[发明专利]无刷电动机的控制

说明书

技术领域

本发明涉及无刷电动机的控制。

背景技术

无刷电动机通常包括控制系统，所述控制系统用于控制电动机的相绕组的激励。当被AC电源驱动时，控制系统常常包括有源功率因数校正（PFC）电路，其输出用于在激励相绕组中使用的规则DC电压，同时确保从AC电源得到的电流是基本上正弦的。因此，可以获得相对较高的功率因数。但是，有源PFC电路显著地增加控制系统的成本。另外，PFC电路需要高电容量DC链电容器，其体积大且昂贵，以便提供规则反馈电压至PFC电路。

发明内容

在第一方面，本发明提出一种控制无刷电动机的方法，该方法包括：激励电动机的绕组直到绕组中的电流超过阈值；继续激励绕组持续超出时段；和响应于时间、电动机速度和激励电压中的一个的变化而调整超出时段的长度。

超出时段的长度影响在特定电半周期上被驱动至绕组中的电流的量，这继而影响从电源得到的用于激励绕组的电流的量。超出时段的长度可因此被调整以便实现特定电流波形。特别地，超出时段的长度可被调整以便减少电流波形内的谐波的大小。因而，可实现相对较高的功率因数，而不需要PFC电路或高电容值链电容器。

绕组被初始地激励，直到绕组中的电流超过阈值。初始时段的长度因此没有被预先确定，而是取决于电动机的物理特性以及激励电压的性质。结果，初始激励时段用于补偿否则可由于电动机系统内的容差和限制引起的一些计时错误。因而，可实现更稳定的电流波形。

在超出时段结束时，可使绕组续流持续电半周期的剩余部分。因而，电动机的每一个电半周期包括单个驱动时段（绕组在该驱动时段期间被激励）和单个续流时段。通过使绕组续流，电动机中的磁通密度可被更好地控制。特别地，可避免磁饱和。

超出时段可由随时间周期性改变的波形定义。结果，绕组被激励持续的时间段可从一个电半周期至下一个电半周期不同。超出时段的波形可被定义为使得从电源得到的电流的波形接近正弦曲线的波形。因而，可实现相对较高的功率因数，而不需要PFC电路。

该方法该包括针对电动机的每一个电半周期确定超出时段。这随后有助于实现针对从电源得到的电流波形的更平滑的包络。在超出时段由波形定义的情况下，不是必须不同超出时段用于电动机的相继电半周期。取决于波形的形状以及每一个电半周期的长度，电动机的相继电半周期很可能具有相同的超出时段。例如，如果超出时段的波形包括平点，则电动机的两个相继电半周期很可能具有相同的超出时段。

超出时段的波形在波形的每一个周期上可基本上为三角形的、梯形的或正弦曲线形的。超出时段因此在波形的每一个周期的第一半上增加，在每一个周期的第二半上减少。已经发现这些波形中的每一个在控制从AC电源得到电流的水平中表现良好。特别地，接近正弦曲线的波形的波形可针对从电源得到的电流而被实现，因此导致相对较高的功率因数。

当然，绕组被激励所处于的超出时段不可以是负的。因此应理解，超出时段的波形是单向的，即，该波形仅采取正值。

该方法可包括响应于电动机速度和激励电压中的一个的变化而调整波形。因此，特定功率分布可在电动机速度和/或电压上被实现。特别地，通过波形的适当调整，可在电动机速度和/或电压的范围上实现恒定的平均功率。

超出时段的长度可以包括第一部分和第二部分的和。第一部分则在波形的每一个周期上恒定，而第二部分在波形的每一个周期上改变。第一部分因此用作对于超出时段的波形的偏移或提升。因而，可以对于给定的峰值电流实现较高的平均输入功率。第二部分可在该波形的每一个周期上作为半正弦曲线改变。因而，可实现接近正弦曲线的电流波形。

将超出时段定义为两个部分的和提供响应于电动机速度和/或激励电压的变化而调整波形的便捷方法。特别地，该方法可包括响应于电动机速度和/或激励电压的变化而仅调整第一部分。

用于激励的初始时段的阈值可以是恒定的。替换地，阈值可随时间周期性地改变。随着阈值改变，在初始时段期间被驱动到绕组中的电流的水平也改变。阈值的改变因此有助于从电源得到的电流波形的定形。因而，阈值的改变可定义以便进一步改进从电源得到的电流波形的包络。尽管阈值可被预先确定，绕组仍继续被激励持续初始时段，所述初始时段没有被预先确定，而是取决于电动机的物理特性。因而，电流阈值的使用继续补偿否则可由电动机系统内的容差和限制引起的一些计时错误。