專利名稱：用于無傳感器地確定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子換向的電機(jī)，其中通過確定感應(yīng)電壓以無傳感器的方式確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置。本發(fā)明尤其涉及一種用于無傳感器地確定轉(zhuǎn)子位置的方法。
現(xiàn)有技術(shù)為了電機(jī)的電子換向，需要確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置(在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機(jī)器情況下)，以便由此確定要施加的旋轉(zhuǎn)(磁)場和/或場矢量的瞬時(shí)方向和強(qiáng)度。除了大量的基于傳感器的探測轉(zhuǎn)子位置的方法以外，越來越多地使用這樣的方法，在該方法中，借助于電參數(shù)，例如借助于電壓和電流，來確定轉(zhuǎn)子位置。這些方法中的一種方法稱為反電動(dòng)勢(Back-EMF)法，其中，由在電機(jī)的相之一中的感應(yīng)電壓確定轉(zhuǎn)子位置。在此情況下，確定的轉(zhuǎn)子位置被分配給感應(yīng)電壓的過零的一個(gè)位置。由于為了測量感應(yīng)電壓，必需無電流地切換在其處應(yīng)該測量感應(yīng)電壓的相應(yīng)的相聯(lián)接頭，因此反電動(dòng)勢法的使用在選擇合適的電流圖形(通電流模式)下被限制用于電子換向。此外，借助于反電動(dòng)勢法來確定轉(zhuǎn)子位置一般僅僅在這樣的電機(jī)中才完全有可能，即在該電機(jī)中感應(yīng)電壓描繪一種近似正弦形的變化曲線并且相電壓不經(jīng)由逆變器調(diào)節(jié)，因?yàn)樵谀孀兤髑闆r下相聯(lián)接頭不能夠被無電流地切換。因此，為了測量感應(yīng)電壓，按照預(yù)定的脈沖寬度調(diào)制設(shè)置電流圖形的中斷的形式的消隱間隔。在消隱間隔期間，相關(guān)的相，在該相下將預(yù)料到感應(yīng)電壓的過零，被無電流地切換并且實(shí)施感應(yīng)電壓的大小和/或其梯度的測量，以確定在消隱間隔期間感應(yīng)電壓的過零的時(shí)間點(diǎn)。但是，設(shè)置消隱間隔與在運(yùn)行電機(jī)時(shí)發(fā)出噪聲的增大相關(guān)聯(lián)。一般地，采用反電動(dòng)勢法不可能實(shí)現(xiàn)對例如噪聲特性有利的持久的電壓預(yù)設(shè)(沒有消隱間隔)。感應(yīng)電壓的變化曲線與純粹的正弦曲線的偏差越大，用于無傳感器地運(yùn)行正弦式電機(jī)的已知方法的品質(zhì)因數(shù)就越降低，例如在無傳感器的、場取向的調(diào)節(jié)情況下。因此本發(fā)明的目的在于提供一種方法和一種裝置，借此在非正弦形的電壓下也可以無傳感器地確定轉(zhuǎn)子位置。本發(fā)明的公開
該目的通過按照權(quán)利要求1所述的用于無傳感器地確定轉(zhuǎn)子位置的方法以及按照并列的權(quán)利要求所述的裝置和電機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。另外的有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中給出。按照第一方面，一種用于無傳感器地確定轉(zhuǎn)子位置的方法，以運(yùn)行電子換向的電機(jī)，所述方法包括以下步驟:
-由一個(gè)或多個(gè)電機(jī)電流和電機(jī)電壓確定在電機(jī)的線圈中的感應(yīng)電壓；和 -由感應(yīng)電壓與估計(jì)的感應(yīng)電壓的偏差估計(jì)轉(zhuǎn)子位置和/或速度數(shù)據(jù)(信息)。上述方法的一種構(gòu)思在于，間接地經(jīng)由感應(yīng)電壓的估計(jì)誤差來掌握轉(zhuǎn)子位置。在此情況下，感應(yīng)電壓的變化曲線可以不是正弦曲線形的，如其尤其是在較小結(jié)構(gòu)尺寸的電機(jī)中發(fā)生的那樣。修正和可選地濾波借助于非線性的估測器來實(shí)施，該估測器借助于線路模擬(Streckennachb i I dung )估計(jì)感應(yīng)電壓。依據(jù)在估計(jì)的感應(yīng)電壓和測量的感應(yīng)電壓之間的偏差，借助于線性化計(jì)算轉(zhuǎn)子位置和角速度的誤差。該轉(zhuǎn)子位置和角速度接著被導(dǎo)回到估測器的線路模擬中，以便修正估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置和估計(jì)的角速度。以這種方式，即使在產(chǎn)生感應(yīng)電壓的非正弦曲線的電機(jī)中也可以無傳感器地獲得轉(zhuǎn)子位置和角速度。此外可以規(guī)定，通過以下方式實(shí)施轉(zhuǎn)子位置和速度數(shù)據(jù)的確定，
-其中將感應(yīng)電壓的偏差線性化，以獲得在當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置和估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置之間的偏差和/或在當(dāng)前的速度數(shù)據(jù)和估計(jì)的速度數(shù)據(jù)之間的偏差，
-其中將轉(zhuǎn)子位置和/或速度數(shù)據(jù)的偏差輸送給一個(gè)虛擬控制段(環(huán)節(jié))，以確定估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置和估計(jì)的速度數(shù)據(jù)；和
-其中將估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置和估計(jì)的速度數(shù)據(jù)逆算到估計(jì)的感應(yīng)電壓?？梢砸?guī)定，使用轉(zhuǎn)子位置和速度數(shù)據(jù)的偏差，以修正估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置和估計(jì)的速度數(shù)據(jù)。此外，通過對感應(yīng)電壓進(jìn)行采集(掃描)或?yàn)V波產(chǎn)生的失真(畸變)通過借助于傳遞函數(shù)適配的線性化來修正，以獲得在當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置和估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置之間的偏差和/或在當(dāng)前的速度數(shù)據(jù)和估計(jì)的速度數(shù)據(jù)之間的偏差，其中，逆算的估計(jì)的感應(yīng)電壓用相同的傳遞函數(shù)加載。按照另一個(gè)方面，一種用于無傳感器地確定轉(zhuǎn)子位置、以運(yùn)行電子換向的電機(jī)的裝置，包括:
-計(jì)算塊，其用于由一個(gè)或多個(gè)電機(jī)電流和電機(jī)電壓確定在電機(jī)的線圈中的感應(yīng)電壓；和
-估測器，其用于由感應(yīng)電壓與估計(jì)的感應(yīng)電壓的偏差估計(jì)轉(zhuǎn)子位置和/或速度數(shù)據(jù)。此外，該裝置可以包括:
-線性化塊，其用于將感應(yīng)電壓的偏差線性化，以便獲得在當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置和估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置之間的偏差和/或在當(dāng)前的速度數(shù)據(jù)和估計(jì)的速度數(shù)據(jù)之間的偏差，和
-逆算塊，其用于將估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置和/或估計(jì)的速度數(shù)據(jù)逆算到估計(jì)的感應(yīng)電壓。按照另一個(gè)方面，設(shè)置一種具有電機(jī)和上述裝置的電機(jī)系統(tǒng)。按照另一個(gè)方面，設(shè)置一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其含有程序編碼，當(dāng)程序編碼在數(shù)據(jù)處理單元上被執(zhí)行時(shí)，它實(shí)施上述方法。附圖簡述
以下借助于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。附圖中:


圖1顯示了具有電子換向的電機(jī)、用于以無傳感器方式運(yùn)行的電機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)框塊圖；和
圖2顯示了一個(gè)用于由感應(yīng)電壓確定實(shí)際的轉(zhuǎn)子位置的功能塊圖。實(shí)施方式的描述
圖1顯示了用于運(yùn)行電機(jī)2的電機(jī)系統(tǒng)I。電機(jī)2最好實(shí)施成無刷的，也就是說，電子換向的電機(jī)，例如形式為同步電機(jī)，異步電機(jī)，磁阻機(jī)械或類似機(jī)器。電機(jī)2是多相的并且為了運(yùn)行將相電壓經(jīng)由相線3施加到電機(jī)2上。相電壓在驅(qū)動(dòng)電路(激勵(lì)電路)4中產(chǎn)生。在電機(jī)2被設(shè)計(jì)成發(fā)電機(jī)的情況下，驅(qū)動(dòng)電路4經(jīng)由相線3接收電壓和電流，該驅(qū)動(dòng)電路4在這種情況下作為轉(zhuǎn)換器電路來運(yùn)行。 以下從驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)作為電機(jī)2出發(fā)。為了運(yùn)行電機(jī)2，依據(jù)經(jīng)由控制線路5提供給驅(qū)動(dòng)電路4的控制信號，驅(qū)動(dòng)電路4在時(shí)間上依次地將相電勢施加到相線3上。為此,一個(gè)供給源(未示出)與驅(qū)動(dòng)電路4連接，該供給源提供用于運(yùn)行電機(jī)2的電能。在控制單元6中依據(jù)電機(jī)2的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置和可選地依據(jù)轉(zhuǎn)子速度或轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)產(chǎn)生控制信號。控制單元6例如可以設(shè)計(jì)成微控制器。在本情況下電機(jī)系 統(tǒng)I應(yīng)該以無傳感器的方式設(shè)計(jì)并且轉(zhuǎn)子位置和/或轉(zhuǎn)速由相電壓和相電流導(dǎo)出。為此一種常用的方法是借助于所謂的反電動(dòng)勢法確定感應(yīng)電壓。在反電動(dòng)勢法中，在電機(jī)2的相支線中的，也就是說在相線3中的感應(yīng)電壓Uind的變化過程(變化曲線)被確定并且將感應(yīng)電壓Uind的過零的時(shí)間點(diǎn)分配給固定的轉(zhuǎn)子位置。相電流Is和可選地相電壓Us可以在驅(qū)動(dòng)電路4中進(jìn)行測量并且輸送給控制單元
6。按照下面的電機(jī)微分方程式可以確定感應(yīng)電壓Uind。
權(quán)利要求
1.用于無傳感器地確定轉(zhuǎn)子位置(ΦJ的方法，以運(yùn)行電子換向的電機(jī)(2)，所述方法包括以下步驟: -由一個(gè)或多個(gè)電機(jī)電流和電機(jī)電壓確定在電機(jī)(2)的線圈中的感應(yīng)電壓(Uind);和 -由感應(yīng)電壓(Uind)與估計(jì)的感應(yīng)電壓(Oind)的偏差(AUind)估計(jì)轉(zhuǎn)子位置和/或速度數(shù)據(jù)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，實(shí)施對轉(zhuǎn)子位置(9el)和速度數(shù)據(jù)(ω J的確定， -其中將感應(yīng)電壓(Uind)的偏差線性化，以獲得在當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置(φ el)和估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置di)之間的偏差(Λ φ el)和/或在當(dāng)前的速度數(shù)據(jù)(ωε1)和估計(jì)的速度數(shù)據(jù)(^i) 之間的偏差(Δ ω el), -其中將轉(zhuǎn)子位置(Φ el)和/或速度數(shù)據(jù)(ω J的偏差(Δ φ el’ Δ ω J輸送給一個(gè)虛擬控制段，以確定估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置和估計(jì)的速度數(shù)據(jù)；和 -其中將估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置dj和估計(jì)的速度數(shù)據(jù)逆算到估計(jì)的感應(yīng)電壓(Oind)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，使用轉(zhuǎn)子位置和/或速度數(shù)據(jù)的偏差(△f el，Λω」，以修正估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置和估計(jì)的速度數(shù)據(jù)(IS進(jìn).j °
4.根據(jù)權(quán)利要求2至3所述的方法，其中，借助于與速度相關(guān)的線性化來修正通過對感應(yīng)電壓(Uind)的采集或?yàn)V波產(chǎn)生的失真，以獲得在當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置(f el)和估計(jì)的轉(zhuǎn)子位`置(#<)之間的偏差和/或在當(dāng)前的速度數(shù)據(jù)(ω J和估計(jì)的速度數(shù)據(jù)(:1S進(jìn).!)之間的偏差，其中，逆算的估計(jì)的感應(yīng)電壓(Oind)被用相同的傳遞函數(shù)加載。
5.用于無傳感器地確定轉(zhuǎn)子位置、以運(yùn)行電子換向的電機(jī)的裝置，所述裝置包括: -計(jì)算塊(11)，其用于由一個(gè)或多個(gè)電機(jī)電流和電機(jī)電壓確定在電機(jī)⑵的線圈中的感應(yīng)電壓(Uind);和 -估測器(16)，其用于由感應(yīng)電壓(Uind)與估計(jì)的感應(yīng)電壓(Oind)的偏差(AUind)估計(jì)轉(zhuǎn)子位置(U和/或速度數(shù)據(jù)(|3μ)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，包括: -線性化塊(14)，其用于將感應(yīng)電壓的偏差線性化，以便獲得在當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置和估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置(U之間的偏差和/或在當(dāng)前的速度數(shù)據(jù)和估計(jì)的速度數(shù)據(jù)之間的偏差，和 -逆算塊(13)，其用于將估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置和/或估計(jì)的速度數(shù)據(jù)逆算到估計(jì)的感應(yīng)電壓(Oind)。
7.電機(jī)系統(tǒng)(I)，其包括電機(jī)(2)和根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置。
8.計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其含有程序編碼，當(dāng)程序編碼在數(shù)據(jù)處理單元上被執(zhí)行時(shí)，它實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所 述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于無傳感器地確定轉(zhuǎn)子位置(el)的方法，以運(yùn)行電子換向的電機(jī)(2)，包括以下步驟:由一個(gè)或多個(gè)電機(jī)電流和電機(jī)電壓確定在電機(jī)(2)的線圈中的感應(yīng)電壓(Uind);和由感應(yīng)電壓(Uind)與估計(jì)的感應(yīng)電壓( ind)的偏差(ΔUind)估計(jì)轉(zhuǎn)子位置(el)和/或速度數(shù)據(jù)(ωel)。
文檔編號H02P6/18GK103109453SQ201180045051
公開日2013年5月15日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者D.弗里克, A.賴斯 申請人:羅伯特·博世有限公司