[实用新型]无传感器电机制动系统

说明书

技术领域

本实用新型的实施方式涉及用于制动电机的系统和方法。

背景技术

电机通常包括被称为定子的静止部件和被称为转子的旋转部件。在电机使用驱动波形激励时，转子在定子内（或定子附近）转动。感应电机（有时被称为异步电机）是一种类型的电机，其中借助于电磁感应而不是借助于到转子的直接电连接将电力提供到转子。

与同步电机一样，应用到感应电机定子的驱动波形建立磁场，该磁场随着驱动波形的AC振荡及时旋转。感应电机转子以比定子场更低的速度旋转。旋转速度中的该差异（也称为“滑差”、“滑差频率”或“滑差速度”）导致在转子绕组中感应转子绕组中的电流的变化的磁通量。感应电流进而在转子绕组中产生与定子建立的旋转磁场相反的磁场，由此在转子中感应旋转运动。转子加速，直到感应转子电流的幅度和转子扭矩平衡所施加的负载。因为在同步速度的旋转将导致没有感应转子电流，所以在正常前向操作期间，感应电机总是以小于同步速度操作。

感应电机的旋转可以简单地通过从电机移除驱动波形且允许电机由于转子或耦合到转子的任意物体的惯性随时间滑行到静止而停止。备选地，使用涉及将驱动波形的频率调节到小于转子频率的制动方法，感应电机的旋转可以更快速地停止，其中通过定子生成的旋转磁场在转子上感应与转子运动相反的旋转压力且积极地减小电机速度。使用该制动方法，转子的惯性和施加的负载在定子中感应电压，该电压可以激励外部电机部件，该外部电机部件诸如是向电机提供电力的DC总线。

在很多电机应用中，需要只要从电机移除驱动波形，则立即停止转子的旋转。例如，在洗衣机应用中，需要在高速甩干循环之后停止洗衣机电机的旋转，使得洗衣机可以卸载或切换到较低速度的清洗或漂洗循环。不幸的是，上面提及的制动方法具有限制，使得它不能有效地快速停止重负载。驱动波形生成的制动压力例如通过可用于激励定子的电力来限制。制动压力进一步通过电机和其他部件的容量限制以在制动过程期间处理由转子感应的电压。

因此，开发了用于制动电机的各种备选技术。一种这样的技术使用制动片、皮带轮和/或其他摩擦制动系统。不幸的是，摩擦制动增加电机的成本和复杂度，且因此对于诸如洗衣机之类的低成本应用是不需要的。摩擦制动最终还会随着使用磨损并且需要修复或替换。

因而，很多电机应用采用不同于摩擦制动的备选电制动系统。一种类型的电制动系统涉及DC注入制动，其中，直流（DC）电压被施加于马达的定子绕组以制动转子。DC电压生成向转子施加静态扭矩的静止磁场。这减缓且最终停止转子的旋转。只要DC电压保留在定子绕组上，转子就保持固定且抗拒旋转。DC注入制动是相对简单、低成本和无维护的，且因此是用于很多电机应用的制动的流行选择；然而，如下所描述的，在一些应用中它没有有效地使用。

还通常需要确定电机转子何时停止旋转，所以可以以不同的速度在相反方向中驱动转子，等等。这可以使用诸如霍耳效应传感器之类的电机轴传感器完成，但是这种传感器增加电机的成本和复杂度且因此对于诸如洗衣机电机之类的很多低成本应用是不需要的。

因而，开发了用于确定电机速度的无传感器技术。一种类型的无传感器速度检测采用基于测量的电学参数估计转子何时停止的各种算法。然而，测量的电学参数进而算法的结果在电机使用上述DC注入制动技术制动时是较不精确的。因而，DC注入制动技术一般需要电机轴传感器。

上面的部分提供涉及不必是现有技术的本公开的背景信息。

发明内容

本实用新型的实施方式通过提供用于制动电机的改进系统和方法解决上述问题而无需电机轴传感器、再生前端二极管、制动电阻器或其他高成本和/或复杂部件。

根据本实用新型的实施方式构建且配置成与电机控制系统一同使用的制动机构利用差分部件和积分部件来产生电机制动信号以增大制动功率。差分部件接收包含参考电机速度信息的第一信号、包含实际电机速度信息的第二信号且产生包含指示参考电机速度和实际电机速度之间的差异的信息的第三信号。积分部件积分第三信号且基于积分的第三信号产生第四信号。第四信号用于增大例如通过作为电机控制系统的一部分的电机控制电路产生的电机制动信号。