[发明专利]确定具有至少一个励磁绕组的同步机的转子位置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定具有至少一个励磁绕组的同步机的转子静止或者低 速的位置的方法。本发明在汽车部门、航空部门和工业部门领域中获得特别 有益但是不是唯一的应用。

本发明还涉及实施所述确定具有至少一个励磁绕组的同步机的转子静止 或者低速的位置的方法的设备。

背景技术

目前，自动控制的同步电动机包括两个同轴部分，一个作为转子的旋转 部分，一个作为定子的固定部分。电动机例如是诸如交流发动机起动器之类 的可逆机(reversible machine)。转子和定子由气隙(air gap)分离。定子包括被称 作电动机的相的多个定子绕组。这些定子绕组围绕电动机的中心轴均匀分布， 从而产生旋转磁场。

转子可被提供有永久磁铁。转子也可被提供有一个或多个励磁绕组，该 一个或多个励磁绕组被放置成使得它们与定子绕组的互感系数是所述转子的 位置的函数。

这种类型的电动机遇到的一个问题是必须确定转子静止时相对于定子绕 组的角位(angular position)，以便能够使电动机以最大转矩启动。这是因为， 为了控制一个控制提供定子绕组的电动机的设备，必须确定转子在电源电压 被施加到定子绕组时的瞬间的角位。知道该位置，然后可以对该电动机供电， 从而在定子生成的磁通量总是保持与转子磁通量相差四分之一周期，从而使 得能够获得最大转矩。该位置的了解也使得能够固定电动机的启动位置。

确定转子角位问题的第一种传统解决方案包括为电动机配备位置传感 器，例如三个霍耳效应磁传感器。这三个磁传感器空间上偏移120电角度。 电角度与机械角度之间的比率取决于转子的极的数目。电子周期是指转子的 一个北极与转子的下一个北极之间的完整一圈。该电子周期等于360电角度。

磁传感器被放置在相对于电动机转子固定的磁目标(magnetic target)的磁 场中。该磁目标经历在工厂中进行的磁化作用。磁传感器被固定到定子上， 与该磁目标相对，从而在磁场的翻转期间进行切换。霍耳效应传感器被布置 来能够检测相邻磁场中的变化。

对于360电角度的周期，每个磁传感器在180电角度的角周期上传送等 于0的二进制信号，在其余周期上传送等于1的二进制信号。三个二进制信 号的逻辑组合使得能够从中产生具有60电角度分辨率的转子角位。

该分辨率可以通过磁传感器的数目的增加来提高。这种类型的传感器使 得能够检测转子静止以及所述转子的旋转期间的位置。

这样的解决方案具有各种缺陷。具体地，霍耳效应磁传感器比较昂贵， 并且将它们就近安装到电动机会增加电动机的空间要求。另外，除了用于对 电动机供电的电缆以外，还必须使用用来对霍耳效应磁传感器供电的其他电 缆和用于收集由所述传感器提供的信息的连接。这并不是说，在难以接近安 装了传感器的地方的环境中布置所述电缆和连接会违反机动性、质量、坚固 性、可靠性和成本的限制。另外，在磁目标上执行磁化作用会增加所述电动 机的总成本。

确定转子角位问题的第二种传统解决方案包括为电动机配备光学传感 器。该光学传感器检测固定到转子的反射带或者不透明带的通过。它们与先 前描述的霍耳效应传感器具有相同类型的操作。类似地，分辨率是60电角度。 这种类型的传感器具有与磁传感器相同的缺陷。

因为用来辨别转子位置的检测方法是机械检测具有机械角度分辨率的转 子位置，因此现有技术的这些位置传感器具有严重的缺陷。使用该方法，转 子的成对极的数目增加得越多，则电子分辨率降低得越多。

确定转子位置问题的第三种传统解决方案包括为电动机配备分解器，该 分解器几乎提供转子相对于定子的绝对位置。这种解决方案的一个缺陷在于 该分解器易碎并且在电动机中难以使用的事实。该解决方案比先前的解决方 案更昂贵，即使它的性能比所述那些解决方案更好。

因此注意到，现有技术中提出的对检测转子静止的位置的问题作出的解 决方案尤其在空间要求、可靠性、质量以及尤其成本的限制上并且当务之急 尤其在特殊应用领域(例如汽车)上不令人满意。

发明内容

本发明的目的是正好解决先前描述的技术的缺陷。为此，为了消除使用 位置传感器和磁目标的目的，本发明提出修改用于检测转子静止的位置的现 有技术。本发明中所述元件的消除使得能够去除电缆和连接，从而尤其对成 本、机动性、空间要求、质量和可靠性的限制起作用。