专利名称：用于无传感器地确定电机的转子位置的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子换向的电机，其中通过确定感应电压以无传感器的方式确定转子的转子位置。本发明尤其涉及一种用于无传感器地确定转子位置的方法。
现有技术为了电机的电子换向，需要确定转子的转子位置(在转子的旋转机器情况下)，以便由此确定要施加的旋转(磁)场和/或场矢量的瞬时方向和强度。除了大量的基于传感器的探测转子位置的方法以外，越来越多地使用这样的方法，在该方法中，借助于电参数，例如借助于电压和电流，来确定转子位置。这些方法中的一种方法称为反电动势(Back-EMF)法，其中，由在电机的相之一中的感应电压确定转子位置。在此情况下，确定的转子位置被分配给感应电压的过零的一个位置。由于为了测量感应电压，必需无电流地切换在其处应该测量感应电压的相应的相联接头，因此反电动势法的使用在选择合适的电流图形(通电流模式)下被限制用于电子换向。此外，借助于反电动势法来确定转子位置一般仅仅在这样的电机中才完全有可能，即在该电机中感应电压描绘一种近似正弦形的变化曲线并且相电压不经由逆变器调节，因为在逆变器情况下相联接头不能够被无电流地切换。因此，为了测量感应电压，按照预定的脉冲宽度调制设置电流图形的中断的形式的消隐间隔。在消隐间隔期间，相关的相，在该相下将预料到感应电压的过零，被无电流地切换并且实施感应电压的大小和/或其梯度的测量，以确定在消隐间隔期间感应电压的过零的时间点。但是，设置消隐间隔与在运行电机时发出噪声的增大相关联。一般地，采用反电动势法不可能实现对例如噪声特性有利的持久的电压预设(没有消隐间隔)。感应电压的变化曲线与纯粹的正弦曲线的偏差越大，用于无传感器地运行正弦式电机的已知方法的品质因数就越降低，例如在无传感器的、场取向的调节情况下。因此本发明的目的在于提供一种方法和一种装置，借此在非正弦形的电压下也可以无传感器地确定转子位置。本发明的公开
该目的通过按照权利要求1所述的用于无传感器地确定转子位置的方法以及按照并列的权利要求所述的装置和电机系统来实现。另外的有利的设计方案在从属权利要求中给出。按照第一方面，一种用于无传感器地确定转子位置的方法，以运行电子换向的电机，所述方法包括以下步骤:
-由一个或多个电机电流和电机电压确定在电机的线圈中的感应电压；和 -由感应电压与估计的感应电压的偏差估计转子位置和/或速度数据(信息)。上述方法的一种构思在于，间接地经由感应电压的估计误差来掌握转子位置。在此情况下，感应电压的变化曲线可以不是正弦曲线形的，如其尤其是在较小结构尺寸的电机中发生的那样。修正和可选地滤波借助于非线性的估测器来实施，该估测器借助于线路模拟(Streckennachb i I dung )估计感应电压。依据在估计的感应电压和测量的感应电压之间的偏差，借助于线性化计算转子位置和角速度的误差。该转子位置和角速度接着被导回到估测器的线路模拟中，以便修正估计的转子位置和估计的角速度。以这种方式，即使在产生感应电压的非正弦曲线的电机中也可以无传感器地获得转子位置和角速度。此外可以规定，通过以下方式实施转子位置和速度数据的确定，
-其中将感应电压的偏差线性化，以获得在当前的转子位置和估计的转子位置之间的偏差和/或在当前的速度数据和估计的速度数据之间的偏差，
-其中将转子位置和/或速度数据的偏差输送给一个虚拟控制段(环节)，以确定估计的转子位置和估计的速度数据；和
-其中将估计的转子位置和估计的速度数据逆算到估计的感应电压。可以规定，使用转子位置和速度数据的偏差，以修正估计的转子位置和估计的速度数据。此外，通过对感应电压进行采集(扫描)或滤波产生的失真(畸变)通过借助于传递函数适配的线性化来修正，以获得在当前的转子位置和估计的转子位置之间的偏差和/或在当前的速度数据和估计的速度数据之间的偏差，其中，逆算的估计的感应电压用相同的传递函数加载。按照另一个方面，一种用于无传感器地确定转子位置、以运行电子换向的电机的装置，包括:
-计算块，其用于由一个或多个电机电流和电机电压确定在电机的线圈中的感应电压；和
-估测器，其用于由感应电压与估计的感应电压的偏差估计转子位置和/或速度数据。此外，该装置可以包括:
-线性化块，其用于将感应电压的偏差线性化，以便获得在当前的转子位置和估计的转子位置之间的偏差和/或在当前的速度数据和估计的速度数据之间的偏差，和
-逆算块，其用于将估计的转子位置和/或估计的速度数据逆算到估计的感应电压。按照另一个方面，设置一种具有电机和上述装置的电机系统。按照另一个方面，设置一种计算机程序产品，其含有程序编码，当程序编码在数据处理单元上被执行时，它实施上述方法。附图简述
以下借助于附图详细说明本发明的优选实施方式。附图中:
图1显示了具有电子换向的电机、用于以无传感器方式运行的电机系统的一个框块图；和
图2显示了一个用于由感应电压确定实际的转子位置的功能块图。实施方式的描述
图1显示了用于运行电机2的电机系统I。电机2最好实施成无刷的，也就是说，电子换向的电机，例如形式为同步电机，异步电机，磁阻机械或类似机器。电机2是多相的并且为了运行将相电压经由相线3施加到电机2上。相电压在驱动电路(激励电路)4中产生。在电机2被设计成发电机的情况下，驱动电路4经由相线3接收电压和电流，该驱动电路4在这种情况下作为转换器电路来运行。 以下从驱动电动机作为电机2出发。为了运行电机2，依据经由控制线路5提供给驱动电路4的控制信号，驱动电路4在时间上依次地将相电势施加到相线3上。为此,一个供给源(未示出)与驱动电路4连接，该供给源提供用于运行电机2的电能。在控制单元6中依据电机2的转子的转子位置和可选地依据转子速度或转子的转数产生控制信号。控制单元6例如可以设计成微控制器。在本情况下电机系 统I应该以无传感器的方式设计并且转子位置和/或转速由相电压和相电流导出。为此一种常用的方法是借助于所谓的反电动势法确定感应电压。在反电动势法中，在电机2的相支线中的，也就是说在相线3中的感应电压Uind的变化过程(变化曲线)被确定并且将感应电压Uind的过零的时间点分配给固定的转子位置。相电流Is和可选地相电压Us可以在驱动电路4中进行测量并且输送给控制单元
6。按照下面的电机微分方程式可以确定感应电压Uind。
权利要求
1.用于无传感器地确定转子位置(ΦJ的方法，以运行电子换向的电机(2)，所述方法包括以下步骤: -由一个或多个电机电流和电机电压确定在电机(2)的线圈中的感应电压(Uind);和 -由感应电压(Uind)与估计的感应电压(Oind)的偏差(AUind)估计转子位置和/或速度数据
2.根据权利要求1所述的方法，其中，实施对转子位置(9el)和速度数据(ω J的确定， -其中将感应电压(Uind)的偏差线性化，以获得在当前的转子位置(φ el)和估计的转子位置di)之间的偏差(Λ φ el)和/或在当前的速度数据(ωε1)和估计的速度数据(^i) 之间的偏差(Δ ω el), -其中将转子位置(Φ el)和/或速度数据(ω J的偏差(Δ φ el’ Δ ω J输送给一个虚拟控制段，以确定估计的转子位置和估计的速度数据；和 -其中将估计的转子位置dj和估计的速度数据逆算到估计的感应电压(Oind)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，使用转子位置和/或速度数据的偏差(△f el，Λω」，以修正估计的转子位置和估计的速度数据(IS进.j °
4.根据权利要求2至3所述的方法，其中，借助于与速度相关的线性化来修正通过对感应电压(Uind)的采集或滤波产生的失真，以获得在当前的转子位置(f el)和估计的转子位`置(#<)之间的偏差和/或在当前的速度数据(ω J和估计的速度数据(:1S进.!)之间的偏差，其中，逆算的估计的感应电压(Oind)被用相同的传递函数加载。
5.用于无传感器地确定转子位置、以运行电子换向的电机的装置，所述装置包括: -计算块(11)，其用于由一个或多个电机电流和电机电压确定在电机⑵的线圈中的感应电压(Uind);和 -估测器(16)，其用于由感应电压(Uind)与估计的感应电压(Oind)的偏差(AUind)估计转子位置(U和/或速度数据(|3μ)。
6.根据权利要求5所述的装置，包括: -线性化块(14)，其用于将感应电压的偏差线性化，以便获得在当前的转子位置和估计的转子位置(U之间的偏差和/或在当前的速度数据和估计的速度数据之间的偏差，和 -逆算块(13)，其用于将估计的转子位置和/或估计的速度数据逆算到估计的感应电压(Oind)。
7.电机系统(I)，其包括电机(2)和根据权利要求5或6所述的装置。
8.计算机程序产品，其含有程序编码，当程序编码在数据处理单元上被执行时，它实施根据权利要求1至4中任一项所 述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于无传感器地确定转子位置(el)的方法，以运行电子换向的电机(2)，包括以下步骤:由一个或多个电机电流和电机电压确定在电机(2)的线圈中的感应电压(Uind);和由感应电压(Uind)与估计的感应电压( ind)的偏差(ΔUind)估计转子位置(el)和/或速度数据(ωel)。
文档编号H02P6/18GK103109453SQ201180045051
公开日2013年5月15日 申请日期2011年9月9日 优先权日2010年9月20日
发明者D.弗里克, A.赖斯 申请人:罗伯特·博世有限公司