[发明专利]用于操作电机的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于操作具有转子和多个定子绕组的电机的方 法和装置。

背景技术

电机是指用于将电能转换为机械能的电动机或用于将机械能转 换为电能的发电机。在这种情形下，机械能优选表现为旋转能量的形 式。通常，电机既能运行在电动机运行模式也能运行在发电机运行模 式。因此，下文中有关电动机的解释不对发电机起限制作用，并且相 应地也可用于发电机。

在电动机的情况下，对于其电流源来说，DC和AC电动机之间 有所不同。在一个实施例中，DC电动机具有载有多个绕组的转子。 该转子在由定子所产生的磁场中以可旋转的方式放置。该定子可以是 永磁体。但是，该DC电动机也可以是电励磁的。转子的绕组经由换 向器连接至电压源。换向器的目的在于根据转子相对于磁场的定向改 变流经转子绕组的电流，通过这种方式转子不会呈现为处于稳定的位 置，而是永久地执行旋转运动。

带有机械换向器的DC电动机具有尤其是运行过程中产生火花的 缺点。这些火花，其也被称作换向器火花，导致馈入电网的高频扰动。 该问题在所谓的无刷DC电动机运行时不会发生。后者为不具有机械 换向器的DC电动机。取而代之的是，该DC电动机为电子换向。转 子采用永磁体，定子包含多个磁体线圈，通常三个，即所谓的定子绕 组。换向由转换器电路执行，转换器电路由例如开关晶体管的半导体 执行元件构成。

然而，在无刷DC电动机的情况下，将产生下列问题：在无电流 状态，转子具有随机定向，并因而具有随机转子角。为了使开始于静 止状态的无刷DC电动机能最优达到所规定的转速，静止时的转子角 度值应该是已知的。该问题发生在所有电子换向的电动机中--因此 包括了永久励磁同步电动机的情况和磁阻电动机的情况。

转子角可例如由安装在电动机中的位置传感器来检测，这些传感 器例如可以是霍耳传感器。但是，这些传感器的使用导致高额的附加 成本。进一步的缺点是由于额外的结构零件而增加了布线支出和增加 了故障风险。因此，期望能够以无传感器的方式来确定转子角。在本 文中，无传感器是指除电子换向电动机的运行所需的并因而已经存在 的那些部件之外，不需要其他部件。

DE 102006043683A1公开了一种用于电子换向电动机的启动阶 段的无传感器运行的方法。在该情况下，根据预定模式向所述电动机 的定子绕组施加电压试验脉冲。电流脉冲由该电压试验脉冲产生，并 通过中间电路中的电流传感器进行检测。估算电流脉冲以确定转子 角。这通过确定电流脉冲从零电流值达到参考值所需的上升时间而完 成。转子角随后依据该上升时间而确定。也可以通过互补的方式估算 相应确定的下降时间。此外，所述文献提到确定和估算磁通的变化以 作为持续时间的替代。电压试验脉冲不是交流电压。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于操作具有转子和多个定子绕 组的电机的备选方法和备选装置，其中可以简单、快速、明确地并从 而可靠地和成本有效地确定转子角，也就是说为达到该目标不需提供 额外的传感器。

该目的通过在引言中所提及类型的方法而实现，其中执行下述步 骤：

a)施加交流电压给至少一个定子绕组，其中该交流电压具有多个 电压脉冲，

b)检测电流信号的瞬时电流值，其中该电流信号表示反应于所 施加的电压流经该至少一个定子绕组的电流随时间的变化，

c)估算该瞬时电流值，其中，为达到该目的，依据该瞬时电流值 确定电流分布特征量的第一特征量值和第二特征量值，其中该电流分 布特征量表征流经定子绕组的该电流的时间特性，以及

d)依据这两个特征量值确定转子角度值。

该目的进一步通过引言中所提到类型的装置实现，该装置包括以 下单元：用于施加交流电压给至少一个定子绕组的第一单元，其中该 交流电压具有多个电压脉冲；用于检测电流信号的瞬时电流值的第二 单元，其中该电流信号表示反应于所施加的电压流经该至少一个定子 绕组的电流随时间的变化；用于估算该瞬时电流值的第三单元，其中， 为达到该目的，依据该瞬时电流值确定电流分布特征量的第一特征量 值和第二特征量值，其中该电流分布特征量表征流经定子绕组的电流 的随时间的特性；以及用于依据该两个特征量值确定转子角度值的第 四单元。