié)果，對準(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。
[0127]兩種不同的方法因此可用于實施第一無傳感器方案。在第一種方法中，電流上升時段被用于確定轉(zhuǎn)子的位置。在第二種方法中，在續(xù)流時段結(jié)束時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)流時段。然后測量對應(yīng)于續(xù)流時段結(jié)束時電流上升時段或相電流的幅值的參數(shù)。該測量參數(shù)然后與閾值相比較，并且當(dāng)測量的參數(shù)小于閾值時(例如當(dāng)電流上升時段小于上升時間閾值時)或大于閾值時(例如當(dāng)相電流的幅值大于電流閾值時)，轉(zhuǎn)子被確定處于對準(zhǔn)位置處。
[0128]該第一無傳感器方案利用當(dāng)轉(zhuǎn)子5接近對準(zhǔn)位置時，電流上升時段減小，并且相電流的幅值在續(xù)流時段結(jié)束處增大這一發(fā)現(xiàn)。 申請人:還發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)子5在未對準(zhǔn)和對準(zhǔn)位置之間的中點處或附近時，電流上升時段在最大值，并且在續(xù)流時段結(jié)束處相電流的幅值處于最小值。因此，不是在電流上升時段小于上升時間閾值時或在續(xù)流時段結(jié)束時的相電流大于電流閾值時確定轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置，控制器13可能替代地在電流上升時段大于上升時間閾值時或當(dāng)在續(xù)流時段結(jié)束處的相電流小于電流閾值時確定轉(zhuǎn)子5處于中點位置。因此，在更一般的意義中，控制器13可能被認(rèn)為當(dāng)測量的參數(shù)小于或大于閾值時確定轉(zhuǎn)子5處于預(yù)定位置處。
[0129]通過適當(dāng)?shù)剡x擇上升時間閾值或電流閾值，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)電流上升時段小于上升時間閾值時，我們認(rèn)為控制器13確定轉(zhuǎn)子5處于特定位置處。通過增大上升時間閾值，轉(zhuǎn)子位置將被確定在較早點處。相反地，通過減小上升時間閾值，轉(zhuǎn)子位置將被確定在較晚點處。上升時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(即測量的參數(shù)小于或大于閾值)對于轉(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。例如，我們認(rèn)為控制器13在確定電流上升時段小于上升時間閾值時立即變換相繞組7的電流方向。而且，我們認(rèn)為上升時間閾值的數(shù)值在初始時被限定為使得在轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置處時電流上升時段小于上升時間閾值。通過增大上升時間閾值的數(shù)值，電流上升時段在較早點處將小于上升時間閾值，并且因而控制器13將在對準(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，通過減小上升時間閾值的數(shù)值，電流上升時段將在較晚點處小于上升時間閾值，并且因而控制器13將在對準(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可在不需要計算變換電流方向時段T_C0M，或采用專用的計時器來測量變換電流方向時段的情況下設(shè)置。
[0130]因此已經(jīng)就實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)流時段?，F(xiàn)在將描述用于實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)流時段，并且替代地采用上電流限值和下電流限值?？刂破?3于是激勵相繞組7直到相電流上升到上電流限值，在該點處，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，在該點處，控制器13再次激勵相繞組7?？刂破?3然后測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間。如上面說明的，相繞組7中的反電動勢的幅值影響相電流在激勵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間將取決于轉(zhuǎn)子5的角度位置?？刂破?3然后比較測量時間與閾值，并且在測量時間小于或大于閾值時確定轉(zhuǎn)子5處于預(yù)定位置處。例如，當(dāng)測量時間小于閾值時，控制器13可確定轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置處。在第四方法中，控制器13初始時激勵相繞組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)流時段，或直到相電流下降到下電流限值。在續(xù)流結(jié)束時，控制器13再次激勵相繞組7。但是，不是激勵相繞組7直到相電流超過電流限值這樣的時間，而是控制器13激勵相繞組7持續(xù)預(yù)定激勵時段。在激勵時段結(jié)束時，控制器13測量相電流的幅值，并且比較該幅值與閾值。由于相繞組7中的反電動勢的幅值影響相電流在激勵過程中上升的速率，因此在激勵時段結(jié)束時相電流的幅值將取決于轉(zhuǎn)子5的角度位置?？刂破?3然后在測量的相電流小于或大于閾值時確定轉(zhuǎn)子5處于預(yù)定位置處。例如，當(dāng)測量的相電流大于閾值時，控制器13可確定轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置處。該第四方法的缺點是，在每一個激勵時段結(jié)束時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系統(tǒng)I的部件的水平。但是，該問題可通過具有相對短的激勵時段來減輕。
[0131]幾種方法因此可獲得用于實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和續(xù)流相繞組7。然后在續(xù)流開始或結(jié)束時測量參數(shù)。該參數(shù)取決于激勵或續(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)束時相電流的幅值，或該參數(shù)可以是激勵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間。
[0132]第二無傳感器方案在第一和第三信號的電壓相對應(yīng)的任何時候，在BEMF信號中產(chǎn)生邊緣。在上面所述的實施例中，兩個信號調(diào)節(jié)為使得在反電動勢中存在過零點的任何時候，即當(dāng)轉(zhuǎn)子5處于對準(zhǔn)位置處時，使得電壓相對應(yīng)。但是，該信號可被調(diào)節(jié)為使得電壓在反電動勢波形中的不同點處，并且因而在不同的轉(zhuǎn)子位置處相對應(yīng)。例如，在圖7中示出的示例中，增大第一信號的電壓將使下降邊緣在較早點處產(chǎn)生。相反地，減小第一信號的電壓降使下降邊緣在較晚點處產(chǎn)生。因此，通過兩個信號的適當(dāng)調(diào)節(jié)，可使兩個信號的電壓在轉(zhuǎn)子5處于特定預(yù)定位置處時相對應(yīng)。
[0133]第二無傳感器方案假設(shè)電阻項iphRph相對小，并且可忽略。但是，如果需要，該電阻項可被計入。例如，反電動勢傳感器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。反電動勢傳感器12可進一步包括加法放大器或其他硬件，其將第三信號的電壓(Lphdiph/dt)和第四信號的電壓(iphRph)相加，以產(chǎn)生具有與iphRph+Lphdiph/dt成比例的電壓的第五信號。比較器19然后比較第一信號的電壓(Vph)和第五信號的電壓(iphRph+Lphdiph/dt),并且在Vph= iphRph+Lph.diph/dt的任何時候在輸出信號中產(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，該信號具有與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。電阻相iphRph可被忽略，在該情況下，該又一信號的電壓與Lph.diph/dt成比例。替代地，電阻相可被計入，在該情況下，該又一信號的電壓與iphRph+Lph.diph/dt成比例。兩個信號的電壓然后相比較，并且當(dāng)兩個電壓相對應(yīng)時，確定轉(zhuǎn)子的預(yù)定位置。
[0134]在上面所述的實施例中，控制器13產(chǎn)生用于控制逆變器9的功率開關(guān)Q1-Q4的三個控制信號(DIR1，DIR2和FW#)。應(yīng)意識到，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)生用于四個功率開關(guān)Q1-Q4中的每一個的開關(guān)信號S1-S4?？刂破鲀?nèi)部或外部的硬件可然后產(chǎn)生電流限制信號，該電流限值信號在相電流超過電流限值的任何時候為邏輯高電平。電流限值信號的優(yōu)先級高于開關(guān)信號，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斷開，而不管開關(guān)信號S1-S4的狀態(tài)。采用硬件來產(chǎn)生電流限值信號具有控制系統(tǒng)4能夠相對快速地響應(yīng)于電流限值事件的優(yōu)點。
[0135]在上面所述的實施例中，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)?？稍O(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。這是因為電流傳感器11的感測電阻器Rl，R2于是必須位于逆變器9的上分支上。結(jié)果，跨每一個感測電阻器R1，R2的電壓將浮動，使得相電流的測量變困難。
[0136]因而參照了具有單相四極電機3的電機系統(tǒng)I。但是，控制系統(tǒng)4可能等同地用于驅(qū)動具有更少或更多極數(shù)的電機3。單相電機3具有可采用相對簡單并且因而便宜的控制系統(tǒng)4來控制電機3的優(yōu)點?，F(xiàn)有的用于控制單相電機的無傳感器方案通常在電周期中的期望反電動勢中過零點的點處停止激勵。結(jié)果，驅(qū)入電機中的電功率明顯降低。另外，電機的效率可能降低和/或扭矩波動可能增大。作為對照，上面所述的無傳感器方案能夠在激勵相繞組時感測轉(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、效率或扭矩波動的情況下被用于控制單相電機。
[0137]雖然上面所述的無傳感器方案在被采用于單相電機中時具有特定的益處，但是每一種方案可被用于多相電機。對于多相電機，將存在特定的相繞組沒有被激勵的時段。因此，在無傳感器方案依賴相激勵來感測轉(zhuǎn)子位置的情況下，需要將電流感測從一個相繞組切換到另一個。
【權(quán)利要求】
1.一種確定永磁電機的轉(zhuǎn)子位置的方法，該方法包括: 相繼地激勵和續(xù)流電機的繞組，響應(yīng)于繞組中的電流超過電流限值，該繞組被續(xù)流預(yù)定的續(xù)流時段； 測量參數(shù)，該參數(shù)對應(yīng)于以下之一:在續(xù)流時段結(jié)束處繞組中的電流的幅度，和續(xù)流時段開始或結(jié)束與繞組中電流超過電流限值的時刻之間的間隔； 將測得的參數(shù)與閾值比較； 在測得的參數(shù)是小于或大于閾值的參數(shù)時確定轉(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)于電機的速度中的變化而調(diào)節(jié)所述停止時段。
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)于電機的速度中的增大而減小所述停止時段。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，該方法包括響應(yīng)于電機的速度中的變化而調(diào)節(jié)所述閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中該參數(shù)為續(xù)流時段開始或結(jié)束與繞組中電流超過電流限值的時刻之間的間隔，且該方法包括響應(yīng)于電機的速度中的增大而增大該閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中該參數(shù)為在續(xù)流時段結(jié)束處繞組中的電流的幅度，且該方法包括響應(yīng)于電機的速度中的增大而減小該閾值。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中該參數(shù)為續(xù)流時段開始或結(jié)束與繞組中電流超過電流限值的時刻之間的間隔，繞組被利用激勵電壓激勵，且該方法包括采用取決于激勵電壓幅度的閾值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中該方法包括對于較高的激勵電壓采用較低的閾值。
10.一種控制無刷永磁電機的方法，該方法包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項確定電機轉(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。
11.一種用于無刷永磁電機的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)執(zhí)行前述權(quán)利要求中任一項所述的方法。
12.一種電機系統(tǒng)，包括無刷永磁電機和根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電機系統(tǒng)，其中，所述電機包括單相繞組。
【文檔編號】H02P6/00GK104285369SQ201380024032
【公開日】2015年1月14日 申請日期: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 申請人:戴森技術(shù)有限公司