电机驱动电路和驱动电机的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机控制电路，以及控制多相电动机的方法。
【背景技术】
[0002]在范围广泛的应用中，电动机变得越来越普遍。例如，众所周知，提供此类包括输入轴、输出轴、被适配以测量输入轴中的转矩的转矩传感器、以及被适配以依赖于由转矩传感器测量到的转矩将辅助转矩施加到输出轴的电动机的电动助力转向系统(EPS)。
[0003]典型的永磁式电动机包括例如包括一个永磁体的磁性的转子，以及包括在一个轭上的多个相绕组的定子。将合适的电压施加到相绕组中的每个绕组上使得电流能够流经绕组、在定子和转子之间的空气间隙中生成电流通量矢量。此通量与转子磁体的磁场进行交互以使得转子能够旋转到其中电流矢量与转子磁场的轴线相一致的均衡点。
[0004]为了使得转子能够连续地转动，流经绕组的电流必须按顺序变化。这使得电流矢量能够旋转。这可以通过在电机驱动电路的控制下调制每个绕组上的电压而被实现。
[0005]在电机中产生的转矩首先以通常线性的方式依赖于流经绕组的电流，其次依赖于由转子磁体造成的电流相对于通量的相位。
[0006]当转子静止时，在电流矢量与转子通量矢量正交时产生最大的转矩；当电流与转子通量同相时不产生转矩。基于这个原因，通常控制电机以保持电流与转子通量正交。但是，随着转子速度增大，在线圈中产生的反电动势也增大。这限制了可以被产生的转矩。众所周知，使电流的相位相对于转子通量超前，可以增大在特定情况下可用的转矩。
[0007]另外，这样的电机的最大旋转速度依赖于电机相端子处的电压-此电压必须大于由电机产生的反电动势以便生成转矩。反电动势通常作为电机速度的函数线性地增大。针对诸如会在EPS系统中使用的电池供电的电机，因此最大电机速度间接地被电池电压约束。这也可以通过如下方式抵消，即通过使电流的相位相对于电机超前，产生与磁场相一致的电流分量，并且可以动作以减小或减弱场，进而减小给定的转子速度时的反电动势。随着场的减小，电机速度可以增大。
【发明内容】
[0008]根据本发明，提供一种用于具有包括至少一个永磁体的转子以及包括至少一个相绕组的定子的无刷直流电机的驱动系统，所述系统包括驱动电路，其包括与绕组相关联的用于改变流经绕组的电流的开关装置；被布置为感测转子位置的转子位置感测装置；以及被布置为提供驱动信号来控制开关装置的控制装置；驱动系统进一步被布置为接收具有依赖于转子中的至少一个磁体的温度的值的温度信号，其特征在于控制装置被布置为依赖于转子磁体的温度相对于转子位置改变流经绕组的电流的相位。
[0009]控制装置可以被适配为以正常控制模式控制电机，由此控制装置被布置为根据电机转子速度使流经绕组的电流的相位超前。当以这种模式运行时，所选择的相位超前的量可以独立于温度或基本上独立于温度。
[0010]当温度超过预定水平时，控制装置可以被布置为以非正常模式运行电机，其中在非正常模式中，相位超前的量小于在特定运行状况下如果电机以正常模式运行时被施加的相位超前。特别是，当温度超过预定水平时，控制装置可以被布置为以非正常模式运行电机，其中在非正常模式中，控制装置被布置为根据电机转子速度和温度使流经绕组的电流的相位超前，以使得在一定范围的预定义的运行状况下，控制装置被布置为施加减少的量的相位超前。
[0011]减少的量的相位超前意味着针对给定的速度和电流要求，被施加的相位超前的量将小于在特定的运行状况之外时施加的相位超前的量，并且小于当以正常模式运行时针对给定的速度和电流要求所施加的相位超前的量。
[0012]这些运行状况可以是其中如果相位超前不被减小或不被保持在预定水平以下则磁体将变为永久性退磁的运行状况。如果所述状况没有被满足，则在正常和非正常模式中相位可以以相同的方式变化，驱动系统考虑对在那些状况中不需要的相位超前的量进行修改。通常地，运行状况的范围将对应于升高的温度的范围。
[0013]为了确定状况是否被满足，驱动系统可以可选地监测需求电流以及温度、以及相位超前角度。在较低需求电流时较大的相位超前角度可能落在可以引起磁体损坏的状况(不足的d轴电流)的范围之外，在较高需求电流时较小的相位超前角度可能落入所述状况的范围。
[0014]因此，驱动系统可以以两种可识别的模式运行。驱动系统可以主动地根据温度选择要使用哪一个模式，仅仅在处于非正常模式时相位根据温度而变化，并且当不处于那个模式时相位不随温度而变化。当温度阈值被越过时，驱动系统可以从一个模式移到另一个模式。进入非正常模式的阈值可以高于返回到正常模式的阈值，或者两个阈值可以相同。
[0015]当然，系统不需要在所有实施例中主动地选择要处于哪个模式，并且根据相位如何被改变，系统可以被默认为处于正常模式或非正常模式。例如，判断处于哪个模式的唯一的方式可以是通过观察驱动系统的行为以及运行状况。
[0016]在正常模式和非正常模式中，控制装置可以被适配为当电机速度达到或超过在没有相位超前的情况下可以实现的最大速度(即所谓的电机额定速度)时，使流经绕组的电流相对于转子位置的相位超前。控制装置可以按照需求改变相位以允许针对给定的电机速度生成附加的转矩。
[0017]在诸如电动助力转向应用之类的许多应用中的电机，通常使用诸如NdFeB磁体之类的稀土磁体(例如，NEOQUENCH-DR:http://www.daido-electronics.c0.jp/english/product/neoquench_dr/ind ex.html)。申请人已经理解到这些磁体具有温度依赖特征，包括它们在一旦被磁化后保持磁场的能力。随着温度升高，损害磁体的磁化强度所需要的场减小。当电流的相位超前时，这潜在地引入了有害的d轴电流(其生成与磁体磁场相反的磁场)。如果温度较高，则当较大的电流被施加到电机并且同时也存在较大的相位超前时，磁体的磁化强度的永久性减小可能出现。
[0018]为了阻止损害，已知可以应用较大量的稀土金属到磁体以将损害发生时的温度提高到最大预期温度和相位超前状况以上。但是，这增加了磁体的成本。
[0019]通过监测磁体的温度，本发明的驱动系统可以以非正常模式运行，其中d轴电流的量被减小或被限制到不会危害磁体的水平，因此磁体可以承受较高的温度而不对磁化强度造成损害(因此没有对电机性能的永久性损害)。可以仅仅在确定损害会发生时修改超前(依赖于温度和电流以及超前的量)。因此，对非正常模式的保护仅仅在较大的温度、电机速度和相位超前时发挥作用，所以在没有那么高要求的状况中系统的性能不被影响。这允许针对给定的磁体组成实现较高的最大运行温度。
[0020]当已知d轴电流不会损害磁体并且在较高温度时使用非正常模式时，每当温度低于预定水平时，可以因此应用正常模式。此预定的温度将依赖于电机设计，特别是依赖于磁体特征，并且可以在驱动系统的生产期间被预设置。
[0021]例如，对于NdFeB磁体，损害发生时的温度依赖于磁体的组成，并且当温度超过例如100摄氏度或120度或140度时可以使用非正常模式。非正常模式运行时的温度阈值可以对应于损害可以发生时的温度，或与它相比可以低一个安全裕度。所述温度阈值可以被选择处于基本上100度到基本上150度的范围中，或基本上100度到基本上130度的范围中，或在120和130度之间或这些高和低范围限制的任何其他组合的范围中。
[0022]驱动系统可以从与电机或驱动系统相关联的一个或多个温度传感器接收温度信号。这些温度传感器可以直接地或间接地测量磁体的温度，例如对不是转子磁体、但从中可以估计转子磁体温度的组件进行测量。
[0023]控制装置可以响应于电机电流要求信号生成驱动电压信号，电机电流要求信号的幅值是电机要产生的转矩的函数。控制装置可以包括将电流要求信号转换为d-q参考坐标系中的q轴电流分量和d轴电流分量的d_q坐标系转换器。
[0024]控制装置可以包括确定要被施加的相位超前的量并且修改转换器的操作的相位超前计算器。相位超前计算器可以响应于转