[發明專利]用于監視和控制無刷電動機的系統和方法

有效

• 申請號: 201110315718.6
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102570942A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: E·杰斯克
• 申請（專利權）人: 惠而浦股份公司
• 主分類號: H02P6/16
• 分類號: H02P6/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 原紹輝;傅永霄

技術領域

本發明涉及一種監視和控制系統，可阻止在無刷電動機中不希望的瞬態過電流的形成，以便在其受到呈現相對高扭矩瞬態的負載的影響時優化其操作效率。?

本發明還涉及一種用于監視和控制無刷電動機的方法，當所述電動機中產生不希望的瞬態電流時，該方法用于避免電動機磁體的退磁，同時還用于阻止其內部元件損壞。?

背景技術

如今，無刷型(無刷DC或BLDC)的永磁電動機經常用在需要操作穩健性以及高效率和低成本的應用中。BLDC的工作原理類似于傳統的具有刷的連續電流電動機(DC)，然而，在BLDC中，磁體安裝在電動機轉子上，且在定子中安裝有一組線圈，用于產生可提供相對于電動機的旋轉運動的旋轉場。此外，與通過具有刷的切換系統順序地添加線圈的傳統DC電動機不同的是，在BLDC中，線圈通過電子系統進行驅動且必須根據與定子相關的轉子的位置同步。?

在這個意義上，為了使BLDC電動機可通過電子系統進行控制，轉子位置應是已知的以允許對電動機線圈的切換進行確定。所述轉子位置可使用耦合至電動機的傳感器獲得，例如霍爾效應傳感器和提供電動機的精確控制的合適的解碼器，但存在高成本的問題。在例如用于冷卻的壓縮機的特定的應用中，成本、結構和可靠性因素使得這些傳感器的應用在實際中不能實現。?

相反，用于控制BLDC電動機的廣為人知的技術包括使用來自電動機線圈本身的信息估計相對于定子的轉子的位置。已知這一技術是作為無傳感器控制，因為其不使用為這一目的特別設計的任何種類的傳感器件。一般來說，這一技術基于具有僅僅使用兩個線圈的同時驅動的三相電動機的前提，通過其旋轉運動的效果，可在電動機的非激勵的相中感應出電壓的磁場將發生變化。這一電壓的幅度，反過來直接與相對于定子的轉子的位置相關，并因此其可用于估計?電動機的下一個位置的切換的時刻。?

已經存在用于處理在無傳感器控制中感應電壓的公知的技術，以允許對位置進行傳感，從而使得可對電動機進行控制。?

例如，北美專利申請US?2004/200263109描述了一種考慮了BLDC電動機中的感應電壓的控制策略，但其僅僅適用于運動中的電動機，即，當電動機已經具有足夠的轉速時，其中感應電壓具有可使用這一技術最小的幅度。如果電動機處于其它操作條件下，則需要使用其它可提供其運動的技術，直到可檢測感應電壓為止。?

日本專利文獻JP55005035描述了一種用于啟動具有無傳感器控制的BLDC電動機的技術。所述技術包括以特定的順序施加電流至電動機線圈、逐漸增加電動機的位置之間的切換頻率，直到電動機達到足夠的速度以使得感應電壓可被監視。在這一點，電動機進入自控制模式，其中隨后基于感應電壓發生切換。這一方法的缺陷是在啟動過程中可能出現同步的丟失，因為感應電壓未被監視。這種同步的丟失可產生高的瞬態電流，其可能引起電動機的退磁。另一缺陷是這一技術對負載的變化非常敏感，當操作在不同的啟動扭矩條件下時容易丟失同步。?

北美專利US?5019756描述了一種具有用于驅動BLDC電動機的4個不同階段的技術，直到其工作在自動導航模式，其中根據電動機的感應電壓進行速度控制。在第一步驟中，施加電流至電動機線圈裝置，在零點啟動直到最大值，且這一過程通過控制系統將電動機轉子對準至現在已知的位置。在第二步驟中，電流傳輸至第二電動機線圈裝置，以在電動機轉子上產生希望方向的加速。這一電流在第二線圈中維持一段特定的時間，且一旦達到這一時間，便再次發生至第三線圈裝置的切換，開始啟動策略的第三步驟。在這一點，電動機已經獲得足夠的速度，且控制隨后監視電動機的感應電壓。如果在第三步驟中的預定的時間段中，控制檢測到電動機的有效位置，則發生切換且電動機進入第四步驟，其特征在于基于電動機的感應電壓進行操作。如果未檢測到有效位置，則啟動過程將從第一步驟重新開始。然而，這一方法在應用至需要高啟動扭矩的負載時，可能不會產生好的結果。所述負載包括例如用于冷卻的壓縮機，其需要在不平衡的抽吸和排放壓力(高啟動扭矩)條件下啟動。在這些條件下，在啟動瞬態時間段期間可能發生電動機驅動失去與感應電壓的同步，其導致電動機中?內部瞬態電流的形成，且可能對磁體退磁或甚至破壞驅動電流。換句話說，在不平衡的壓力條件下，電動機需要高扭矩，直到壓縮機設法克服初始瞬態壓力。?