[发明专利]无传感器和无刷电动机的不对称控制

说明书

本发明涉及用于对电动机的电动机相换向的方法和设备。

在电子换向的电动机(也称为EC电动机或者BLDC电动机)中，通过逆变电路产生旋转电流网，施加在电动机的定子线圈上，从而产生旋转的定子磁场。电动机的转子通常具有一个或者多个永磁铁，通过这些永磁铁产生静止的转子磁场。由定子磁场和转子磁场的相互作用产生旋转转矩，其使转子运动。

EC电动机的逆变电路根据转子的位置控制旋转电流网的相位，转子的位置大多必须通过测量技术确定。为确定转子的位置，特别是确定转子的旋转角度，经常提供传感器，例如霍尔传感器、簧片传感器等，它们直接测量转子磁场。经常而且特别是从成本的理由出发另外的选择方案是使用无传感器的旋转角发生器来采集转子的位置。在此测量电动机的所谓的反电动机力(反EMK，或者也称反EMF)，亦即通过旋转的转子磁场在定子线圈中感生的电压来确定位置。这种结构类型的电动机称为无刷、无传感器的电动机。

无传感器的旋转角发生器的缺点是，反EMK通常仅能在一个电动机相中测量，该电动机相在测量期间没有电流。因此为测量反EMK在换向的一个完整周期期间(该换向在1极同步电动机中相应于一个360°的全周期的转子旋转)规定这样一种测量角或者测量范围的个数，在该测量角或者测量范围内所涉及的相没有电流的保持。另一方面，通过该测量角或每一测量角将限制换向角的最大大小和位置，换向角由于这一限制通常显著低于理论上可能的180°的最大角。使用换向角表示全周期中使用电路技术控制、即激励该相或每一相的那一部分。大多使用120°和150°之间的换向角。扩大换向角通常导致增大电动机的功率和效率，从而经常希望达到尽可能大的换向角。

常规方式是彼此对称即以相同的方式控制电动机的相。在此特别是对于所有电动机相以相同的方式调整换向角和测量角。此外，在电动机的双极换向的场合，常规上也对称地选择两个换向角，它们相应于在全周期期间对同一电动机相的正的和负的控制，在此在这两个换向角之间交替提供两个相同的测量角。

通常在相应的电动机相中在反EMF过零时对电动机相换向。为从电动机获得较高的功率，可以以正的预燃工作。在此不检测感生电压的过零点作为用于换向角的触发或者开始信号。而把反EMK与一个异于零的比较电压(特别是在反EMK下降时UL＞0V)进行比较。但是比较电压必须小于中间电路电压，因为感生的电压通过逆变电路由系统决定地被限制为中间电路电压的数值。该限制导致最大可调整预燃角的限制，从而又导致电动机功率的限制。

本发明的任务在于，提供一种用于对电动机的电动机相换向的方法，该方法使得能够用简单而且价格适宜的设备获得特别高的电动机功率。此外本发明的任务在于，提供一种特别适合用于执行所述方法的设备。

关于方法根据本发明该任务通过权利要求1的特征解决，关于所属设备通过权利要求7的特征解决。

根据本发明，建议一种用于对无刷和无传感器的电动机的电动机相换向的方法，其中电动机相的控制与传统技术相反非对称进行。

根据本发明，建议两个可彼此独立或者组合使用的变体，用于转换该非对称性。按照第一变体，通过将一个电动机相的换相角关于至少一个另外的电动机相缩小地控制，彼此非对称地控制不同的电动机相，以便产生一个足够大的前置或者后置的测量角。从而反EMK仅在电动机相的一部分，优选仅在一个唯一的电动机相中被检测到，而对于其他电动机相，可以不依赖于通过反EMK测量施加的限制、从而特别是在技术可能性的框架内优化选择换向角。

按照第二变体，在双极电动机控制的场合，通过在两个分布在全周期上的、分别对应于控制的正和负半波的换向角中，相对于另一个换向角缩小地控制一个换向角，关于自身非对称地控制一个电动机相，以便又保留一个先行或者后继的测量角。在特殊情况下，通过把两个相同大小的对应于一个相的换向角非对称地设置在该全周期上，也实现这样的非对称换向，从而在这些换向角之间形成一个较大的中间角(测量角)和一个较小的中间角。

考虑测量角而被缩小的换向角下面称为“测量换向角”，与此相对不缩小的换向角称为“功率换向角”。在测量角内所涉及的电动机相像在常规的换向方法中那样为确定转子位置而通过测量反EMK无电流地接通。

在此本发明从下面的考虑出发，不需要把通过对转子位置的无传感器确定强制施加的关于预燃角和换向角的选择限制传播到所有其他的相和换向周期上。而仅缩小单个换向角的大小以便能够逐点定位，而所有的或者一些剩余的换向角具有一个数值上较大的角范围，这样就足够了。