本發(fā)明涉及供電動機(jī)使用的測量裝置和在確定電動機(jī)的角度位置時使用測量裝置的電動機(jī)的驅(qū)動裝置。它在電力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中具有特定的應(yīng)用。

背景技術(shù)：
電動機(jī)已應(yīng)用于范圍廣泛的情況。它們在最近二十年獲得應(yīng)用的一個特定的區(qū)域是電力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，電動機(jī)被用于向駕駛員提供輔助扭矩。電動機(jī)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連接，并通過駕駛員施加依賴于向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加的扭矩的扭矩。一般通過使用與轉(zhuǎn)向柱連接的扭矩傳感器測量它。為了控制電動機(jī)，常常需要獲知電動機(jī)的位置。也可在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中使用該測量，以確定轉(zhuǎn)向桿的位置，并由此確定負(fù)重輪和轉(zhuǎn)向輪的角度。假定在電動機(jī)角度與轉(zhuǎn)向輪之間存在固定的關(guān)系，那么，一個的位置的知識允許計算另一個的位置。通常通過使用角度位置傳感器執(zhí)行該測量?？梢岳斫?，能夠在不設(shè)置單獨(dú)的位置傳感器的情況下測量電動機(jī)位置會是有利的。這會允許無傳感器控制，并可能降低系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。WO/2004/023639公開了使用用于測量電動機(jī)相中的電感并從測量的電感確定位置的位置感測的算法的三相無刷電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)。為了減少聲音噪聲，在各PWM周期中的作為添加到PWM模式的導(dǎo)通狀態(tài)的測試周期中測量電感。試驗(yàn)周期具有零的凈電壓，并因此不影響電動機(jī)的輸出，但足夠長，以允許電感測量以及對于電流感測使用單個電流傳感器。在WO2004/023639中提出用于電氣液壓功率轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡單的位置測量電路，該位置測量電路包含跨著接地線中的分路電阻器620直接連接以測量相中的電流變化率di/dt并從其確定相位電感和位置的差動放大器610。放大器將放大電阻器兩端的電壓，并且必須具有高的動態(tài)范圍以適應(yīng)試驗(yàn)脈沖開始時的電壓的大的變化以及試驗(yàn)脈沖內(nèi)的電壓的小的變化。對于高精度放大器高動態(tài)范圍放大器的需要增加申請人現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)的成本，這是不希望的。在附圖中的圖1中可以看出這一點(diǎn)。在申請人的后面的申請WO2008/139718中，使用采樣和保持電路以去除DC偏移，但這種方案也必然是復(fù)雜的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
根據(jù)第一方面，提供一種被配置為產(chǎn)生用于電動機(jī)的電動機(jī)控制策略中的信號的電動機(jī)電路中的測量電路，該測量電路包括：產(chǎn)生表示在連接電動機(jī)的相與接地或共用正電源電壓的di/dt路徑中流動的電流的輸出信號的第一電流感測裝置，并且，其特征在于，還包括：產(chǎn)生指示在接地線中流動的電流的變化率的輸出信號的第二電流感測裝置，并且，第二電流感測裝置包含Rogowski線圈。申請人已理解，通過在di/dt路徑（連接所有的相與接地點(diǎn)或正共用電源的共用線）中一起使用第一電流感測裝置和Rogowski線圈以提供需要的電流和變化率信息，可解決在現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。迄今為止，導(dǎo)出該信息的所有嘗試均通過使用單個感測裝置或者通過使用電流分路電阻器。在想到可以使用兩個器件之后，申請人想到，如果其中的一個是Rogowski線圈從而使得兩個傳感器的使用是經(jīng)濟(jì)可行的，那么能夠使得到的需要的處理電路簡化。通過設(shè)置Rogowski線圈，可以在不需要來自第一感測裝置的信號的復(fù)雜的處理的情況下獲得電流變化率的簡單的直接測量值。由于Rogowski線圈的輸出不需要被積分以得到電流測量值，原因是它是從第一電流感測裝置獲得的，因此，它可被優(yōu)化，使得在期望的變化率值范圍上實(shí)現(xiàn)輸出的大的擺動。第一電流感測裝置和第二電流感測裝置的輸出可被饋送到電動機(jī)控制電路的各輸入。第一電流感測裝置可包含在接地線中串聯(lián)連接的電流分路電阻器和產(chǎn)生和輸出指示分路電阻器的兩端電壓降的信號的電路。第一和第二電流感測裝置被配置為與接地路徑串聯(lián)?？梢栽O(shè)置積分來自Rogowski線圈的輸出信號以提供指示在接地線中流動的電流的另一信號的積分器?？梢栽O(shè)置比較它與來自第一感測裝置的AC電流測量值的比較裝置，并且可以設(shè)置在它們相差明顯的量的事件中標(biāo)記錯誤的裝置。因此，線圈的輸出可被用于檢查第一感測裝置的輸出的完整性。當(dāng)?shù)谝缓偷诙袦y裝置相互串聯(lián)時，這是特別方便的。Rogowski線圈可包含環(huán)繞路徑的導(dǎo)線的螺旋線圈，使得線圈的一端通過線圈的中心繞回到另一端，線圈的輸出是跨著線圈的兩端測量的電壓。當(dāng)然，它可具有其它的形式。例如，線圈可纏繞到包圍路徑的模子上，或者，可在印刷電路板（PCB）上鋪設(shè)為軌道。Rogowski線圈的輸出電壓Vout由下式描述：Vout=ANdi/dt這里，A是依賴于線圈的尺寸和形狀的常數(shù)，并且，不管它們是否處于自由空間，N都是匝數(shù)，并且，di/dt是通過線圈的接地線中的電流的變化率。線圈可以例如在氣芯環(huán)形模子上具有250～100匝。為了在基本上為50毫伏的完整電動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)上提供全尺寸輸出電壓，模子可具有單件或分離的芯部。根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種位于多相電動機(jī)的接地線中的Rogowski線圈，該線圈提供指示電動機(jī)的使用過程的接地線中的電流變化率的輸出信號，該輸出信號被饋送到電動機(jī)控制器。電動機(jī)控制器可適于從來自Rogowski線圈的輸出信號估計電動機(jī)的電感，并且再從電感的估計值估計電動機(jī)的位置。本發(fā)明可與各種電動機(jī)控制策略一起使用，但是，當(dāng)用于控制根據(jù)WO/2004/023639的教導(dǎo)的電動機(jī)時，是特別有利的，在此加入它作為參考。因此，控制策略可形成使用測量電動機(jī)相中的電感并從測量的電感確定位置的位置感測的算法的三相無刷電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)的一部分。為了減少聲音噪聲，在各PWM周期中的作為添加到PWM模式的導(dǎo)通狀態(tài)的測試周期中測量電感。試驗(yàn)周期具有零的凈電壓，并因此不影響電動機(jī)的輸出，但足夠長，以允許電感測量以及從共用接地線獲得測量值。附圖說明現(xiàn)在，參照附圖以示例的方式描述本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中，圖1是根據(jù)本發(fā)明的電動機(jī)及其相關(guān)的包含電流測量電路的驅(qū)動和控制電路的一般示意圖；圖2是圖1的電動機(jī)的電動機(jī)控制和驅(qū)動電路的更詳細(xì)的示意圖；圖3是表示電動機(jī)柱的電動機(jī)的示圖；圖4表示電動機(jī)電感如何隨電動機(jī)位置改變；圖5示出電動機(jī)的操作中的隨時間在PWM電動機(jī)中流動的典型的電流；和圖6是可用于標(biāo)記電動機(jī)中的電流的測量的電勢誤差的支電路的示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明可與各種應(yīng)用中的電動機(jī)一起使用，但是，以下描述用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的電動機(jī)的例子。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括被配置為左右移動以控制車輛的前輪的角度的轉(zhuǎn)向齒條。齒條通過轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向輪連接，轉(zhuǎn)向輪可通過駕駛員轉(zhuǎn)向，以導(dǎo)致齒條移動。為了幫助駕駛員進(jìn)行車輪轉(zhuǎn)向，電動機(jī)通過齒輪箱與軸（或齒條）連接。這通常被稱為電力輔助系統(tǒng)。在替代方案中，可通過以已知的方式將液壓回路和可動汽缸內(nèi)的雙邊活塞連接到齒條，以液壓的方式提供功率輔助。通過使用由電動機(jī)驅(qū)動的泵，以已知的方式圍繞著液壓回路抽吸液壓流體。因此，電動機(jī)是輔助用主動力源。它被稱為電氣液壓功率輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。參照圖3，電動機(jī)包括包含轉(zhuǎn)子的三相電氣換向正弦AC無刷永磁同步電動機(jī)，該轉(zhuǎn)子例如具有安裝在其上面的六個磁體，這些磁體在本實(shí)例中被配置為提供圍繞電動機(jī)在南北之間交替的六個柱。在本例子中，靜子包括九個具有三個三齒組的九槽銅纏繞元件，每個齒組具有形成各相的共用的繞組。因此，電動機(jī)在轉(zhuǎn)子的每個整轉(zhuǎn)上通過三個完整的電氣循環(huán)。電動機(jī)10由處于三個部分中的控制單元100控制，其中，第一部分確定電動機(jī)位置，第二部分產(chǎn)生用于適于電動機(jī)的PWM信號。在附圖的圖1中示出電動機(jī)與與其相關(guān)的各種電路部件之間的關(guān)系?？刂茊卧?00接收來自車輛速度傳感器（未示出）的隨車輛速度改變的輸入信號和隨轉(zhuǎn)向速度改變的來自轉(zhuǎn)向速度傳感器的信號。它也可或者替代性地接收隨駕駛員需要的扭矩改變的輸入信號，該輸入信號可從與轉(zhuǎn)向軸相關(guān)的扭矩傳感器獲得。對于液壓系統(tǒng)，電動機(jī)的速度一般被配置為隨轉(zhuǎn)向速度增加并且隨車輛速度減小。在電動機(jī)在沒有液壓的情況下直接與轉(zhuǎn)向柱或齒條連接的情況下，控制單元控制由電動機(jī)輸出的扭矩而不是其速度。在附圖的圖2中更詳細(xì)地表示電動機(jī)驅(qū)動電路30。以星狀網(wǎng)絡(luò)連接一般表示為A、B和C的三個電動機(jī)繞組?？梢允褂忙ぞW(wǎng)絡(luò)。各相繞組的一端與各端子32、32、33連接，并且，三個繞組的另一端連在一起以形成星中點(diǎn)。設(shè)置包含三相橋的驅(qū)動電路30。橋的每個相包括包含頂部開關(guān)晶體管（Q1、Q3、Q5）的頂部臂和包含底部開關(guān)晶體管（Q2、Q4、Q6）的底部臂。頂部臂和底部臂連在各相繞組的一端，各頂部臂的另一端一起與具有12伏特的供給軌連接。底部臂的另一端一起與接地的接地線連接。因此，橋的各相包含頂部開關(guān)和底部開關(guān)，使得相繞組在兩個開關(guān)之間流出。開關(guān)根據(jù)從PWM控制段60提供的信號在由驅(qū)動電路控制的模式中接通和關(guān)斷，以提供向繞組中的每一個施加的電勢差的脈沖寬度調(diào)制（PWM），并由此提供流過電動機(jī)的電流。這又控制磁場的強(qiáng)度和取向，并由此控制電動機(jī)的扭矩和速度。在各相上的開關(guān)，事實(shí)上，在PWM的狀態(tài)的各變化中，電流根據(jù)該給定PWM配置的三相電流的代數(shù)和在DC鏈接（在任意時間流動的電流具有等于所有流過電動機(jī)的電流的總和的值的di/dt路徑）中迅速地上升。在實(shí)際中，隨著電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，由于相電感的變化，將出現(xiàn)DC電平的小的變化。任選地，在PWM模式內(nèi)，可向電動機(jī)施加試驗(yàn)脈沖。該試驗(yàn)脈沖的目的是提供已知的電流在電動機(jī)的一個相內(nèi)流動（不向其它的相施加電流）的時間周期。然后可確定這一點(diǎn)，或者，更正確地，可測量該電流的變化率，以用于確定電動機(jī)位置。該試驗(yàn)脈沖應(yīng)保持盡可能地短，從而允許在單個電動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)內(nèi)施加這種短試驗(yàn)脈沖。在實(shí)際中，不需要施加實(shí)際的試驗(yàn)脈沖－系統(tǒng)簡單地被配置為在PWM模式與試驗(yàn)脈沖所需要的模式對應(yīng)時在適當(dāng)?shù)拇翱跁r間中執(zhí)行試驗(yàn)，PWM策略被選擇，使得這些試驗(yàn)窗戶固有地作為PWM策略的一部分出現(xiàn)?？刂茊卧枰@知電動機(jī)位置，以確保由PWM控制段60產(chǎn)生正確的PWM模式?？蓮呐c電動機(jī)相關(guān)的位置傳感器確定這一點(diǎn)，但是，在本例子中，通過估計任何給定時間的電動機(jī)的電感確定它。由于它隨電動機(jī)位置改變，因此，它可被用于在不需要設(shè)置位置傳感器的情況下估計位置。特定地，在本例子中，通過確定在接地線中流動的電流的變化率，獲得電感測量值。在例如用于電氣液壓（EPHS）系統(tǒng)的WO2004/023639中教導(dǎo)該控制方法，但是，本發(fā)明也同樣適用于全電氣（EPAS）系統(tǒng)。從圖3可以理解，由于靜子鐵芯與轉(zhuǎn)子后鐵芯之間的空氣間隙隨位置改變，因此轉(zhuǎn)子2的電感隨電氣位置改變，從而導(dǎo)致靜子通量磁阻隨轉(zhuǎn)子位置變化。在圖4中在兩轉(zhuǎn)的過程中表示三個相A、B、C中的一個的電感的變化，很清楚表示電感值的周期性本質(zhì)。其它的相表現(xiàn)它們的自身的唯一的變化?？刂茊卧?00利用這一點(diǎn)，使得從電動機(jī)電感的估計值導(dǎo)出位置的估計，這些估計自身是在PWM模式中的適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)窗口中從電動機(jī)的電流的測量值得到的?？刂茊卧残枰陔妱訖C(jī)中流動的絕對電流，并且，從包括在電動機(jī)的接地線35中串聯(lián)設(shè)置的電流分路電阻器的第一電流感測裝置200獲得它。該電阻器兩端的電壓降由于隨電流改變而被測量，并且，假定電阻器的值是已知的，那么可很容易地確定電流。為了測量繞組中的每一個中的電流，必須在向繞組的各端子施加的電壓已知（并由此特定的相的導(dǎo)通狀態(tài)已知）的PWM周期內(nèi)在精確的瞬時上采樣總電流。第二電流感測裝置300與電流分路電阻器串聯(lián)。它包括纏繞在接地線周圍的導(dǎo)線的螺旋線圈，使得線圈的一端往回穿過用于形成Rogowski線圈的線圈。已知在線圈的兩端測量的輸出信號提供纏繞它的接地線中的電流的變化率的測量值。該線中的電流指示一般流過電動機(jī)的di/dt路徑的電流。這兩個線被饋送到放大器310。第二傳感器300被用于測量相的電感。WO2004/023639又提供可如何使用di/dt信號以確定電感的教導(dǎo)。在該本例子中，變化率信號被饋送到比較級70，該比較級70比較它與存儲的電感信息40，以導(dǎo)出估計的位置信號50。也可設(shè)置積分Rogowski線圈的輸出并提供指示在接地線中流動的電流的信號作為其輸出的積分器400。在附圖的圖6中表示這一點(diǎn)。該導(dǎo)出的電流信號通過使用比較器500與從分路電阻器電路輸出的信號比較。如果從積分器和電流分路電路估計的電流流動不同，那么比較器的輸出導(dǎo)致出現(xiàn)錯誤標(biāo)記600。