[發明專利]無刷永磁電機的無傳感器控制

有效

• 申請號: 201380024038.6
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN104285370B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: C.貝特曼;B.梅克羅
• 申請（專利權）人: 戴森技術有限公司
• 主分類號: H02P6/182
• 分類號: H02P6/182;H02P6/26
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 陳钘

技術領域

本發明涉及無刷永磁電機的無傳感器控制。

背景技術

為了在正確時刻變換無刷電機的相繞組的電流方向，了解轉子的位置是必要的。永磁電機往往包括霍爾效應傳感器，其輸出指示轉子位置的信號。雖然傳感器的部件成本相對便宜，但是將傳感器結合在電機內往往使電機的涉及和制造變復雜。另外，由傳感器輸出的信號往往易受電機內產生的電磁噪聲的影響。

已知用于間接確定轉子位置的無傳感器方案。對于永磁電機，相繞組中感應出的反電動勢的極性轉換可被用于確定轉子位置。對于多相電機，轉子位置可通過感測非激勵相繞組中感應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，轉子的位置可通過在電周期中期望反電動勢的極性轉換的點處停止激勵。不幸的是，停止激勵具有降低可能被驅入到電機中的電功率的缺點。

發明內容

在第一方面，本發明提供了一種控制無刷永磁電機的方法，該方法包括：產生第一信號，該第一信號具有與跨電機的繞組的電壓成比例的電壓；產生第二信號，該第二信號具有與所述繞組中的電流成比例的電壓；微分所述第二信號以產生第三信號；將第三信號與第一信號的電壓比較；響應于該比較產生輸出信號，其中當第三信號與第一信號的電壓相對應時在輸出信號中產生邊緣；以及在相對于輸出信號中的邊緣的時間處變換繞組中的電流方向。

永磁電機的轉子在繞組中感生反電動勢。感生出的反電動勢的幅值取決于轉子的角度位置等。第二方案利用電壓方程V_ph＝i_phR_ph+L_phdi_ph/dt+E_ph，其中V_ph為跨繞組的電壓，i_ph為繞組中的電流，R_ph為繞組的電阻，L_ph為繞組的電感，并且E_ph為繞組中由轉子感應出的反電動勢。對于具有相對小的i_phR_ph項的電機，該電壓方程被簡化為V_ph＝L_phdi_ph/dt+E_ph。第一信號的電壓與V_ph成比例，且第三信號的電壓與L_phdi_ph/dt成比例。由此，當反電動勢具有給定值(其取決于如何調節兩個信號)時，邊緣在輸出信號中產生。由于反電動勢的幅值取決于轉子的角度位置，在轉子處于預定位置處時輸出信號中產生邊緣。因此，轉子的位置可被確定而不需要霍爾傳感器。

無論跨繞組的電壓為何，該電壓方程都保持成立。因此，轉子的位置可在繞組激勵過程中確定。因此可使用單個繞組驅動電機和確定轉子的位置。而且，該方法不要求相激勵被停止以確定轉子位置。因此，與現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入電機中。

當轉子處于對準或未對準位置處時，反電動勢中的過零點發生。在反電動勢中的過零點處，電壓方程進一步簡化為V_ph＝L_phdi_ph/dt。第一和第三信號的第一和第三電壓可由此響應于反電動勢的每個過零而相對應。因此，無論何時當轉子處于對準位置處時，邊緣在輸出信號中產生。

在變化繞組的電流方向時，通過繞組的電流方向被反向。然而，由于繞組的電感，往往具有一短時段，在該短時段中電流沿相同方向繼續流動。取決于電流如何被感測，電流可以呈現為響應于變換電流方向而經歷極性的突然改變。結果，在第三信號的電壓中產生尖峰。由此可能的是，第一信號和第三信號的電壓可響應于變換繞組的電流方向而相對應。因此，本方法可包括忽略響應于變換繞組的電流方向的邊緣。

方法可包括激勵和續流繞組。可能不能在續流期間感測繞組中的電流。結果，在第二信號中的電壓將變得無效，即電壓不再與繞組中的電流幅度成比例。這進而可導致輸出信號中的偽邊緣。因此，方法可包括在相對于激勵期間產生的邊緣的時間處變換繞組的電流方向，且忽略在續流期間產生的邊緣。這于是防止繞組由于輸出信號中的偽邊緣而在不正確的時間變換電流方向。