專利名稱：用于匹配電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于匹配電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍的方法以及裝置。
背景技術(shù)：
無(wú)刷直流電機(jī)-也稱作BLDC電機(jī)(來(lái)自英語(yǔ)brushless direct current
motor)例如用作冰箱中的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。BLDC電機(jī)的電機(jī)控制裝置的任務(wù)是如此調(diào)節(jié)換向時(shí)刻，使得轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)和所施加的電壓的相時(shí)間同步且同相。在所謂的無(wú)傳感器運(yùn)行中測(cè)量電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)(EMK)或反EMK并且確定EMK的過(guò)零，以便由此推斷出轉(zhuǎn)子的位置并且基于所求得的位置來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)?？梢越柚鞣N方法來(lái)測(cè)量EMK。一種簡(jiǎn)單的可能性是模擬人工星形點(diǎn)上的端電壓，在所述人工星形點(diǎn)上可以在去磁化之后與開(kāi)關(guān)狀態(tài)無(wú)關(guān)地測(cè)量EMK。然而所述方法的缺點(diǎn) 是由人工星形點(diǎn)決定的附加開(kāi)關(guān)開(kāi)銷和較高損耗。作為沒(méi)有附加星形點(diǎn)的方法，可以利用如下事實(shí)在電機(jī)繞組的脈寬調(diào)制觸發(fā)的關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，電機(jī)的端電壓直接跟隨EMK。脈寬調(diào)制(PWM)的關(guān)斷時(shí)間表示測(cè)量窗，在所述測(cè)量窗內(nèi)可以實(shí)施測(cè)量。所述測(cè)量窗的所需大小通過(guò)用于進(jìn)一步處理測(cè)量信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器的速度確定。此外，在測(cè)量之前必須等待電機(jī)繞組的去磁化。即得到另一測(cè)量窗，其通過(guò)電機(jī)繞組的去磁化時(shí)刻和隨后的換向的時(shí)刻確定。然而，去磁化所需的持續(xù)時(shí)間與負(fù)載相關(guān)并且隨著絕對(duì)電流而增大。雖然可以通過(guò)主動(dòng)電路措施來(lái)減小去磁化的持續(xù)時(shí)間，但其盡管如此保持與負(fù)載相關(guān)?；赑WM格柵中的時(shí)間尺度，難以借助負(fù)載測(cè)量來(lái)考慮負(fù)載相關(guān)性。在以上描述的方案中，需要確定轉(zhuǎn)速的最大值,所述最大值確保了在最大負(fù)載和最大轉(zhuǎn)速時(shí)存在的測(cè)量窗始終位于能夠?qū)崿F(xiàn)EMK測(cè)量的范圍中。但這意味著實(shí)際可能的轉(zhuǎn)速范圍在負(fù)載較小的情況下沒(méi)有完全耗盡。也不可能的是，轉(zhuǎn)速在確定的測(cè)量時(shí)刻升高超過(guò)一定程度，因?yàn)榇嬖谌缦挛ｋU(xiǎn)過(guò)晚或甚至沒(méi)有識(shí)別EMK的過(guò)零并且因此出現(xiàn)電機(jī)的傾覆或不穩(wěn)定。文獻(xiàn)DE 601 24 121 T2建議對(duì)電機(jī)的三個(gè)相中的電壓進(jìn)行采樣、以數(shù)學(xué)方式處理所述電壓、加上與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成比例的參數(shù)并且隨后彼此比較。所述比較的結(jié)果確定相的換向時(shí)刻。文獻(xiàn)DE 699 36 222 T2公開(kāi)用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)上的峰值電流的出現(xiàn)的系統(tǒng)和方法，其僅僅使用調(diào)節(jié)到優(yōu)選的邊界上的電流探測(cè)器。文獻(xiàn)DE 698 03 885 T2公開(kāi)一種用于電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其中控制單元為開(kāi)關(guān)裝置預(yù)給定開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)持續(xù)時(shí)間，它們?nèi)绱舜_定，使得實(shí)際上施加到繞組上的電壓值是與開(kāi)關(guān)裝置的開(kāi)關(guān)狀態(tài)無(wú)關(guān)地相應(yīng)于由電動(dòng)機(jī)要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的電壓值。文獻(xiàn)DE 699 36 222 T2公開(kāi)用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)和方法及其觸發(fā)電路
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種用于匹配電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍的方法和裝置，借此可以更好地耗盡電動(dòng)機(jī)的可能的轉(zhuǎn)速范圍，而不出現(xiàn)電機(jī)傾覆。根據(jù)一種構(gòu)型，提供一種用于匹配電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍的方法，所述方法具有如下步驟在預(yù)先確定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)實(shí)施測(cè)量量的多次測(cè)量，所述測(cè)量量指示電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)；求得在預(yù)先確定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的測(cè)量的數(shù)量；以及根據(jù)所求得的測(cè)量的數(shù)量匹配電動(dòng)機(jī)的最大允許的轉(zhuǎn)速。
借助所述方法可以使轉(zhuǎn)速范圍與電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件動(dòng)態(tài)匹配，使得在不同的負(fù)載下可以最佳地充分利用轉(zhuǎn)速范圍。分別在預(yù)先確定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)實(shí)施測(cè)量量的測(cè)量，直至滿足用于識(shí)別電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零的標(biāo)準(zhǔn)。因此，基于因此識(shí)別的電動(dòng)勢(shì)過(guò)零可以促使接下來(lái)的換向。所述方法還可以具有如下步驟如果所求得的測(cè)量的數(shù)量低于第一邊界值，則使事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值遞增，如果所求得的測(cè)量的數(shù)量高于第一邊界值，則使事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值遞減或復(fù)位，根據(jù)事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值匹配最大允許的轉(zhuǎn)速。更確切地說(shuō)，如果事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值超過(guò)第二邊界值，則可以減小最大允許的轉(zhuǎn)速，如果事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值不超過(guò)第二邊界值，則可以增大最大允許的轉(zhuǎn)速。如果所求得的測(cè)量的數(shù)量低于確定的臨界值，則始終使最大轉(zhuǎn)速遞減或減小，如果所求得的測(cè)量的數(shù)量超過(guò)所述臨界值，則使最大轉(zhuǎn)速遞增或增大，則所述系統(tǒng)容易處于臨界值周圍的振蕩中。此外，借助附加的方法步驟還可以更多地?cái)U(kuò)寬電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍，因?yàn)檗D(zhuǎn)速僅僅當(dāng)對(duì)于每個(gè)電周期而言測(cè)量的數(shù)量持續(xù)地并且不止一次地降低到第一邊界值以下時(shí)才減小。也可能的是，僅僅在如下條件下增大最大允許的轉(zhuǎn)速所求得的測(cè)量的數(shù)量超過(guò)第三邊界值，所述第三邊界值大于第一邊界值。通過(guò)所述方式設(shè)置遲滯，所述遲滯防止或至少衰減系統(tǒng)的振蕩。因此，緩慢地接近最大可能的轉(zhuǎn)矩，在所述最大可能的轉(zhuǎn)矩時(shí)電機(jī)恰好不傾覆。也可以提出，僅僅在如下條件下增大最大允許的轉(zhuǎn)速事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值在預(yù)給定的持續(xù)時(shí)間上不超過(guò)第二邊界值。例如可以通過(guò)將事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值復(fù)位到零來(lái)復(fù)位事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器。測(cè)量量例如可以是電動(dòng)機(jī)的端電壓。電動(dòng)機(jī)的端電壓適于確定反EMK的過(guò)零，因?yàn)槠渥兓€分段地相應(yīng)于反EMK的變化曲線。電動(dòng)機(jī)例如可以構(gòu)造為同步電機(jī)、尤其是構(gòu)造為無(wú)刷直流電機(jī)。在此，預(yù)先確定的持續(xù)時(shí)間可以相應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的一個(gè)電周期。替代地，預(yù)先確定的持續(xù)時(shí)間相應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的繞組相的去磁化與換向之間的至少一個(gè)測(cè)量窗?？梢越柚鷨为?dú)的計(jì)數(shù)器對(duì)用于識(shí)別反EMK的上升邊沿的過(guò)零的測(cè)量的數(shù)量和用于識(shí)別反EMK的下降邊沿的過(guò)零的測(cè)量的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，隨后相加所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。在此，可以加權(quán)地相加計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。因此可能的是，考慮在上升邊沿和下降邊沿時(shí)測(cè)量方面的質(zhì)量差。電動(dòng)勢(shì)尤其是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在繞組相之一中感應(yīng)出的反EMK。用于匹配電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍的裝置設(shè)置用于實(shí)施以上描述的方法，所述裝置例如可以構(gòu)造為電機(jī)控制裝置。電動(dòng)機(jī)例如可以用作用于尤其是在制冷設(shè)備中的壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。制冷設(shè)備尤其理解為家用制冷設(shè)備，即用于在家庭中操持家務(wù)或可能在餐飲領(lǐng)域中的制冷設(shè)備，并且尤其是用于在確定的溫度時(shí)存放家庭常用量的食品和/或飲料，例如冰箱、冰柜、冷藏冷凍組合設(shè)備、冷藏箱或者儲(chǔ)酒柜。



本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)由以下參照附圖的實(shí)施例描述中得到。附圖示出圖I :電動(dòng)機(jī)100的等效電路圖，所述電動(dòng)機(jī)構(gòu)造為無(wú)刷直流電機(jī)或BLDC電機(jī)；圖2 :示意性示出電機(jī)電流和反EMK的信號(hào)變化曲線以及開(kāi)關(guān)Tl至T6的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的圖；圖3 一個(gè)繞組相上的端電壓的變化曲線、在繞組相中感應(yīng)出的反EMK的變化曲線以及流過(guò)繞組相的繞組電流的變化曲線的示意圖；圖4 :闡明電流模式和電壓模式的圖；圖5 :用于匹配電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍的方法的流程圖。如果沒(méi)有其他說(shuō)明，則相同的附圖標(biāo)記在圖中表示相同或功能相同的元件。
具體實(shí)施例方式圖I示出電動(dòng)機(jī)100的等效電路圖，所述電動(dòng)機(jī)100構(gòu)造為無(wú)刷直流電機(jī)或BLDC電機(jī)并且例如可以用作冰箱中的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。電動(dòng)機(jī)100具有電源110、逆變器橋120、三個(gè)電機(jī)繞組或者繞組相130U、130V、130W和電機(jī)控制裝置160。所述電源110提供中間回路供給電勢(shì)與中間回路地之間的中間回路電壓。所述逆變器橋120具有六個(gè)開(kāi)關(guān)Tl至T6，它們以B6橋的形式設(shè)置并且向繞組相130UU30V和130W供給電流。更確切地說(shuō)，每?jī)蓚€(gè)開(kāi)關(guān)Tl和T2、T3和T4或者T5和T6串聯(lián)地連接在中間回路供給電勢(shì)與中間回路地之間。開(kāi)關(guān)TI和T2、T3和T4或者T5和T6之間的節(jié)點(diǎn)分別與繞組相130UU30V和130W的一側(cè)連接。在它們的另一側(cè)上，繞組相130UU30V和130W與星形點(diǎn)140連接。此外，在逆變器橋120與電源110之間在中間回路地的一側(cè)上設(shè)有電阻 150。開(kāi)關(guān)Tl至T6例如可以分別包括功率晶體管和與其并聯(lián)的空載二極管。借助于控制信號(hào)Xl至X6來(lái)觸發(fā)開(kāi)關(guān)Tl至T6，所述控制信號(hào)由電機(jī)控制裝置160提供。在此，如此觸發(fā)繞組相130，使得產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在所述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中包圍永磁體的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)100是三相永磁體同步電機(jī)，其借助于B6逆變器橋120以三相電壓饋電。圖2是示意性地示出電機(jī)電流和反EMK的信號(hào)變化曲線以及開(kāi)關(guān)Tl至T6的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的圖。在此，粗實(shí)線表示開(kāi)關(guān)Tl至T6的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，虛線表示流過(guò)繞組相130UU30V和130W的繞組電流Iu、Iv和Iw，以及細(xì)實(shí)線表示在繞組相130U、130V和130W中產(chǎn)生的反EMKEu、Ev、Ew。在圖2中示出的圖在此示出一個(gè)電周期T期間的變化曲線，所述電周期T就其而言劃分成持續(xù)時(shí)間為T(mén)/6的六個(gè)子周期，其分別相應(yīng)于一個(gè)60°的區(qū)段。分別以120°的偏移來(lái)觸發(fā)三個(gè)繞組相130UU30V和130W。在第一子周期中，開(kāi)關(guān)Tl和T4接通或者導(dǎo)通并且所有其余的開(kāi)關(guān)關(guān)斷或者不導(dǎo)通，使得流過(guò)繞組相130U的電機(jī)電流Im經(jīng)由星形點(diǎn)140通過(guò)繞組相130V流到中間回路地。在所述第一子周期結(jié)束時(shí)進(jìn)行繞組相130V到繞組相130W的換向，其方式是，關(guān)斷開(kāi)關(guān)T4并且接通開(kāi)關(guān)T6。在所述第二子周期期間，開(kāi)關(guān)Tl和T6接通，使得流過(guò)繞組相130U的電機(jī)電流Im經(jīng)由星形點(diǎn)140通過(guò)繞組相130W流到中間回路地。在所述第二子周期結(jié)束時(shí)進(jìn)行繞組相130W到繞組相130V的換向，其方式是，關(guān)斷開(kāi)關(guān)Tl并且接通開(kāi)關(guān)T3。在所述第三子周期期間，開(kāi)關(guān)T3和T6接通，使得流過(guò)繞組相130V的電機(jī)電流Im經(jīng)由星形點(diǎn)140通過(guò)繞組相130W流到中間回路地。根據(jù)所述模式，始終繞組相130中的兩個(gè)導(dǎo)引電流而第三繞組相130無(wú)電流。在此，每個(gè)單個(gè)繞組相130依次對(duì)于2X60° =120°連接到中間回路供給電勢(shì)上，隨后對(duì)于60°無(wú)電流地連接，隨后對(duì)于2X60° =120°連接到中間回路地上并且又對(duì)于60°無(wú)電流地連接。每個(gè)電周期T觸發(fā)六個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其中電周期T如下得到 T=I/(p Xn)(I)其中n相應(yīng)于轉(zhuǎn)速并且p相應(yīng)于電機(jī)的極數(shù)。電機(jī)控制裝置160如此調(diào)節(jié)換向的時(shí)刻，使得轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)和所施加的電壓的相時(shí)間同步且同相。在此，由電機(jī)的反EMK、即由轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)在定子的繞組相130中感應(yīng)出的電壓推斷出轉(zhuǎn)子的位置。特征量為此是反EMK的過(guò)零，其在圖2中分別以“Z”表示。例如可以在所識(shí)別的過(guò)零之后延遲預(yù)給定的持續(xù)時(shí)間觸發(fā)換向，其中所述持續(xù)時(shí)間可以與轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載相關(guān)。在圖2中，換向的時(shí)刻分別以“C”表示。此外，在圖2中可以看到的是，繞組電流具有由繞組線圈的電感決定的慣性。這樣，流過(guò)繞組相130U的電流Iu在接通開(kāi)關(guān)Tl時(shí)在確定的上升持續(xù)時(shí)間上升高，并且在接通開(kāi)關(guān)Tl時(shí)電流Iu在相應(yīng)于繞組相130U的去磁化持續(xù)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間上降低到零。在時(shí)刻“D”，繞組電流才降低到零。換向通過(guò)三個(gè)事件D、Z和C來(lái)表示，即時(shí)刻D表示之前引導(dǎo)電流的相的去磁化、時(shí)刻Z表示過(guò)零識(shí)別以及時(shí)刻C表示在預(yù)先確定的時(shí)間之后的主動(dòng)觸發(fā)的換向。圖3以曲線圖示出繞組相130V上的端電壓Uv的變化曲線、在繞組相130V中感應(yīng)出的反EMK Ev的變化曲線以及流過(guò)繞組相130V的繞組電流Iv的變化曲線。變化曲線從仿真獲得。在繞組電流Iv上可以明顯看到電周期的六個(gè)子區(qū)段60°與另兩個(gè)相中的一個(gè)同相的負(fù)電流、60°無(wú)電流、60°與另兩個(gè)相中的一個(gè)同相的正電流、60°與另兩個(gè)相中的另一個(gè)同相的正電流、60°無(wú)電流以及60°與另兩個(gè)相中的另一個(gè)同相的負(fù)電流。如在圖3中可明顯看到的那樣，流過(guò)繞組相130U的電流首先流到星形點(diǎn)并且通過(guò)繞組相130V流向中間回路地。隨著第一換向，打開(kāi)開(kāi)關(guān)T4并且閉合兩個(gè)開(kāi)關(guān)Tl和T6。在所述狀態(tài)中，繞組相130V的電感引起維持電流Iv，并且所述電流通過(guò)開(kāi)關(guān)T3的空載二極管回流。繞組電流Iv在相應(yīng)于繞組相130V的去磁化的持續(xù)時(shí)間上上升到零。在所述持續(xù)時(shí)間期間，端電壓Uv通過(guò)引導(dǎo)電流的空載二極管箝位到供給電壓上，例如5V。在流過(guò)繞組相130V的電流衰減之后，端電壓Uv也降低。后面是時(shí)間窗或者測(cè)量窗Tml，在其期間端電壓Uv的變化曲線相應(yīng)于待測(cè)量的反EMK的變化曲線。在所述測(cè)量窗Tml中，也存在反EMK的過(guò)零，其在中間回路電壓一半時(shí)與端電壓的變化曲線一致。在測(cè)量窗Tml期間端電壓具有類似鋸齒狀的變化曲線。這在于，在所述時(shí)間段中基于開(kāi)關(guān)Tl和T6的PWM觸發(fā)而發(fā)生流過(guò)繞組相130U和130W的電流流動(dòng)。交替地接通開(kāi)關(guān)Tl和T6，由此交替地朝著5V的方向拉高星形點(diǎn)的電勢(shì)并且朝著中間回路地的方向拉低星形點(diǎn)的電勢(shì)。端電壓Uv或者反EMK Ev的測(cè)量在此僅僅在開(kāi)關(guān)T3關(guān)斷的時(shí)間是可能的，如以下還要闡述的那樣。時(shí)間窗Tml以換向結(jié)束，所述換向?qū)⒗@組相130V與中間回路供給電勢(shì)連接，從而以以下闡述的脈沖調(diào)制電壓來(lái)觸發(fā)繞組相130V。在另外的60°之后，在另兩個(gè)相中的一個(gè)中進(jìn)行換向，從而電流在所述時(shí)間具有改變的形狀。在另外的60°之后是另一無(wú)電流的區(qū)段，其中在此首先也可以看到在去磁化期間電流降低到零，后面是反EMK的圖像。通過(guò)脈寬調(diào)制PWM進(jìn)行至電機(jī)繞組的能量輸送的調(diào)節(jié)。在此，“占空比”用作PWM調(diào)制的端電壓的相對(duì)接通持續(xù)時(shí)間的度量。占空比是接通持續(xù)時(shí)間與節(jié)拍時(shí)間之間的比并且因此具有0%至100%之間的值。用于觸發(fā)電動(dòng)機(jī)100的PWM可以在電流模中或在電流模中或在電壓模式中實(shí)現(xiàn)。圖4示出闡明兩種方法的圖，其中電流模式在圖的左半部示出而 電壓模式在圖的右半部中示出。兩種方法共同之處是，例如在電機(jī)控制裝置160中沒(méi)有詳細(xì)示出的計(jì)數(shù)器產(chǎn)生參考值或者計(jì)數(shù)值，其從起始值ZO遞增直至最大值Zmax，使得在時(shí)間上觀察得到三角形圖案或者三角形變化曲線。在電流模式中，借助于比較器電路以兩點(diǎn)方法來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)電流。如果計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到比較值2__，則接通脈寬調(diào)制的電壓。在電流模式中通過(guò)由控制電路關(guān)斷PWM脈沖的時(shí)刻得到占空比。更確切地說(shuō)，例如可以向電流比較器輸送期望電流和瞬時(shí)實(shí)際電流。如果實(shí)際電流達(dá)到期望電流，則關(guān)斷脈沖調(diào)制的電壓。圖3示例性地示出電流模式中的觸發(fā)。如在圖3中可看到的那樣，在第二換向之后進(jìn)行繞組相130V的觸發(fā)，其中實(shí)際電流首先在期望電流以下，使得占空比為100%。如果實(shí)際電流達(dá)到期望電流，則自動(dòng)地降低占空比并且可以看到典型的PWM圖案。相反，在電壓模式中，由電機(jī)控制裝置160計(jì)算期望電壓并且給定PWM的相對(duì)接通持續(xù)時(shí)間。這例如可以通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制裝置160確定比較值Z_vm并且將其與當(dāng)前計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較，其中當(dāng)計(jì)數(shù)值Z大于或等于Z_vm并且小于或等于Zmax時(shí)接通PWM電壓。換言之，在電流模式中體現(xiàn)轉(zhuǎn)矩而在電壓模式中體現(xiàn)轉(zhuǎn)速。根據(jù)負(fù)載特性和對(duì)電動(dòng)機(jī)100的要求進(jìn)行運(yùn)行模式的選擇。根據(jù)是否期望高轉(zhuǎn)速恒定、低噪聲生成、振動(dòng)或能量效率來(lái)選擇相應(yīng)的運(yùn)行方式。在此，可以在接通電動(dòng)機(jī)100時(shí)確定運(yùn)行方式，或者也可以根據(jù)運(yùn)行條件來(lái)切換運(yùn)行方式。運(yùn)行方式的混合也是可能的。此外，兩種方法的共同之處是，在測(cè)量窗內(nèi)在PWM調(diào)制的電壓的上升邊沿之前進(jìn)行反EMK的測(cè)量。由此得到了時(shí)間窗或者測(cè)量窗Tm2，在其期間測(cè)量端電壓Uv。圖4示例性地示出在時(shí)間窗Tml內(nèi)確定流過(guò)繞組相130U的電流流動(dòng)的開(kāi)關(guān)Tl的觸發(fā)，其中圖4中的左側(cè)闡明了電流模式。時(shí)刻tl、t2和t3表示可能的測(cè)量時(shí)刻。通過(guò)延遲時(shí)間和用于測(cè)量的AD轉(zhuǎn)換器的速度來(lái)確定所述測(cè)量窗Tm2的最小大小。在電流模式中在下降的PWM邊沿之后首先等待例如4 s的延遲時(shí)間，所述延遲時(shí)間相應(yīng)于計(jì)數(shù)值Z_delay。此外，在測(cè)量與上升的PWM邊沿之間設(shè)置例如20 u s的確定時(shí)間段，所述時(shí)間段相應(yīng)于用于測(cè)量的AD轉(zhuǎn)換器的反應(yīng)時(shí)間。因?yàn)樵陔娏髂Ｊ街猩仙腜WM邊沿確定，所以測(cè)量窗Tm2的大小是確定的并且測(cè)量可以始終在相應(yīng)于計(jì)數(shù)值Z_delay的時(shí)刻進(jìn)行。相反，在電壓模式中上升的PWM邊沿的相應(yīng)于計(jì)數(shù)值Z_vm的時(shí)刻取決于運(yùn)行條件，使得測(cè)量時(shí)間窗在電壓模式中是可變的。因此可能的是，將相應(yīng)于計(jì)數(shù)值Z_trigger_vm的測(cè)量時(shí)刻設(shè)有距PWM邊沿的較大“安全距離”，例如在相應(yīng)于(Z_vm-Z0)/2的時(shí)刻。如果現(xiàn)在在上面描述的調(diào)節(jié)中提高轉(zhuǎn)速，則一方面占空比提高并且在圖4中示出的PWM脈沖變得更寬，其中然而PWM節(jié)拍時(shí)間保持不變。另一方面，與轉(zhuǎn)速成反比的電周期T和(因此)測(cè)量窗Tml也縮短，參見(jiàn)圖3。在極限情況下達(dá)到如下?tīng)顟B(tài)在所述狀態(tài)中測(cè)量窗Tml如此短，使得對(duì)于每個(gè)EMK邊沿僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)端電壓的唯一測(cè)量。在所述測(cè)量之后以確定的間距進(jìn)行換向。在所述極限情況下，根據(jù)調(diào)節(jié)因此得出控制，并且存在電機(jī)傾覆的危險(xiǎn)。雖然可以將最大允許的轉(zhuǎn)速設(shè)置到在極端負(fù)載條件下也允許可靠運(yùn)行而不發(fā)生電機(jī)傾覆的值上，但這具有如下缺點(diǎn)在實(shí)際負(fù)載的情況下甚至沒(méi)有充分利用物理上可能的轉(zhuǎn)速范圍。以下所描述的方法基于以下構(gòu)思監(jiān)視反EMK或者指示所述反EMK的測(cè)量量的所 實(shí)施的測(cè)量的數(shù)量，并且確保至少實(shí)施預(yù)先確定數(shù)量的測(cè)量，或換言之，在圖3中示出的在去磁化與換向之間的測(cè)量窗Tml足夠大。圖5示出用于匹配電動(dòng)機(jī)100的轉(zhuǎn)速范圍的方法的流程圖。在所示的方法中，根據(jù)繞組相130V中的端電壓Uv的測(cè)量來(lái)求得反EMK，然而當(dāng)然也可以考慮其他繞組相中的一個(gè)或多個(gè)。在步驟SlO中，初始化最大允許的轉(zhuǎn)速Nmax，在此例如初始化到2000U/min。所述最大允許的轉(zhuǎn)速Nmax例如是存儲(chǔ)在控制設(shè)備160中的存儲(chǔ)器中的變量，所述變量通過(guò)當(dāng)前的方法根據(jù)瞬時(shí)運(yùn)行條件——例如負(fù)載來(lái)調(diào)節(jié)并且小于或等于電機(jī)的物理上可能的最大轉(zhuǎn)速?？刂圃O(shè)備160在此如此調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)100的轉(zhuǎn)速，使得實(shí)際轉(zhuǎn)速不超過(guò)最大允許的轉(zhuǎn)速 Nmax。在步驟S20中，將測(cè)量計(jì)數(shù)器Zrf、Zff和事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器Zevent初始化到零。測(cè)量計(jì)數(shù)器Zrf、Zff分別對(duì)在反EMK的上升邊沿和下降邊沿時(shí)所實(shí)施的測(cè)量的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。以下進(jìn)一步闡述事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器Zevent。在步驟S30中等待第一換向之后的去磁化結(jié)束，這例如可以通過(guò)繞組電路Iv達(dá)到值0來(lái)識(shí)別。在步驟S40中，測(cè)量端電壓Uv，其中所述測(cè)量的時(shí)刻位于以上描述的測(cè)量窗Tml與Tm2內(nèi)。在隨后的步驟S50中，使計(jì)數(shù)器Zrf遞增例如I，所述計(jì)數(shù)器顯示在反EMK的上升邊沿時(shí)的測(cè)量數(shù)量。在步驟S60中將所測(cè)量的端電壓Uv與閾值Uv_th進(jìn)行比較。如果Uv大于Uv_th，則這意味著反EMK在其上升邊沿中已超過(guò)零或者具有過(guò)零，并且所述方法繼續(xù)到步驟S70。否則，所述方法跳回至步驟S40，并且重復(fù)測(cè)量?；诜碋MK的所確定的過(guò)零例如可以確定接下來(lái)的換向的時(shí)刻。在下降邊沿處確定反EMK的接下來(lái)的過(guò)零。對(duì)此在步驟S70中等待第四換向之后的去磁化結(jié)束，這例如可以通過(guò)繞組電流Iv達(dá)到或者低于值0來(lái)識(shí)別。在步驟S80中測(cè)量端電壓Uv，并且在隨后的步驟S90中使計(jì)數(shù)器Zff遞增例如1，所述計(jì)數(shù)器顯示在反EMK的下降邊沿時(shí)的測(cè)量數(shù)量。
在步驟SlOO中將所測(cè)量的端電壓Uv與閾值Uv_th進(jìn)行比較。如果Uv小于Uv_th，則這意味著反EMK已經(jīng)低于零或者具有過(guò)零，并且所述方法繼續(xù)到步驟S110。否則，所述方法跳回至步驟S80，并且重復(fù)測(cè)量?；诜碋MK的所確定的過(guò)零例如可以確定接下來(lái)的換向的時(shí)刻。在步驟SllO中將計(jì)數(shù)值Zrf和Zff相加成和Zsum。因此，Zsum的值相應(yīng)于在一個(gè)電周期T內(nèi)端電壓Uv的測(cè)量數(shù)量，所述端電壓指示電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)。也可能的是，將計(jì)數(shù)值Zrf和Zff在按確定比例進(jìn)行加權(quán)的情況下相加，即例如更多地考慮上升邊沿的計(jì)數(shù)值Zrf。因此可能的是，考慮上升邊沿和下降邊沿時(shí)的測(cè)量方面的質(zhì)量差。在步驟S120中，將值Zsum與第一邊界值Zth進(jìn)行比較，所述第一邊界值在當(dāng)前示例中是3。如果Zsum小于第一邊界值Zth，則所述方法跳至步驟S130，否則跳至步驟S140。
在步驟S130中，使事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器Zevent遞增I。所述事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器Zevent對(duì)在一個(gè)電周期期間多頻繁地實(shí)施少于臨界數(shù)量的測(cè)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。如果相反Zsum不小于第一邊界值Zth，即不小于3，則在步驟S140中將事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器Zevent復(fù)位到零。在步驟S150中將事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器Zevent與第二邊界值Zth2——例如4進(jìn)行比較。如果Zevent大于第二邊界值Zth2，則所述方法跳至步驟S160，否則跳至步驟S170。在步驟S160中減小最大允許的轉(zhuǎn)速Nmax，其方式例如是，使當(dāng)前值Nmax減小例如50U/min的預(yù)先確定的值。在步驟S170中使最大允許的轉(zhuǎn)速Nmax在確定的前提下遞增。遞增的可能條件是事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器Zevent在確定的時(shí)間間隔上等于零。另一可能的條件是兩個(gè)測(cè)量計(jì)數(shù)器Zrf和ZfT的(必要時(shí)平均的)和Zsum達(dá)到高于邊界值3的邊界值。因此，為了提高轉(zhuǎn)速確定遲滯，所述遲滯能夠?qū)崿F(xiàn)更穩(wěn)定的運(yùn)行。另一可能的條件是最大允許的轉(zhuǎn)速Nmax不允許超過(guò)在最有利的條件下在物理上可能的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。還有一個(gè)可能的條件是最大允許的轉(zhuǎn)速Nmax不再作為確定的、可能與轉(zhuǎn)速相關(guān)的值大于瞬時(shí)實(shí)際轉(zhuǎn)速。也可能的是，將上述條件彼此組合。同樣也可能的是，僅僅在預(yù)先確定的時(shí)間間隔結(jié)束之后實(shí)施最大允許的轉(zhuǎn)速Nmax的降低。在步驟S160或者S170之后，所述方法跳回至步驟S20并且重新實(shí)施EMK的測(cè)量。利用以上描述的方法進(jìn)行最大允許的轉(zhuǎn)速Nmax與瞬時(shí)負(fù)載條件的動(dòng)態(tài)匹配。如果例如連續(xù)地升高實(shí)際轉(zhuǎn)速N，則電周期T縮短并且因此測(cè)量窗Tml也縮小，在所述時(shí)間窗期間進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)以上描述的方法確保了對(duì)于每個(gè)電周期實(shí)施確定的最小數(shù)量的測(cè)量，在當(dāng)前示例中3次測(cè)量。作為翻轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)在此確定測(cè)量的數(shù)量少于3。如果存在所述翻轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)，則減小最大允許的轉(zhuǎn)速Nmax，直至不再存在翻轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)所述方式可以使驅(qū)動(dòng)裝置與負(fù)載關(guān)系匹配并且可以使實(shí)際轉(zhuǎn)速升高到在物理上可能的邊界。因此，擴(kuò)展轉(zhuǎn)速范圍，其中同時(shí)確保了電機(jī)不傾覆或變得不穩(wěn)定。在以上描述的方法中，借助單獨(dú)的計(jì)數(shù)器對(duì)反EMK的上升邊沿和下降邊沿時(shí)的測(cè)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，這能夠?qū)崿F(xiàn)加權(quán)的求和，然而也可能的是，借助僅僅一個(gè)唯一的計(jì)數(shù)器對(duì)測(cè)量的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。附圖標(biāo)記表100電動(dòng)機(jī)110 電源
120逆變器橋130UU30VU30W 繞組相140星形點(diǎn)150 電阻160電機(jī)控制裝置Iu、Iv、Iw 繞組電流Uu、Uv、Uw 端電壓T電周期 Tml、Tm2 測(cè)量窗XL . . X6控制信號(hào)ZO > Z_cm> Z_delay> Z_trigger_vm> Z_vm> Z_max 計(jì)數(shù)值
權(quán)利要求
1.一種用于匹配電動(dòng)機(jī)(100)的轉(zhuǎn)速范圍的方法，其特征在于如下步驟 在預(yù)先確定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)實(shí)施測(cè)量量(Uv)的多次測(cè)量，所述測(cè)量量指示所述電動(dòng)機(jī)(100)的電動(dòng)勢(shì)(Ev)； 求得在所述預(yù)先確定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的測(cè)量的數(shù)量(Zsum);以及 根據(jù)所求得的測(cè)量的數(shù)量(Zsum)匹配所述電動(dòng)機(jī)(100)的最大允許的轉(zhuǎn)速(Nmax)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，分別在所述預(yù)先確定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)實(shí)施所述測(cè)量量(Uv)的測(cè)量，直至滿足用于識(shí)別所述電動(dòng)勢(shì)(Ev)的過(guò)零的標(biāo)準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟 如果所求得的測(cè)量的數(shù)量(Zsum)低于第一邊界值(Zthl)，則使事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì) 數(shù)值(Zevent)遞增， 如果所求得的測(cè)量的數(shù)量(Zsum)高于所述第一邊界值(Zthl)，則使所述事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值(Zevent)遞減或復(fù)位， 根據(jù)所述事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值(Zevent)匹配所述最大允許的轉(zhuǎn)速(Nmax )。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，如果所述事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值(Zevent)超過(guò)第二邊界值(Zth2),則減小所述最大允許的轉(zhuǎn)速(Nmax)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，如果所述事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值(Zevent)不超過(guò)第二邊界值(Zth2 ),則增大所述最大允許的轉(zhuǎn)速(Nmax )。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，僅僅在所求得的測(cè)量的數(shù)量(Zsum)超過(guò)第三邊界值的另外條件下增大所述最大允許的轉(zhuǎn)速(Nmax)，所述第三邊界值大于所述第一邊界值(Zthl)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，僅僅在所述事件出現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值(Zevent)在預(yù)給定的持續(xù)時(shí)間上不超過(guò)所述第二邊界值(Zth2)的條件下增大所述最大允許的轉(zhuǎn)速(Nmax)。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量量(Uv)是所述電動(dòng)機(jī)(100)的端電壓。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)構(gòu)造為同步電機(jī)、尤其是構(gòu)造為無(wú)刷直流電機(jī)。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先確定的持續(xù)時(shí)間相應(yīng)于所述電動(dòng)機(jī)(100)的一個(gè)電周期(T)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先確定的持續(xù)時(shí)間相應(yīng)于所述電動(dòng)機(jī)(100)的一個(gè)繞組相(130)的去磁化與換向之間的至少一個(gè)測(cè)量窗(Tml)。
12.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助單獨(dú)的計(jì)數(shù)器對(duì)用于識(shí)別所述反EMK的上升邊沿的過(guò)零的測(cè)量的數(shù)量和用于識(shí)別所述反EMK的下降邊沿的過(guò)零的測(cè)量的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，隨后相加所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值(Zrf，Zff )。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，加權(quán)地相加所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值(Zrf，Zff)o
14.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述電動(dòng)勢(shì)(Ev)是在所述電動(dòng)機(jī)(100 )轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感應(yīng)出的反EMK。
15.一種用于匹配電動(dòng)機(jī)(100)的轉(zhuǎn)速范圍的裝置，所述裝置設(shè)置用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求I至14中任一項(xiàng)所述的方法。
16.一種具有根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置的電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
一種用于匹配電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍的方法，其包括如下步驟在預(yù)先確定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)實(shí)施測(cè)量量的多次測(cè)量，所述測(cè)量量指示所述電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)；求得在所述預(yù)先確定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的測(cè)量的數(shù)量(Zsum)；以及根據(jù)所求得的測(cè)量的數(shù)量(Zsum)匹配所述電動(dòng)機(jī)的最大允許的轉(zhuǎn)速(Nmax)。
文檔編號(hào)H02P25/02GK102971958SQ201180029734
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者F·阿貝爾, E·魏德納 申請(qǐng)人:Bsh博世和西門(mén)子家用電器有限公司