电机控制设备的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电机控制设备和电机控制方法。
【背景技术】
[0002]本发明找到其用于控制(诸如，《无刷》电机和《无集电体》的电机)电控电机的应用。
[0003]《无刷》电机(也被称为BLDC)通常包括转子和定子，转子包括多个永磁体，并且定子包括多个绕组(winding)。
[0004]通过控制模块顺序供应定子绕组，以产生旋转式磁场。转子的永磁体不断地寻求定位在磁场的方向上。
[0005]对于运行的电机，必须控制绕组的供应以使得旋转磁场保持位于转子的永磁体的前方。因此，产生电机扭矩。
[0006]因此，需要关于转子的位置的信息来确定适当的切换时刻。
[0007]为此，已知解决方案包括:放置霍尔效应传感器，以及通过预定点检测磁极的通道。
[0008]该解决方案的缺点在于，添加传感器导致制造商的额外成本增加并且增加故障风险。
[0009]另一种已知解决方案包括:在时间窗口在绕组的端子处测量反电动势(counter-electromotive force)的实际信号，在时间窗口期间，绕组的端子从电源的端子断开。然后，从由此测量的信号可推断转子的位置。
[0010]该解决方案的缺点在于，很难永久性地获取反电动势的实际信号。因此，仅可以即刻获知有关信号通过零点的通道的转子位置。需要庞大的计算能力来管理信号获取窗口。
[0011]进一步地，反电动势的实际信号具有低信/噪比。此外，需要重要的计算能力来数字滤波噪声。
[0012]因此，当电机以低速运行时，例如，在启动或关闭阶段，反电动势的实际信号的振幅以及然后由处理模块处理的信号的振幅较低。很难准确推断出反电动势的实际信号通过零点时的通道和转子的位置。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是克服这些缺点的全部或部分。
[0014]本发明涉及一种包括定子和转子的类型的电机控制设备，所述定子设置有至少一个绕组，电机由控制模块驱动:
[0015]-控制模块能够为至少一个绕组的端子根据预定控制定律选择:
[0016].与相对于固定参考端子为参考的电源的端子中的一个连接的配置；和
[0017].与电源的端子断开的配置；
[0018]其特征在于，控制设备包括:
[0019]-至少一个转换模块，该至少一个转换模块能够将在绕组的端子中的至少一个处获取的源信号转换成浮动图像信号，浮动图像信号表示在绕组中感应的反电动势，转换模块具有:
[0020].从电机和/或控制模块特性确定的时间常数；
[0021].与绕组的端子中的所述至少一个连接的至少第一端子和第二端子，第一端子和第二端子可能相对于固定参考信号具有浮动电势，源信号在第一端子和第二端子之间获取。
[0022]表达式《绕组的端子》可指绕组的端部、绕组的中间点、或甚至与所述绕组相关联的附加绕组的端部或中间点，例如，用于测量其中的磁通量。
[0023]表达式《表示反电动势的浮动图像信号》指与反电动势的实际信号为相同频率的信号。然而，浮动图像信号可具有反电动势的实际信号的振幅和截然不同的相位。
[0024]术语《连接》就其最宽泛的含义延伸，即，《直接或间接连接》。
[0025]表达式《控制模块特征》指控制模块的硬件或软件特征。
[0026]表达式《可能相对于固定参考端子具有浮动电势的端子》指在至少确定的时间段内与固定参考端子断开的端子。
[0027]根据本发明的设备的优点在于，该设备能够连续获得表示反电动势的浮动图像信号。
[0028]浮动图像信号的振幅不因转换模块而恶化。此外，当电机处于其启动阶段时，仍可以可靠地获得浮动图像信号。
[0029]此外，由于选择的转换模块的时间常数而消除了由控制模块产生的寄生频率。
[0030]因此，浮动图像信号具有卓越的信/噪比并且无需计算便可获得。然后，从浮动图像信号可以推断出反电动势的实际信号的一些特征，诸如，通过零点或通过预定值的通道(passage)。
[0031]根据本发明的设备可包括一种或多种下列特征。
[0032]根据第一种可能性，至少一个转换模块的第二端子连接至绕组的另一端子。
[0033]根据第二种可能性，该至少一个转换模块的第二端子形成浮动参考端子。
[0034]优选地，控制模块具有:
[0035]-多个开关，能够在导通状态与断开状态之间切换；
[0036]-多个续流二极管，该多个续流二极管分别被安装成与相应的开关并联，以使得绕组在开关从其导通状态至其断开状态的每次切换时通过续流二极管放电；并且
[0037]该至少一个转换模块的时间常数大于或等于每个续流二极管的导通时间。
[0038]通过《续流二极管的导通时间》，指当与续流二极管相关联的开关从其导通状态切换至其断开状态时，绕组通过续流二极管完全放电所需的时间。
[0039]该布置确保在切换之后在绕组完全放电之前，不撤消浮动图像信号。
[0040]因此，当控制定律(control law)包括一连串序列时，序列连续性地始终遵循确定顺序。确保了转子的旋转，而没有振荡风险。
[0041]有利地，该至少一个转换模块的时间常数大于或等于电机的电气时间常数。
[0042]由比值L/R定义电机的电气时间常数，其中，L是绕组的感应值，并且R是绕组的电阻值。
[0043]电机的电气时间常数大于每个续流二极管的导通时间。因为允许仅根据电机的特征调整转换模块的时间常数的大小，所以具体情况允许简化转换模块的设计。
[0044]根据一种特征，在绕组中感应的反电动势的频率可能在确定的频带内改变；并且
[0045]该至少一个转换模块被配置为:
[0046]-保持源信号的包括在确定频带中的频率分量；并且
[0047]-截止源信号的未包括在确定频带中的频率分量。
[0048]在绕组中感应的反电动势的频率根据转子的旋转速度而改变。该转换模块允许通过删除在确定频带外的频率分量来提高浮动图像信号的信/噪比。
[0049]因此，当控制定律使用脉冲宽度调制(PWM)时，转换模块削弱由该调制而产生的频率分量。
[0050]例如，转换模块可包括低通滤波器或带通滤波器。
[0051]有利地，设备包括至少一个参考模块，该至少一个参考模块被设计成将浮动图像信号转换成相对于固定参考端子为参考的信号，该参考模块包括:
[0052]-输入级，连接至该至少一个转换模块；和
[0053]-输出级，与输入级隔离。
[0054]该参考信号可能经历模拟/数字变换，而这对于浮动图像信号是困难的。
[0055]根据一种可能性，例如，输出级通过转换器或光耦合器与输入级电气绝缘。
[0056]根据另一种可能性，例如，输出级比输入级具有更大的阻抗，从而通过使用绝缘操作放大器阻止电流的循环。
[0057]优选地，至少一个参考模块被设计成将浮动图像信号转换成相对于固定和二值化参考端子为参考的信号，并且:
[0058]-当输入级的端子处的浮动图像信号大于阈值时，采用第一预定值；并且
[0059]-如果否，则采用第二预定值。
[0060]根据一种特征，参考模块包括用于调整阈值的器件。
[0061]因此，可以设置通过参考模块引入的相移。例如，调整器件可以是连接在参考模块的输入处的电阻。
[0062]根据一种实施方式，至少一个参考模块包括:第一光親合器和第二光親合器(分别包括第一发光二极管和第二发光二极管)；以及第一光电晶体管和第二光电晶体管，第一二极管的阳极连接至第二晶体管的阴极，并且第二二极管的阳极连接至第一二极管的阴极。
[0063]然后，可以使用参考和二值化信号来准确地确定反电动势的实际信号的占空因数。
[0064]例如，所使用的信息是所知的参考和二进化信号的上升和下降沿以及所知的通过转换模块和参考模块引入的相移。
[0065]有利地，至少一个参考模块包括光親合器。
[0066]优选地，设备包括数字处理模块，数字处理模块连接至至少一个参考模块，数字处理模块被设计成处理由至少一个参考模块输出的参考和二进化信号，从而:
[0067]-根据控制模块的控制定律产生一连串的切换序列；和/或
[0068]-对由转子执行的转数进行计数；和/或
[0069]-确定转子的位置。
[0070]在优选实施方式中，电机是包括遵循三角形拓扑或星形拓扑连接的三个绕组的无刷电机，设备包括:
[0071].三个转换模块，分别与相应的绕组相关联并且相对于绕组的端子遵循三角形或星形拓扑而连接；和
[0072].三个参考模块，相对于转换模块遵循三角形或星形拓扑连接。
[0073]本发明还涉及一种用于控制定子和转子的类型的电机的方法，定子设置有至少一个绕组，电机由控制模块驱动，从而能够为至少一个绕组的端子根据预定控制定律选择:
[0074]-与相对于固定参考端子为参考的电源的端子中的一个连接的配置；和
[0075]-与电源的端子断开的配置；该方法包括:
[0076]-获取在绕组的至少一个端子处的至少一个源信号的步骤；
[0077]-第一步骤，将至少一个源信号转换成表示在绕组中感应的反电动势的至少一个浮动图像信号。
[0078]优选地，该方法包括第二步骤:转换该至少一个浮动图像信号，从而输出相对于固定参考端子为参考的至少一个信号。
[0079]优选地，该方法进一步包括:
[0080]-将至少一个参考信号二值化的步骤；和
[0081]-通过施加考虑在转换步骤过程中引入的至少一个延迟的预定校正从
[0082].参考和二值化信号；与
[0083].预定控制定律；
[0084]产生控制模块的一连串切换序列的步骤。
[0085]根据一种可能性，根据构成转换模块的电子部件在设计阶段期间所施加的校正是预定的。
[0086]可替代地，根据至少一个操作参数的值的范围，所施加的校正在设计阶段期间可采用若干个预定值，并且该方法进一步包括下列步骤:测量至少一个操作参数，根据至少一个操作参数的测量值在预定值之中选择所施加的校正。
【附图说明】
[0087]使用下列描述参考所附示意图将更好地理解本发明，附图通过