无刷电机的速度的控制方法与流程

1.本发明涉及用于控制无刷电动机的速度的方法，更具体地说，涉及用于确定由存在于电机电子电路中的测量电阻的感性部分产生的电压的方法。


背景技术：

2.目前，无刷电机广泛应用于工业中，因为它们相比直流电机具有许多优势。它们具有更好的性能和更高的可靠性。无刷电机在包括热力发动机的机动车辆中特别有用。无刷电机具有非常好的重量功率比，可替代直流电机，尤其是在质量或转速是重要标准时。
3.无刷电机为同步交流电动机，通常为三相电动机。需要准确地控制电机的速度，这通常借助于霍尔效应传感器来实现。这些传感器使得能够准确地知道电机中旋转磁场的位置。然而，当电机转速较高时，传感器变得不太有效。
4.因此，存在无刷且无传感器的电机。该方法包括通过功率级和定子绕组之间的测量电阻来测量电机各相中的电流。这样，测量电阻两端的电压测量值（对应于电机该相中的电流电象）使得能够确定电机中旋转磁场的位置。
5.当无刷电机要求高电功率时，需要设置阻值较低的测量电阻，以限制电阻中消耗的功率。
6.测量电阻的寄生电感为几纳亨，这意味着测量电阻两端测得的电压不能准确地反映电流电象。这样，对于非常低的电阻值，寄生电感变得很大，并使电流测量出错。此外，出错的电压测量会导致电机同步性差，因此速度控制随机性大且不太稳健。
7.一种解决方案包括添加差分滤波器，以消除寄生电感分量。该解决方案有许多缺点，因为差分滤波器的参数是根据测量电阻供应商给出的寄生电感值来设定的。该值是基于统计离差，因测量电阻而异。它还可能随测量电阻的温度而变化，也可能随时间而变化。
8.因此，需要准确、实时地知道由存在于电子电路中的测量电阻的感性部分产生的电压的实际值。


技术实现要素：

9.因此，本发明涉及用于确定由存在于电子电路中的测量电阻的感性部分产生的电压ul的方法，所述电子电路包括信号发生器、连接到所述信号发生器和所述测量电阻的至少一个定子绕组、以及测量电阻两端的电压的差分放大器，所述方法包括：
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使电子电路通电预定的持续时间t的步骤，
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在通电步骤结束时测量测量电阻两端的电压ut的步骤，
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在通电步骤结束时确定由测量电阻的阻性部分产生的电压ur的步骤，以及
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根据电压ut和电压ur来确定由测量电阻的感性部分产生的电压ul的步骤。
10.根据本发明的一个实施例，根据下式来确定电压ur：ur= (rr* (vdc/ls) * t * k) z其中，
ur表示由测量电阻的阻性部分产生的电压，rr表示测量电阻的阻性部分的电阻，vdc表示信号发生器传输的电压，ls表示定子绕组的感性部分的电感，t表示持续时间，k表示差分放大器的放大系数，并且z是常数。
11.有利地，由测量电阻的感性部分产生的电压ul等于电压ut和电压ur之差。
12.根据本发明的另一实施例，持续时间t在7μs至10μs之间。
13.根据本发明的又一实施例，该方法包括存储由测量电阻的感性部分产生的电压ul的值的附加步骤。
14.根据本发明的又一实施例，针对测量电阻的各种使用条件来确定由测量电阻的感性部分产生的电压ul。
15.根据本发明的又一实施例，该方法包括根据由测量电阻的感性部分产生的电压ul来确定测量电阻的寄生电感lr的附加步骤。
16.本发明还涉及根据本发明的方法用于确定由存在于电动机的电子电路中的测量电阻的感性部分产生的电压ul的用途。
17.本发明还涉及用于电机的控制单元，其用于实施根据本发明的方法以使电机同步，所述电机包括信号发生器、转子、定子，定子包括三个定子绕组，每个定子绕组通过定子相（phase statorique）而连接到信号发生器，每个定子相包括一个测量电阻和两个开关以及在测量电阻两端的至少一个差分放大器。
18.本发明的优点在于准确地确定由测量电阻的感性部分产生的实际电压。
19.本发明的另一优点在于提高了由测量电阻的阻性部分产生的电压的测量准确度。
20.本发明的另一优点在于提高了电机控制的性能和稳健性。
21.本发明的又一优点在于以较低的成本准确地测量由测量电阻的阻性部分产生的电压。
附图说明
22.通过阅读以下描述并参考附图，将更好地理解本发明的其他特征和优点，附图以绝非限制性的示例的名义给出。
23.图1示出了电子电路的示意图。
24.图2示出了电动机的电子电路的一个示例。
具体实施方式
25.如上所述，本发明是基于确定由包括在电子电路中的测量电阻的感性部分产生的电压。
26.图1示出了电子电路，包括信号发生器1、电阻2、线圈或定子绕组3以及在测量电阻2两端的差分放大器4。电阻2连接到信号发生器1和定子绕组3，定子绕组3本身连接到信号发生器1。
27.信号发生器1能够向电子电路传送信号，以便给电子电路通电。根据本发明的信号发生器1产生直流电压信号。根据本发明的一个实施例，信号发生器1在已知的持续时间t期间传送已知值的直流电压阶跃vdc。
28.定子绕组3在通电时使得能够产生电流。定子绕组3包括电阻rs的阻性部分7和电感ls的已知感性部分8。
29.测量电阻2包括电阻rr的已知阻性部分5和电感lr的感性部分6。测量电阻2用于确定由电子电路中的电流感生出的电压，从而使得能够产生电流的电象。只有阻性部分5产生的电压ur对于具有电流的理想电象是有用的。然而，当测量测量电阻2两端的电压ut时，电压ut是测量电阻2的感性部分6产生的电压ul和阻性部分5产生的电压ur之和。因此需要准确地知道电压ul的值，以便能够产生流经电子电路的电流的理想电象。
30.测量电阻2的电阻rr的值非常低，在毫欧级。因此其两端的电压ur的值非常低。因此，需要在测量之前对其进行放大，因此在测量电阻2两端设置差分放大器4。因此，差分放大器4以放大系数k放大电压ur，同时也放大电压ul。差分放大器4还使得能够将常数z加到所测得的电压ut，以便确定要处理的是正电流还是负电流。
31.一般来说，为了清楚起见，将放大后的测量电阻2两端的电压值称为ut。同样，将放大后的由测量电阻2的感性部分6和阻性部分5产生的电压值分别称为ul和ur。
32.根据本发明的方法使得能够准确且实时地确定由测量电阻2的感性部分6产生的电压ul。第一步是给电子电路通电预定的持续时间t。这一步是通过激活信号发生器1来进行的。根据本发明的一个实施例，信号发生器1传送值为vdc的电压信号。持续时间t取决于电子电路及其各组件的参数，特别是取决于定子绕组的电感。根据本发明的一个实施例，持续时间t通常在7μs至10μs之间。
33.这样，在通电步骤结束时，值vdc是已知的，并且持续时间t也是已知的。接下来是测量测量电阻2两端的电压ut的步骤，以便确定时间t处的电压ut的值。要指出的是，可以根据下式来确定时间t处的电压ut的值：其中，rr表示测量电阻的阻性部分的电阻，vdc表示信号发生器在时间t处传输的电压，ls表示定子绕组的感性部分的电感，t是持续时间，lr表示测量电阻的感性部分的电感，i表示电流强度，k表示差分放大器的放大常数，并且z是一个常数。
34.接下来在通电步骤结束时还执行确定由测量电阻2的阻性部分5产生的电压ur的步骤。根据本发明的一个实施例，从理论上根据下式来确定时间t处的电压ur：
其中，rr表示测量电阻的阻性部分的电阻，vdc表示信号发生器在时间t处传输的电压，ls表示定子绕组的感性部分的电感，t是持续时间，k表示差分放大器的放大常数，并且z是一个常数。
35.这样，知晓时间t处由测量电阻2的阻性部分5产生的电压ur的值以及测量电阻2两端的电压ut的值使得能够确定在时间t处由测量电阻2的感性部分6产生的电压ul的值。
36.根据本发明的一个实施例，由测量电阻2的感性部分6产生的电压ul等于电压ut和电压ur之差。
37.此外，根据本发明的方法使得能够针对多种使用条件来确定由测量电阻2的感性部分6产生的电压ul。根据本发明的一个实施例，针对各种温度条件并且还根据测量电阻2的老化状态来确定电压ul。
38.根据本发明的一个实施例，存储所确定的电压ul的值。数据尤其可以存储在电机控制单元的存储器中。这使得能够针对每个测量电阻2以及针对各种使用条件建立电压ul的值的数据库。最终，可以基于测量电阻2两端的电压ut的实际测量值、由测量电阻2的阻性部分5产生的电压ur以及针对测量电阻2的各种使用条件来实时且准确地进行确定。要指出的是，根据本发明的方法使得能够在没有差分滤波器的情况下准确地确定电压ur。
39.根据本发明的方法还使得能够基于由测量电阻2的感性部分6产生的电压ul来确定测量电阻2的感性部分6的电感lr。电感lr的值也被存储以创建数据库。
40.根据本发明的方法尤其可以用于确定由存在于电动机的电子电路中的测量电阻2的感性部分6产生的电压ul。
41.图2示出了电动机的电子电路的示例。电子电路包括信号发生器10、转子、包括三个定子绕组11、12和13的定子。每个定子绕组11、12和13分别通过定子相u、v和w连接到信号发生器10。每个定子相u、v和w分别包括一个测量电阻14、15和16以及两个开关14a和14b、15a和15b以及16a和16b。电机还包括在测量电阻14、15或16两端的至少一个差分放大器17。
42.电机还包括电机控制单元（图2未示出），以实施根据本发明的方法，以便准确地同步电机。
43.由测量电阻14、15、16的阻性部分产生的电压ur的准确确定使得能够准确地知道电机旋转场的位置，因此使得能够准确地同步电机。根据本发明的方法还使得能够提高电机控制的性能和稳健性。