CN103650325A - 用于直流电机中的电子换向的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于直流电机中的电子换向的方法，该电机通过绕流的脉冲宽度调制来控制，利用正的和负的电流值以及处于中间的绕流间歇周期性进行脉冲宽度调制，在这种方法中测量互感电压，其中，互感电压的过零点通过互感电压上的包络线与零线的交点来确定。在过零点被绕流的正的或负的电流值覆盖时，改变绕流的脉冲宽度调制。

Description

用于直流电机中的电子换向的方法

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的用于直流电机中的电子换向的方法。

背景技术

在电子换向的直流电机中，旋转运动所需的磁性的旋转磁场由适当的电子装置来进行控制。换向的精确的时间点取决于电机的转子位置，该位置要么利用传感器获取，要么通过测量各自不绕流相的互感电压(Back-EMF)来确定。无传感器的换向识别能够通过使用用于检测感应电压的过零点的比较器和分析比较器信号来实施。公知的还有直接测量感应电压并将测量值与围绕过零点的阈值进行比较。

DE102005006503A1公开了一种方法，该方法用于测量从直流电网中所馈入的、通过脉冲宽度调制(PWM)控制的电机的电流消耗。PWM控制单元为半导体开关装置提供经脉冲宽度调制的电压控制信号，通过该电压控制信号来控制电机内的电流。在与半导体开关装置串联的测量电阻上获取电压降，从中得出电机电流。

发明内容

本发明的任务在于，采取简单的措施改进用于直流电机中的电子换向(elektronische Kommutierung)的方法。特别地，无传感器的换向识别应该与感应电压的实际过零点无关。依据另一方面，应该降低在绕流(Bestromung)的周期性连续的正的或负的电流值之间的绕流间歇(Bestromungspause)。

依据本发明，该任务借助于权利要求1的特征得以解决。从属权利要求提供了有利的改进方案。

在改进了的用于电子换向的方法中，直流电机通过绕流的脉冲宽度调制(PWM)来控制，利用正的和负的电流值以及处于中间的绕流间歇周期性地进行脉冲宽度调制。将PWM同步地测量感应电压(互感电压或Back-EMF)。互感电压的过零点通过施加到互感电压上的包络线与零线的交点来确定。根据互感电压的过零点的位置来改变绕流的脉冲宽度调制，亦即如下情况在过零点要么被绕流的正的电流值覆盖，要么被负的电流值覆盖。

就此而论，过零点(Nulldurchgang)并不意味着必须为零电位，而是也包括互感电压通过中间电位，例如在星形的三个相电压的情况下，星点各自的中间电位通常对应于供电电压的一半。

电机的感应电压的基本的曲线是已知的，该曲线特别是至少近似于直线地变化，从而使得感应电压上的包络线也至少近似于一条直线。因此，从互感电压的基本上已知的曲线中可以得出过零点，即使该过零点被绕流的正的或负的电流值所覆盖并因此不能直接测量。从PWM同步地测量的互感电压中能够确定包络线的参数，从中能够通过外推法确定过零点。包络线优选是一条直线，其中，原则上也考虑非线性函数。

这种方法的优点在于，即不一定非得需要精确测量出感应电压的过零点。仅需在一个小的部分(Teilbereich)内(特别是在绕流间隙(Bestromungslücke)内的一部分上)测量感应的电压的曲线就足够了，并从中通过包络线的外推法确定过零点。以这种的方式(原则上为了识别过零点必需的)绕流间隙能够明显地被缩短，这样对噪声和功率具有积极影响。

另一个优点在于，该方法与现有技术中的实施方式相比实质上更加鲁棒，因为缺少换向边并未自动导致换向本身的损失。

过零点在包络线为直线实施形式的情况下根据直线的斜度来确定是有利的。此外，根据过零点或斜度能够确定电机转速和转子角。

如果确定过零点被前面的绕流所覆盖，那么该绕流与电机转速相比进行得过慢了。为了加速(作为脉冲宽度调制预先给定的)绕流，将适配脉冲宽度调制的增量，以便使绕流重新与电机转速均衡。在感应电压的过零点被后面的绕流所覆盖的情况下，绕流进行得过快了。在这种情况下，绕流也通过增量与电机转速的适配来重新均衡。

在这两种情况下，也就是绕流过慢和过快的情况下，通过适配达到了感应电压的过零点处于绕流间歇的中心。该适配通过改变脉冲宽度调制的宽度来进行。

依据另一种有利的实施方式，该方法在多相电流中使用，其中，在这种情况下在所观察相内的电流低于边界值的情况下才进行互感电压的测量。背景是，在开始测量感应电压之前，需要借助PWM曲线以有利的方式几乎耗散在各自相内的电流，因为否则尚在流动的相电流将使得测量错误。

绕流的PWM曲线例如实现为正弦形，其中，也考虑矩形或梯形或其他的绕流形状。一个相的所期望的绕流形状例如储存在180。的表格内，其中，在每个PWM周期中借助指向表格的指针从表格中获取数值并作为脉冲宽度调制来输出。通过指针的增量能够转换后面的表格数值，其中，指针增量越大，实施表格的速度越快。以这样的方法能够适配至电机转速。随着电机速度的增加，指针增量上升。

感应电压过零点时，指针被重新设置指向表格开始，由此达到与电机的同步。

根据两个过零点的距离来确定电机速度并由此确定指针增量。转速位置(Drehzahlstellung)能够通过表格数值的刻度来确定。

附图说明

其他优点和有利的实施方式能够从其他的权利要求、附图说明和附图中得出。其中：

图1示出了具有电子换向的直流电机的经脉冲宽度调制的绕流的曲线，其中，在正的与负的电流值之间处于中间的绕流间歇内存在具有过零点的PWM同步地测量的互感电压；

图2为图1的详情的放大图，具有施加到互感电压上的包络线，该包络线实施为直线并且根据其能够确定过零点；

图3示出了与图1相对应的绕流曲线的视图，其中，感应电压的过零点被前面的绕流所覆盖；

图4示出另一绕流变曲线，其中，感应电压的过零点被后面的绕流所覆盖。

具体实施方式

图1示出具有电子换向的直流电机的绕流的曲线，其中，感应电压的过零点准确地落入采用脉冲宽度调制(PWM)的周期性连续的正的或负的电流值1之间的绕流间隙或间歇内。感应电压2是PWM同步地测量的互感电压(Back-EWF)。通过模数转换器来进行该测量。

直流电机的绕流通过特别是经由星形连接产生的多相电流来进行，其中，图1至图4的实施例中仅示出了一个相。当该相内的电流已经几乎被耗散从而电流低于边界值时才进行互感电压2的测量。因此避免通过尚流动的电流使得测量错误。

正如从依据图2的互感电压2的放大图所看到的那样，互感电压具有PWM同步的曲线，其中，可以向该曲线施加包络线3，该包络线形成直线并与零线4相交。直线5与零线4接近重合，该直线相对于零线以小角度倾斜并在与包络线3相对的面上形成互感电压2的曲线处的第二包络线。第一包络线3与零线4的交点同时是第二包络线5与第一包络线3的交点。

包络线3具有如此地测量的斜率如下斜率，如此测定该斜率，以使得包络线3与零线4的交点6准确地处于两个绕流相之间绕流间歇的中心。这表示绕流适配至电机转速的正常情况。此外，根据包络线3的斜度或斜率能够确定电机转速和电机角。

原则上根据两个绕流相之间的绕流间歇中的互感电压2的在图2中所示出的曲线仅测量一个分段就足以能够确定包络线3的斜率了。少量的采样点就已经足够确定过零点6了。

在依据图3和图4的另外的图示中，绕流不与电机转速相适配，其中，依据图3，绕流进行得过慢并且依据图4绕流进行得过快。与此相应地，在图3的实施例中，感应电压2的过零点被前面的绕流所覆盖，然而在图4中，感应电压2的过零点被后面的绕流所覆盖。尽管过零点被覆盖，但是通过线性外推法仍能够根据包络线3线的斜度确定过零点。为了使绕流与电机转速相适配，以以下方式改变绕流的脉冲宽度调制PWM，即互感电压2的过零点类似于依据图1的实施例处于绕流间歇的中心。这通过适配脉冲宽度调制的宽度来实现。

Claims (10)

1.一种用于直流电机中的电子换向的方法，所述电机通过绕流的脉冲宽度调制(PWM)来控制，利用正的和负的电流值(1)以及处于中间的绕流间歇周期性进行所述脉冲宽度调制，其中，在所述方法中PWM同步地测量互感电压(2)，其特征在于，所述互感电压(2)的过零点通过所述互感电压(2)上的包络线(3)与零线(4)的交点来确定，其中，在所述过零点被所述绕流的正的或负的电流值覆盖时，改变所述绕流的所述脉冲宽度调制(PWM)。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述互感电压(2)上的包络线(3)至少近似地是直线。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述直线(5)的斜度来确定所述过零点。

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述过零点或所述斜度确定电机转速和转子角。

5.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，以以下方式改变所述绕流的所述脉冲宽度调制(PWM)，即所述互感电压(2)的过零点处于所述绕流间歇的中心。

6.按权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，适配所述脉冲宽度调制的宽度。

7.按权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，使用多相电流并在所观察的相内的电流低于边界值时才进行所述互感电压(2)的测量。

8.按权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，所述互感电压(2)的测量仅在绕流间隙中的一部分上测量。

9.一种调节或控制装置，其用于实施按权利要求1至8之一所述的方法。

10.一种电机，其尤其是在车辆或车辆中的动力总成中、其具有按权利要求9所述的调节或控制装置。

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