用于無傳感器式地獲知電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子換向的電機(jī)，對于所述電子換向的電機(jī)而言借助于對感應(yīng)電壓的 確定來無傳感器式地檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置。特別地，本發(fā)明涉及一種用于無傳感器式地確 定轉(zhuǎn)子位置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了使電機(jī)進(jìn)行電子換向，有必要確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置(對于旋轉(zhuǎn)的機(jī)器而言是 轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動件位置)，以便從中獲知有待施加的轉(zhuǎn)動場或者場向量的當(dāng)前的方向和強(qiáng)度。 除了大量的、用于基于傳感器地檢測轉(zhuǎn)子位置的方法之外，還越來越多地使用一些方法，在 這些方法中在已知的電參量、例如相電壓和相電流的基礎(chǔ)上確定轉(zhuǎn)子位置。
[0003] 這些方法之一被稱為反電動勢法（Back-EMF-Verfahren)，用該反電動勢法從在電 機(jī)的相位之一內(nèi)的感應(yīng)電壓中獲知轉(zhuǎn)子位置。在此將所確定的轉(zhuǎn)子位置分配給所述感應(yīng)電 壓的過零點(diǎn)的位置。因?yàn)闉榱藴y量所述感應(yīng)電壓而有必要無電流地切換相應(yīng)的相接頭，其 中應(yīng)該在所述相應(yīng)的相接頭上測量所述感應(yīng)電壓，所以在使用所述反電動勢法時在對于合 適的用于電子換向的通電模式的選擇方面存在著限制。此外，借助于所述反電動勢法通常 僅僅在這樣的電機(jī)中才能精確地進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置確定，對于這樣的電機(jī)而言所述感應(yīng)電壓描 繪了近似正弦形的曲線變化并且相電壓根據(jù)逆變器的類型不是通過逆變器來提供，因?yàn)閷?于逆變器而言不能無電流地切換相接頭。
[0004] 為了測量所述感應(yīng)電壓，通常根據(jù)預(yù)先給定的脈寬調(diào)制來設(shè)置通電模式的中斷形 式的消隱期。在消隱期期間無電流地切換相關(guān)的相位，在該相位中預(yù)料到所述感應(yīng)電壓的 過零點(diǎn)，并且實(shí)施對于所述感應(yīng)電壓的大小或者梯度的測量，以便在消隱期期間確定所述 感應(yīng)電壓的過零點(diǎn)的時刻。
[0005] 但是，消隱期的設(shè)置與在電機(jī)的運(yùn)行中產(chǎn)生的增大的噪聲相關(guān)聯(lián)。用反電動勢法 通常不可以進(jìn)行例如對于噪聲特性而言有利的持久的電壓預(yù)先規(guī)定(無消隱期)。所述感應(yīng) 電壓的曲線變化偏離純粹正弦的曲線變化的程度越大，所熟知的、用于無傳感器式地運(yùn)行 正弦形的機(jī)器的方法的質(zhì)量、例如無傳感器的場導(dǎo)向的調(diào)節(jié)的質(zhì)量就越下降。
[0006] 此外，可以設(shè)置一種用于獲知旋轉(zhuǎn)的、多相的、電子換向的電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的方 法，所述電機(jī)具有多個相繞組，所述相繞組通過相接頭能通電。在此確定所述電機(jī)的相接頭 上的相電壓和相電流，并且從所確定的相電壓和電流中獲知所述電機(jī)的相接頭上的感應(yīng)電 壓。以固定于定子的笛卡爾坐標(biāo)系為參照提供所述感應(yīng)電壓的、通過所述感應(yīng)電壓而確定 的電壓向量，并且作為所述感應(yīng)電壓的以固定于定子的笛卡爾坐標(biāo)系為參照而提供的電壓 向量的空間向量角來獲知所述轉(zhuǎn)子位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種方法和一種裝置，用所述方法和所述裝置即使在 電壓為非正弦形的情況下也可以以簡單的方式來無傳感器式地獲知所述轉(zhuǎn)子位置。
[0008] 該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的、用于無傳感器式地獲知轉(zhuǎn)子位置的方法以及 通過根據(jù)并列權(quán)利要求所述的裝置、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和計算機(jī)程序產(chǎn)品來解決。
[0009] 本發(fā)明的其他有利的設(shè)計方案在從屬權(quán)利要求中得到了說明。
[0010] 根據(jù)第一方面，設(shè)置了一種用于無傳感器式地獲知旋轉(zhuǎn)的、多相的、電子換向的電 機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的方法，其中所述電機(jī)具有多個相繞組，所述相繞組通過相接頭能通電，所述 方法包括以下步驟： -確定所述電機(jī)的相接頭上的相電壓和相電流； -從所確定的相電壓和相電流中獲知所述電機(jī)的相接頭上的感應(yīng)電壓；并且 -以固定于定子的笛卡爾坐標(biāo)系為參照提供所述感應(yīng)電壓的、通過所述感應(yīng)電壓而確 定的電壓向量； 其中使所述感應(yīng)電壓的以固定于定子的笛卡爾坐標(biāo)系為參照而提供的電壓向量的空 間向量角計算式地以所述轉(zhuǎn)子位置的估計值為幅度旋轉(zhuǎn)； 其中對旋轉(zhuǎn)的電壓向量進(jìn)行低通濾波；并且 其中在所述感應(yīng)電壓的經(jīng)低通濾波的、旋轉(zhuǎn)過的電壓向量的角位置的基礎(chǔ)上為接下來 的計算周期確定所述轉(zhuǎn)子位置的估計值。
[0011] 上述方法的構(gòu)思在于，間接地通過所述感應(yīng)電壓的估計誤差來檢測轉(zhuǎn)子位置估計 誤差。在此，所述感應(yīng)電壓的曲線變化如特別在較小結(jié)構(gòu)尺寸的馬達(dá)中一樣也可能不是正 弦形。
[0012] 通過用于所述感應(yīng)電壓的空間向量的旋轉(zhuǎn)來獲知所估計的轉(zhuǎn)子位置，所述空間向 量通過所估計的轉(zhuǎn)子位置來如此旋轉(zhuǎn)，使得所述旋轉(zhuǎn)的空間向量對于所述感應(yīng)電壓的基本 分量（Grundschwingung)而言在理想情況下旋轉(zhuǎn)到預(yù)先給定的位置、例如零位上。因?yàn)樵?運(yùn)行情況下不存在理想的條件并且尤其不產(chǎn)生所述感應(yīng)電壓的正弦形的曲線變化，所以旋 轉(zhuǎn)的電壓向量具有通過所述感應(yīng)電壓的高次諧波所引起的頻率分量(通過圍繞著所述基本 分量的旋轉(zhuǎn)而移動)。通過低通濾波將所述高次諧波從處于相同分量中（倒轉(zhuǎn)的基本分量） 的有效信號中濾出。由此得到的空間向量在預(yù)先給定的位置的附近變化。通過所述感應(yīng)電 壓的旋轉(zhuǎn)的電壓向量的空間向量角的通過計算算出的旋轉(zhuǎn)以及接下來對于所述感應(yīng)電壓 的旋轉(zhuǎn)的電壓向量的低通濾波，在固定于定子的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)帶通濾波。對如此產(chǎn)生的估計 誤差進(jìn)行測評，方法是：獲知所述感應(yīng)電壓的所產(chǎn)生的、經(jīng)低通濾波的、旋轉(zhuǎn)過的電壓向量 的角位置并且作為估計誤差來計算所述偏差角。這種獲知要么可以精確地借助于反正切函 數(shù)來確定要么可以近似地通過近似函數(shù)來確定。隨后在所述估計誤差的基礎(chǔ)上為接下來的 計算周期確定用于所述所估計的轉(zhuǎn)子位置的數(shù)值。通過這種方式也可以在引起所述感應(yīng)電 壓的非正弦形的曲線變化的電機(jī)中在無傳感器的情況下得到轉(zhuǎn)子位置和相應(yīng)的轉(zhuǎn)速說明。
[0013] 此外，可以以固定于定子的笛卡爾坐標(biāo)系為參照提供所述感應(yīng)電壓的、通過所述 感應(yīng)電壓而確定的電壓向量，方法是：將所獲知的感應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換到所述固定于定子的笛卡 爾坐標(biāo)系中，或者方法是：在從所述電機(jī)的相接頭上的確定的相電壓和相電流中獲知所述 感應(yīng)電壓之前將所述相電壓和相電流轉(zhuǎn)換到所述固定于定子的笛卡爾坐標(biāo)系中。
[0014] 可以規(guī)定，根據(jù)轉(zhuǎn)速來選擇所述低通濾波的濾波頻率和/或帶寬。
[0015] 此外，可以在所述感應(yīng)電壓的經(jīng)低通濾波的、旋轉(zhuǎn)過的電壓向量的角位置的基礎(chǔ) 上獲知估計誤差，其中在所述估計誤差的基礎(chǔ)上確定所估計的轉(zhuǎn)子位置在兩個彼此先后相 隨的計算周期之間的變化。
[0016] 根據(jù)一種實(shí)施方式，根據(jù)所述感應(yīng)電壓的經(jīng)低通濾波的、旋轉(zhuǎn)過的電壓向量的虛 部和實(shí)部或者根據(jù)所述感應(yīng)電壓的經(jīng)低通濾波的、旋轉(zhuǎn)過的電壓向量的虛部或者實(shí)部以及 關(guān)于轉(zhuǎn)速的說明來獲知所述估計誤差。
[0017] 根據(jù)另一個方面，設(shè)置了一種用于獲知旋轉(zhuǎn)的、多相的、電子換向的電機(jī)的轉(zhuǎn)子位 置的裝置，其中所述電機(jī)具有多個相繞組，所述相繞組通過相接頭能通電，所述裝置包括： -用于確定所述電機(jī)的相接頭上的相電壓和相電流的機(jī)構(gòu)；以及 -控制單元，該控制單元構(gòu)造用于： ?獲知所述電機(jī)的相接頭上的感應(yīng)電壓； ?以固定于定子的笛卡爾坐標(biāo)系為參照提供所述感應(yīng)電壓的、通過所述感應(yīng)電壓而確 定的電壓向量；并且 ?使所述感應(yīng)電壓的以固定于定子的笛卡爾坐標(biāo)系為參照而提供的電壓向量的空間向 量角計算式地以所述轉(zhuǎn)子位置的估計值為幅度旋轉(zhuǎn)； ?對旋轉(zhuǎn)的電壓向量進(jìn)行低通濾波；并且 ?在所述感應(yīng)電壓的經(jīng)低通濾波的、旋轉(zhuǎn)過的電壓向量的角位置的基礎(chǔ)上來為接下來 的計算周期確定所述轉(zhuǎn)子位置的估計值。
[0018] 根據(jù)另一個方面，設(shè)置了一種具有旋轉(zhuǎn)的、多相的、電子換向的電機(jī)并且具有上述 裝置的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。
[0019] 根據(jù)另一個方面，設(shè)置了一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，該計算機(jī)程序產(chǎn)品包含程序代碼， 當(dāng)在數(shù)據(jù)處理單元上執(zhí)行所述程序代碼時，所述程序代碼在上述方法中實(shí)施以下步驟： -接收關(guān)于所述電機(jī)的相接頭上的相電壓及相電流的說明； -從所接收的相電壓和相電流中獲知所述電機(jī)的相接頭上的感應(yīng)電壓； -以固定于定子的笛卡爾坐標(biāo)系為參照提供所述感應(yīng)電壓的、通過所述感應(yīng)電壓而確 定的電壓向量； -使所述感應(yīng)電壓的以固定于定子的笛卡爾坐標(biāo)系為參照而提供的電壓向量的空間向 量角計算式地以所述轉(zhuǎn)子位置的估計值為幅度旋轉(zhuǎn)； -對旋轉(zhuǎn)的電壓向量進(jìn)行低通濾波；并且 -在所述感應(yīng)電壓的經(jīng)低通濾波的、旋轉(zhuǎn)過的電壓向量的角位置的基礎(chǔ)上為接下來的 計算周期確定所述轉(zhuǎn)子位置的估計值。
【附圖說明】
[0020] 下面借助于附圖來對本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)解釋。附圖示出： 圖1是具有電子換向電機(jī)的、用于進(jìn)行無傳感器式運(yùn)行的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的方框圖；并且 圖2是用于從感應(yīng)電壓中確定實(shí)際的轉(zhuǎn)子位置的功能方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 圖1示出了一種用于運(yùn)行電機(jī)2的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)1。所述電機(jī)2優(yōu)選構(gòu)造為無刷的、 也就是電子換向的電機(jī)，例如同步電機(jī)、異步電機(jī)、磁阻電機(jī)（Reluktanzmaschine)或者類 似形式的電機(jī)。所述電機(jī)2構(gòu)造為多相，并且通過三個相導(dǎo)線（Phasenleitung)3將三個相 電壓施加到所述電機(jī)2上，以用于運(yùn)行該電機(jī)。原則上也可考慮具有其他相位數(shù)目的電機(jī)， 用所述電機(jī)可以實(shí)施下述方法。
[0022] 在驅(qū)動電路4中產(chǎn)生所述相電壓。如果作為發(fā)電機(jī)來運(yùn)行所述電機(jī)2,則通過所述 相導(dǎo)線3從所述驅(qū)動電路4中接收電壓和電流，在這種情況下所述驅(qū)動電路作為轉(zhuǎn)換電路 來運(yùn)行。
[0023] 下面以作為電機(jī)2的驅(qū)動馬達(dá)為出發(fā)點(diǎn)。
[0024] 所述驅(qū)動電路4為了運(yùn)行所述電機(jī)2而在時間上彼此先后相隨地將相電位(相電 壓)施加到所述相導(dǎo)線3上，更確切地說根據(jù)通過控制導(dǎo)線5提供給所述驅(qū)動電路4的控制 信號來施加所述相電位。為此，電源(未示出)與所