[发明专利]用于驱动直流电机的方法和设备

说明书

技术领域

本发明通常涉及对无刷直流电机的控制，尤其涉及一种方法和设备，其可以在没有例如霍尔传感器或者光电式编码器的位置传感器情况下控制无刷直流电机，以及确定电机的旋转方向。

背景技术

本领域中如何确定永磁电机的转子位置以及在没有霍尔传感器或者任何其它位置传感器的情况下控制这些电机是公知的。这样的不需要位置传感器的控制模式被称作无传感器控制模式。大量的这些无传感器控制模式依靠反电动势(BEMF或者反EMF)。在电机运行期间，绕组经历了由永久磁铁产生的随时间变化的磁场。这个随时间变化的磁场在绕组中产生了反电动势(BEMF或者反EMF)。BEMF的振幅是永久磁铁关于绕组的位置的函数。

在“基于反电动势传感原理的全波电机驱动集成电路(A Full-Wave MotorDrive IC Based on The Back-EMF Sensing Principle)”(在IEEE 1989年8月的消费电子学报第35卷，第3刊，第415-420页)中，解释了控制三相直流电机的反EMF的检测原理。控制三相永磁电机时，有时一相(也就是绕组或线圈)是开路的并且其中没有电流流过。在这种情况下，端电压等于反电动势电压并且可以被直接检测到。电流换向的时刻可以从浮动电机绕组中的BEMF过零点(或者ZCP，BEMF改变极性的点)导出。

当一相是开路时，其中的相电流对于任何时间的长度都保持在0，单相电机并没有固有的间隔，因此反EMF检测方法是不适用的。在US5,986,419中，一辅助绕组、一所谓的交轴绕组被提供用于检测一BEMF信号。为了不受由定子绕组产生的磁场的影响，交轴绕组被放置在适当的位置。当在交轴绕组的端部检测到的BEMF信号与定子绕组中感应出的BEMF信号不同相时，还可以用于导出定子绕组中的电流换向的时刻。US5,986,419中提出的解决方案需要装配或改进电机以容纳一附加的绕组，因此该方案不能用于大多数单相无刷直流电机。

另外，提出的方法不能确定电机的旋转方向，一比较重要的参数。

在“基于绕组分时法的单相无刷直流电机无传感器控制技术(SensorlessControl Technology for Single Phase BLDCM Based on the Winding Time-SharingMethod)”(ISBN 0-7803-9252-3/05)中，王微子(Weizi Wang)等人提出使用单相无刷直流电机的定子绕组同时作为传感器和驱动元件：在一个控制周期的大部分时间，定子绕组作为具有负载电流的驱动组件驱动电机的旋转。在其余时间，同一定子绕组用于感应/检测反电动势信号。然而定子绕组的分时是一个缺点，例如正好在定子绕组需要用于驱动(b)时期望获取BEMF信号是不可能的。

在“(对无传感器操作的小电换向永久磁铁电机的反电动势估计的方法)Back-EMF estimation approach for Sensorless operation of small electronicallycommutated permanent magnet motor”(2002年由罗马尼亚Brasov的特兰西瓦尼亚大学出版社出版的电气和电子设备优化的第八次国际会议论文集(Brasov，2002年5月16-17日)，的第II卷第509-512页)中，由Gabriel Cimuca等人提出通过使用有限差分格式解决一组描述电机动态行为的一阶微分方程式来预测反电动势信号。这种方法需要了解电机的特性(电机绕组的等效电阻和电感)。对反电动势的预测依靠电机特性的有效性和/或已知的这些特性的精确性(这些特性在指定到大量市场商业化的同一个系统的不同的电机中也是变化的)，因此对于反电动势信号的预测往往是不可能实现的。

仍然需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明提供了一种确定例如单相无刷直流电机的永磁电机电流换向的时刻或者状态的方法，其不用实际测量电机绕组的端子上的BEMF信号。本发明提出了在没有专用传感器的情况下确定运动量(cinematic quantities)(角位移、角速度，等等)。

本发明还提供了一种方法，当电机在它的确定或者影响磁场线的分布的构成组件中表现出不对称性(有意的或意外的)时，可以从电机绕组中感应的BEMF信号中导出转子的旋转方向。