CN104426440A - 控制电机的方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制电机的方法。电机包括具有芯和多个绕组的定子，以及靠近定子布置以与定子相互作用的转子。该方法包括：配置具有振幅和频率的三相交流(AC)电压启动信号的振幅值和频率值；给多个绕组提供所述三相交流(AC)电压启动信号；以及根据由频率值定义的预编程的频率斜坡函数改变三相AC电压启动信号的频率。该方法还包括：在频率斜坡函数已经完成之后中断三相AC电压启动信号；以及在中断三相AC电压启动信号之后，切换到反电动势(BEMF)控制模式。

Description

控制电机的方法
技术领域
本发明涉及一种电机且具体地涉及一种无刷永磁电机。特别是，本发明涉及一种包括无刷直流(BLDC)马达的系统以及启动BLDC马达的方法。
背景技术
BLDC马达(也已知为电子换向或“ECM”马达)在通常没有使用BLDC马达的工业中变得越来越流行。例如，对加热和空调市场中效率增加的需求已经导致了用于给加热、通风和/或空调系统(本文也称为HVAC系统)中的鼓风机提供动力的BLDC马达的使用。HVAC系统是空气流动系统的一个示例。其它示例性空气流动系统包括制冷机、暖炉、热泵、用于燃气装置(例如，煤气热水器)的鼓风机，等。
通常，BLDC马达是由直流(“DC”)电提供动力的同步电马达且具有电子换向，而不是机械换向器和刷。而且，BLDC马达包括具有布置在转子芯的表面上的交替极性的多个磁极(例如，利用永磁体产生的多个极)的转子和接收电力并响应于电力而产生磁场的定子。定子的磁场与转子的磁场相互作用以引起转子运动。
BLDC马达使用用于确定转子位置以便使马达换向的装置。使马达换向的一种方法称为“无传感器”马达换向。无传感器马达换向通常通过感测由马达产生的反电动势(BEMF)来执行。典型地，在定子绕组中产生的BEMF信号对于无传感器马达换向远远不足，直到转子的速度达到额定马达速度的约百分之十。结果是，在不使用BEMF信号的情况下启动马达的装置可能是必须的。
启动三相马达的一种方法在美国公布No.2009/0160384中描述，其通过引用并入本文。通常，为了启动BLDC马达，控制器将马达转子对齐到已知位置且然后加速转子(例如，通过使用美国专利No.8,084,970中描述的方法)。一旦转子达到足够的速度，转子被允许在短的时间内(例如，20-200ms)惰行，同时控制器使转子同步以进行正常的运行模式。在该启动过程期间，空气流动系统可以产生斜坡上升噪音。特别是，给转子提供的功率信号可以产生扭转力矩脉动，其激发系统振动模式并在斜坡上升期间导致持续短时段的可闻噪声。
用于启动无刷电机和BLDC马达的改进方法(例如，在美国公布No.2012/0274249中描述的方法，其通过引用并入文本)通过借助于马达的所有相产生三相交流(AC)电压信号而避免了在马达启动期间的斜坡上升噪音。然而，该方法仍允许转子惰行，同时控制器使马达同步以产生正常的运行模式。某些马达，例如具有低惯性的小马达，不能很好地惰行。因此，需要一种用于启动无刷电机和BLDC马达的进一步改进的方法，其中转子不需要在进行正常的允许模式之前惰行。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供一种控制电机的方法，该电机包括具有芯和多个绕组的定子，以及靠近定子布置以与定子相互作用的转子。所述方法包括：配置具有振幅和频率的三相交流(AC)电压启动信号的振幅值和频率值；给多个绕组提供所述三相AC电压启动信号；以及根据由频率值定义的频率斜坡函数改变三相AC电压启动信号的频率。该方法还包括：在频率斜坡函数已经完成之后中断三相AC电压启动信号；以及在中断三相AC电压启动信号之后，通过使用基于频率斜坡函数的转子的已知评估位置，切换到反电动势(BEMF)控制模式。
在另一个实施例中，本发明提供一种电机，包括：定子，其具有芯和多个绕组；转子，其靠近定子布置以与定子相互作用；存储器；以及控制器，其布置成启动电机。控制器被配置成：接收具有振幅和频率的三相交流(AC)电压启动信号的预编程的振幅值和预编程的频率值；产生三相AC电压启动信号以提供给多个绕组；以及根据由频率值定义的频率斜坡函数改变三相AC电压启动信号的频率。控制器进一步被配置成：在频率斜坡函数已经完成之后中断三相AC电压启动信号；以及在中断三相AC电压启动信号之后，使用基于频率斜坡函数的转子的已知评估位置，切换到反电动势(BEMF)控制模式。
在又一实施例中，本发明提供一种空气流动系统，包括系统控制板以及马达组件，马达组件包括：定子，其具有芯和多个绕组；以及转子，其靠近定子布置以与定子相互作用。空气流动系统还包括驱动电路，其联接到马达组件且具有控制器和存储器，所述控制器被配置成启动马达组件且接收具有振幅和频率的三相交流(AC)电压启动信号的预编程的振幅值和预编程的频率值。控制器通过进一步被配置成执行以下来启动马达组件：给多个绕组提供三相AC电压启动信号；根据由频率值定义的频率斜坡函数改变三相AC电压启动信号的频率；在频率斜坡函数已经完成之后中断三相AC电压启动信号；以及在中断三相AC电压启动信号之后，通过使用基于频率斜坡函数的转子的已知评估位置，切换到反电动势(BEMF)控制模式。
本发明的其它方面将通过考虑详细描述和附图而变得明显。
附图说明
图1是包括恒温器、系统控制板、马达组件(例如，无刷永磁电机)和风扇的制冷系统的示意图。
图2是由图1的马达组件块代表的无刷永磁电机的剖视图。
图3是图2的无刷永磁电机的定子和转子的局部分解图。
图4是图3的定子和转子的截面图。
图5是显示了印刷电路板(PCB)的图2的无刷永磁电机的剖视图，该PCB容纳了控制电机和给电机提供动力的电驱动电路。
图6是用于给图2的无刷永磁电机提供动力的电驱动电路的框图。
图7A和7B示出提供给图2的电机以启动无刷永磁电机的换向的三相正弦启动信号的振幅和频率的示例图。
图8是图2的无刷永磁电机的启动程序的流程图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解，本发明的应用不限于在下面的描述中阐述的或在附图中图示的构造的细节和部件的布置。本发明能够有其它实施例且能够以各种方式被实践或执行。而且，应理解，本文使用的短语和术语用于描述的目的且不应解释为限制性的。
图1示出包括恒温器103、系统控制板104、马达组件105、输入/输出设备106和风扇107的制冷系统102。恒温器103经由第一通信线路110A联接到系统控制板104且经由第二通信线路110B联接到一个或多个输入/输出设备106。另外或可替代地，恒温器103可以直接地联接到马达组件105。系统控制板104经由第三通信线路110C联接到马达组件105，且经由第四通信线路110D联接到一个或多个输入/输出设备106。马达组件105经由第五通信线路110E联接到风扇107。如图1所示，通信线路110A-110E可以代表上述元件之间的双向系统通信。而且，通信线路仅是示意性的，可以包括模拟或数字通信，且可以包括有线或无线通信。
在某些实施例中，马达组件105是约3.3英寸直径和100瓦特或以下的小无刷直流(BLDC)马达。在可替代的实施例中，马达组件105的尺寸和功率可以改变。马达组件为风扇107提供动力以使空气在制冷系统102中运动。在某些实施例中，风扇107是轴向风扇。在可替代的实施例中，风扇107是另一类型的风扇，例如松鼠笼式风扇。尽管图1中仅显示了单个马达组件105和风扇107，但是制冷系统102可以包括多个马达组件105和风扇107，其可以使空气在整个制冷系统102中移动。而且，在某些实施例中，制冷系统102是商业制冷系统。
输入/输出设备106中的每一个也是结合恒温器103、系统控制板104和马达组件105操作的输入信号、输出信号和辅助设备的示意性图示。相应地，图1中显示了制冷系统102的构造的多于一种实施形式。此外，通过利用主设备(例如，恒温器103、系统控制板104和马达组件105)和多个输入/输出设备106和/或风扇107中的一个或组合，制冷系统102的其它构造能够是可能的。另外，考虑到下面进一步论述的主设备(例如，马达组件105)可以在其它应用中关于制冷系统102的操作独立地或同步地使用。例如，在某些实施例中，马达组件105可以用于给泵提供动力。可替代地，马达组件105可以在HVAC系统或通风系统中使用。
在一种构造中，恒温器103可包括用于发送由恒温器103产生的输出信号的一组端口。例如，由恒温器103产生的输出信号可以包括基于由恒温器103接收的输入信号(例如，环境温度和/或湿度水平)指示制冷系统102的状态的信号。恒温器103可产生输出信号，例如加热(W)和冷却(Y)，使得信号可以被接收设备(例如，系统控制板104)解释为“导通”或“截止”。例如，恒温器可以通过输出端口中的一个产生信号W(即，加热请求)。信号W可以通过系统控制板104解释，且结果是，系统控制板104可以产生指示或引起马达组件105操作的信号。在某些构造中，恒温器103被配置成产生指示加热或冷却的不同水平的请求的信号。
应理解，图1中图示的制冷系统102仅代表空气流动系统的一个示例性构造，且因此其它构造是可能的。因而，制冷系统102的操作可以在包括BLDC马达的其它空气流动系统中实施。例如，类似的空气流动系统可包括通风系统、HVAC系统、暖炉、热泵、用于燃气装置(例如，煤气热水器)的鼓风机等。
而且，制冷系统102(或任何其它空气流动系统)可在没有来自恒温器103的输入的情况下操作马达组件105。在这些构造中，空气流动系统102的系统控制板104可产生指示马达组件105基于来自其它外部设备的输入或基于来自系统102的内部模块的请求而操作的信号。来自外部设备的输入可限于由用户选择的固定数量的操作点。可替代地，来自外部设备的输入可限于一定范围的操作点，其中用户可以选择范围内的任何速度(例如，模拟输入)。
在一种构造中，系统控制板104可以将由恒温器103产生的信号传达到马达组件105。更具体地，系统控制板104处理来自恒温器103的信号并产生用于操作马达组件105的指令。系统控制板104还可以是可操作的以与其它输入/输出设备106，诸如湿度控制系统、其它马达、安全系统、服务系统和燃烧鼓风机通信。相应地，系统控制板104可以基于从恒温器103接收到的信号以及从联接到系统控制板104的可替代设备(诸如，安全系统、环境传感器和其它制冷系统部件)接收到的信号产生用于马达组件105的指令。
在制冷系统102的某些构造中，系统控制板104利用至少一个串行端口与马达组件105通信。更具体地，系统控制板104和马达组件105可以经由串行电缆联接。在某些情形中，系统控制板104可产生指令并向马达组件105发送指令，以及经由相同的串行端口接收来自马达组件105的诊断。在其它情形中，马达组件105和系统控制板104可以基于系统控制板104的操作模式利用串行端口发送和接收除指令和诊断之外的其它信息。
在一种构造中，马达组件105包括永磁BLDC马达。图2-4示出示例性BLDC马达的部分。然而，本发明不限于图2-4中公开的马达。其它BLDC马达或电换向马达(ECM)可并入本发明。尽管BLDC马达关于空气流动系统(例如，制冷系统)被描述，但是应理解，并入本发明的所描述的BLDC可在其它系统中实施且可用在不同的工业中。
图2是根据马达组件105的一种构造的无刷永磁电机(例如马达)的剖视图。对于图2，电机是具有马达壳体210的马达205。图3是马达205的定子305和转子310的局部分解图。转子310联接到轴315且由一个或多个轴承320保持。通常，定子305接收电力并响应于电力而产生磁场。定子305的磁场与转子310的磁场相互作用以利用轴315产生机械功率。定子和转子的磁场之间的关系将在下面详细描述。
转子310包括呈现在转子芯325的表面上的交替极性的多个磁极。转子芯325包括层压物(例如，磁钢层压物)和/或实心材料(例如，实心磁钢芯)和/或压缩粉末材料(例如，磁钢的压缩粉末)。转子310的一种构造包括布置在转子芯325上的永磁体(例如，硬磁性)材料的片材。转子310的另一种构造可包括围绕芯325(例如，用粘合剂)附接的永磁体材料的多个条带。永磁体材料可以通过磁化器磁化以提供多个交替磁极。另外，磁性条带的数量可以与转子磁极的数量不同。转子310的又一种构造包含放置在转子芯325内的永磁体材料的块。
在图3显示的构造中，转子310通过将四个弧形磁体330固定在转子芯325上产生。其它转子设计和构造也是可能的。使用磁化器来在转子310上产生与定子305相互作用的多个交替磁极。
应理解，本发明的描述不限于转子310的特定机械构造、几何形状或位置。例如，图3显示了定位在内部并通过径向空气间隙与定子305分离的转子310。在马达205的另一构造中，转子310可以径向地定位在定子305外部(即，机器是外部转子机器或外转子机器)。
定子305包括定子芯335、定子绕组340和护铁部分345。图4是定子305和转子310的截面图。参考图4，定子芯335包括多个定子齿405。在一种构造中，定子芯305包括磁钢层压物或片材的堆。在其它构造中，定子芯335由磁性材料的实心块形成，诸如磁钢的压实粉末。定子绕组340是放置在狭槽410(即，相邻的定子齿405之间的空间)中并围绕多个定子齿405的电导体。
本领域技术人员已知的其它构造和类型的定子芯335和定子绕组340可以被使用且在本发明上不是限制性的。减少镶齿效应和波动力矩(其在某些BLDC马达中可能出现)的一种方法是使磁极的磁化相对于定子305偏斜。在可替代的实施例中，定子齿405可以相对于转子磁化偏斜。在某些实施例中，磁极的磁化不被偏斜。
在马达205的某些构造中，电流流过定子绕组340并产生与转子301的磁化相互作用的磁场以向转子310和轴315提供转矩。电流可以是(m)相交流(AC)，其中(m)是大于或等于二的整数。电流可以具有各种类型的波形(例如，方形波、准正弦波、梯形等)。
定子绕组340接收来自位于印刷电路板(PCB)505上的电子部件的电流。图5示出显示PCB 505的一个可能位置的马达组件105的剖视图。在图5中，PCB 505位于马达205的一端处且轴315穿过PCB 505。尽管图5显示了PCB 505在马达205的一端处，但是PCB 505可以位于马达205的任一端处。在可替代的实施例中，轴315不穿过PCB 505。例如，在可替代的实施例中，PCB 505容纳在外壳中并附接到马达205的后部。
图6示出接收来自电源630的AC功率并响应于控制输入635驱动马达205的电驱动电路605的框图。AC功率被提供到对AC功率进行滤波和整流的电磁干扰(EMI)滤波器640和整流器645，产生母线电压647。母线电压647被提供给能量存储元件650(例如，电容器)、功率逆变器655和分压器657。分压器657将母线电压647减小到能够由控制器660获取的值。
控制器660包括处理器662和存储器663。一般来说，处理器662读取、解释和执行存储在存储器663中的指令以控制电驱动电路605。可以是微控制器的形式的控制器660可以包括其它部件，诸如电源、模拟-数字变换器、滤波器等。控制器660提供驱动信号665以控制功率逆变器655。功率逆变器655包括功率电子开关(例如，MOSFET、IGBT)以改变马达205的电流的流动。例如，功率逆变器655可以是桥接电路的形式。功率逆变器655的能量存储设备(例如，电容器)在向马达205提供电流之前被充电以生成切换功率电子开关所需的电压。
感测电阻器670用于产生具有与功率逆变器655的母线电流的有关的电压。感测电阻器670的电压被提供到控制器660。感测电流的其它方法可用于感测马达205的电流。控制器660可接收与由功率逆变器655沿感测电阻器670和BEMF定标电路675的线路提供的相电流和相电压相关的值。BEMF定标电路675包括分压器和可变增益放大器。BEMF定标电路675向控制器660提供电压值。由BEMF定标电路675的可变增益放大器提供给控制器660的电压值与每一个相电压的BEMF有关。
在制冷系统102的操作期间，控制器660可以通过基于在控制器660处接收到的输入向功率逆变器655提供驱动信号665而启动并控制马达205。控制器660可以接收来自控制输入635或串行端口接口的输入信号。在某些构造中，控制输入635可以被配置成接收来自一个或多个电压传感器、电流传感器和辅助系统的输入信号。电压传感器和电流传感器可用于分别地测量马达205或与马达205共同操作的其它设备中的电压和电流。因此，电压传感器和电流传感器可以联接或放置在马达205内，或可替代地，这些传感器可以放置在远程位置处。此外，电驱动电路605可以联接或放置在马达205内，或可替代地紧靠马达205。由辅助输入产生的信号可以在控制输入635处被接收且可包括来自安全系统或其它输入/输出设备106的信号，如图1中示意性地示出的。在某些构造中，没有给控制输入635提供输入且控制器660提供驱动信号665以在预定的速度下运行马达205。
在制冷系统102的其它构造中，恒温器103、系统控制板104和马达组件105被配置成利用一组具体启动方法启动和操作制冷系统102。例如，恒温器103可以产生指示可以打开马达组件105的温度需求的信号。由恒温器103产生的信号可以被发送到系统控制板104。在某些情形中，系统控制板104可以用于同时控制制冷系统102和其它输入/输出设备106，诸如辅助系统或安全设备(例如，烟雾检测系统、报警系统、环境湿度控制)。系统控制板104可以处理由恒温器103产生的信号以产生用于马达组件105的指令。例如，马达组件105可以利用串行端口接口接收来自系统控制板104的指令，以驱动通常产生恒定的空气流的风扇107。
马达205的启动程序在控制器660的存储器663中存储为软件指令。控制器660的处理器662读取来自存储器663的指令，解释该指令，并执行所解释的指令，导致马达205的操作，如下面描述的。可以使用其它电路部件(例如，ASIC)代替处理器662和存储器663以控制马达205。软件指令基于分配给将在下面详细论述的参数的许多预配置的值。该值定义用于作为驱动信号665由功率逆变器655提供给马达205的三相AC电压启动信号的振幅和频率的斜坡函数。
图7A和7B示出可以提供给马达205以启动换向的可能的三相AC电压启动信号的振幅和频率的示例图。振幅斜坡函数(在图7A中用在零秒的时间处具有较高的启动值的图来示出)控制启动信号的振幅。频率斜坡函数(在图7A中用在零秒的时间处具有较低的启动值的图来示出)控制启动信号的频率。
推荐的启动技术使用了开环驱动，且因此来自马达的反馈没有被提供给控制器660。启动信号使马达205从在启动时间705处的每分钟零转(“RPM”)换向到BEMF转换点710(在此处马达转换到BEMF控制模式(即，闭环控制，接收反馈))。在达到BEMF转换点710之前的所有点处，马达205的所有三相根据由下面详细解释的预配置的值定义的振幅斜坡函数和频率斜坡函数而同时地产生三相AC电压。三相AC电压可以是相同的信号，除了每一个是相对于其它相相移一百二十度的相之外。
控制启动信号的斜坡函数包括由图7A和7B图解地示出的很多值。可配置的启动信号值包括启动振幅715和启动频率720。启动振幅715是初始地提供给马达205的启动信号的振幅且在图7A的y轴(图的左侧)上由对马达205施加的电压的百分比表示。施加的电压导致某些电流，其提供允许马达205开始换向的磁场。启动频率720是初始地提供给马达205的启动信号的频率且具有赫兹(Hz)单位，如在y轴上显示的(图的右侧)。
启动信号值还包括振幅斜坡上升时间725、振幅增加计数730和最大振幅735。在振幅斜坡上升时间725期间，启动信号的振幅根据振幅增加计数730增加，直到启动信号的振幅达到最大振幅735。启动信号的频率由类似的值定义。在频率斜坡上升时间740期间，启动信号的频率根据频率增加计数745增加，直到频率达到最大频率750。振幅增加计数730和频率增加计数745分别代表在斜坡上升时间725和740期间振幅图和频率图的斜率值。当振幅和频率两者都已经达到其各自最大值时，马达205在BEMF转换点710处转换到BEMF控制模式。
在图7A和7B中，在频率达到其最大值之前，启动信号的振幅达到其最大值。一旦启动信号的振幅达到其最大振幅735，振幅斜坡函数完成。因此，振幅将保持恒定，如通过从约2.4秒直到7秒的振幅图水平线表示的。启动信号的振幅保持恒定，直到频率在BEMF转换点710处达到最大频率750。尽管在图7A和7B中振幅斜坡函数在频率斜坡函数之前达到其最大值，但是在某些实施例中频率斜坡函数在振幅斜坡函数之前达到其最大值。相应地，BEMF转换点710是启动信号的振幅和频率两者都已经达到其各自的最大值的点。
斜坡函数的多种变化是可能的。如图7B显示的，在某些实施例中，用于振幅、频率或两者的斜坡函数是指数的(即，曲线的)，而不是图7A中显示的线性的。在这种实施例中，可以使用另外的值(即，加速度)来控制用于振幅、频率或两者的斜坡函数的斜率。此外，在某些实施例中，启动信号的振幅和频率可以在同一时间达到其各自的最大值。在可替代的实施例中，启动信号的振幅在振幅斜坡上升时间725期间保持恒定(即，振幅增加730设定为零)。因此，BEMF转换点710在频率斜坡函数已经完成之后发生。在这种实施例中，振幅值被设定为足够高以在所有速度下产生转矩。
斜坡函数值是可配置的且可以被调节使得启动技术可以用于各种各样的马达。斜坡函数值主要地通过实验来确定。然而，存在用于设定值的一般准则。例如，较大的马达将比较小的马达可能具有较长的斜坡上升时间和较小的振幅增加值。确定和配置启动信号值的细节在下面解释。
斜坡函数利用BLDC马达的已知特性来平稳地启动马达205且转换到BEMF控制模式。对于BLDC马达，当定子305和转子310的磁场之间的角度是90度时，马达205的效率和转矩最大。另外，马达205的转矩与输入到马达205的电流的振幅以及定子305和转子310的磁场之间的角度成正比。
如果刚好足够的电流被提供给马达205，则马达205以在定子305和转子310的磁场之间的90度角度在最大效率下旋转。然而，当以该最大效率和90度磁场角度操作时，马达205的负荷的变化明显地影响换向。类似地，马达205的转矩对输入变化也是非常敏感的。相应地，关于负荷特性的专门知识用于向马达205提供合适量的输入电流且实现定子305和转子310的磁场之间的90度角度。
然而，在某些马达应用中，马达205的负荷不是具体已知的。在这种应用中，可以在没有关于负荷的专门知识的情况下使用BLDC马达的已知特性启动马达205。如上面描述的，当定子305和转子310的磁场之间的角度为90度时，马达205处于最大效率。当超过该最大效率点的另外的电流被施加到马达205时，马达205通过减小定子305和转子310的磁场之间的角度而变得较低效。减小的角度减少马达205的功率同时维持近似相同的转矩。因此，提供给马达205的电流越多，定子305和转子310的磁场之间的角度变得越小。
而且，在高输入电流且在定子305和转子310的磁场之间的角度小的情况下，马达205的转矩对负荷或输入电流的变化较不敏感，这是因为输入到马达205的正弦函数是陡的(即，斜率值高)。因此，输入电流的变化不像相同的变化将影响在较低电流和较高角度(即，接近最大效率的电流和角度)下转子310的位置那么多地影响在高电流和小角度(即，造成马达较低频率地运行的电流和角度)下转子310的位置。
相应地，转子310的位置可以在较高确定性程度内被估计。以另一种方式陈述，如果控制启动信号的斜坡函数提供给马达205足够的电流以将两个磁场之间的角度减小到小值(即，低于25度)，则转子310相对于提供的启动信号的位置已知在±20-25度内。而且，在该角度假设下切换到BEMF马达控制将最小地影响马达205的转矩，这允许从开环启动信号到BEMF控制模式(即，闭环控制，接收反馈)的平稳过渡。相应地，马达205可以在没有惰行的情况下直接地切换到BEMF控制模式以找到转矩310的位置。在BEMF控制模式下，电驱动电路605可以随后通过无传感器控制来估计转子位置。
如果启动信号的值通过使用实验和马达205的特性进行了正确地配置，则转子310的位置在小的角度范围内是已知的。具体地，已知转子310在启动信号后滞后一定的量。因此，马达不需要在切换到BEMF控制模式之前惰行来找到转子，这是因为转子的位置以足够高的确定性程度(即，在实际位置的±20-25度内)是已知的。
图8示出描述了利用电驱动电路605启动无刷永磁体电马达205的一种可能过程800的流程图。如之前解释的，在开始马达启动过程800之前，在实验确定之后在框805处配置用于启动马达205的启动信号的值。在配置启动信号的值之后，可以开始过程800(在框810处)。在框815处预充功率阶段发生。预充功率阶段可以包括给用于形成导通功率逆变器655的功率电子开关(例如，IGBT)所需要的电压的能量存储设备(即，电容器)充电。可以使用用于给电容器充电的各种方法。
偶尔，当启动马达205的方法开始时，转子310在运动中。控制器660监测BEMF以检测转子310的运动(在框820处)。可变增益放大器被切换到高增益模式以检测由马达205产生的可能低的BEMF信号。低BEMF信号通常指示转子310的明显缓慢的运动。控制器660通常通过测量BEMF交叉之间的时间来确定转子310的旋转速度。例如，如果BEMF交叉之间的时间增加，则确定转子310减慢。在将启动信号发送到马达205并开始斜坡函数之前，转子310被监测以确保其停止或以足够慢的速度移动，使得启动信号将根据期望地使马达205换向。如果转子310的速度太高，则转子310通过缩短马达205的某些或所有相而被减慢或停止(在框825处)。
当相对地不存在转子310的旋转时，控制器660在没有运动或缓慢运动状态下对转子310的速度分类。在这种情况下，控制器660根据启动信号的振幅斜坡函数和频率斜坡函数的预配置值而启动马达205且使马达205斜坡上升(在框830处)。如上面论述的，预编程的开环启动信号根据振幅斜坡函数和频率斜坡函数基于可配置的值进行斜坡上升。启动信号基于斜坡函数使马达205从零RPM换向到某一速度，直到马达205达到BEMF转换点810。
对于马达205的安静的和平稳的操作，最好是在马达的斜坡上升期间产生正弦波电流(在框830处)。然而，控制器660通过功率逆变器655控制提供给马达205的电压信号(而不是直接地控制电流输入)。通过控制电压信号，控制器660间接地控制提供给马达的电流(即，正弦波电压产生梯形电流)。电压信号可以有意地扭曲以产生更接近地类似正弦波的电流。相应地，提供给马达205的电流是更正弦的且马达205更平稳地旋转。
在框835处，控制器660根据斜坡函数基于上述预配置的值增加启动信号的振幅和频率。在框840处，控制器660检查振幅斜坡函数和频率斜坡函数两者是否完成。如果斜坡函数中的一个或两者没有完成，则控制器660继续指示功率逆变器655根据斜坡函数给马达205提供开环信号(在框835处)。当斜坡函数两者完成时，马达205已经达到BEMF转换点810，且控制器660切换到BEMF控制模式(在框845处)。监测BEMF允许控制器660确定关于转子310的旋转速度的时段。
本发明的各种特征和优点在所附权利要求中阐述。

Claims (24)

1.一种控制电机的方法，所述电机包括具有芯和多个绕组的定子，以及靠近所述定子布置以与所述定子相互作用的转子，所述方法包括：
配置具有振幅和频率的三相交流(AC)电压启动信号的振幅值和频率值；
给所述多个绕组提供所述三相AC电压启动信号；
根据由所述频率值定义的频率斜坡函数改变所述三相AC电压启动信号的频率；
在所述频率斜坡函数已经完成之后中断所述三相AC电压启动信号；
在中断所述三相AC电压启动信号之后，通过使用基于所述频率斜坡函数的所述转子的已知评估位置，切换到反电动势(BEMF)控制模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述配置振幅值和频率值包括，配置所述三相AC启动信号的振幅值，并且其中，所述方法还包括，根据由所述振幅值定义的振幅斜坡函数改变所述三相AC电压启动信号的振幅，其中，中断所述三相AC电压启动信号发生在所述振幅斜坡函数已经完成之后。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括，在给所述多个绕组提供所述三相AC电压启动信号之前检测所述转子的运动。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，检测所述转子的运动还包括检测所述转子的旋转速度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，切换到所述BEMF控制模式立即发生在中断所述三相AC电压启动信号之后。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括防止所述转子在所述方法的执行期间惰行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述频率包括线性地增加所述三相AC电压启动信号的频率。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述改变振幅、所述改变频率或改变振幅和改变频率两者包括线性地增加所述三相AC电压启动信号的振幅、频率或振幅和频率两者。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述频率包括指数地增加所述三相AC电压启动信号的频率。
10.根据权利要求2所述的方法，其中，所述改变振幅、所述改变频率或改变振幅和改变频率两者包括指数地增加所述三相AC电压启动信号的振幅、频率或振幅和频率两者。
11.一种电机，包括：
定子，所述定子具有芯和多个绕组；
转子，所述转子靠近所述定子布置以与所述定子相互作用；
存储器；以及
控制器，所述控制器被布置成启动所述电机，所述控制器被配置成：
获得具有振幅和频率的三相交流(AC)电压启动信号的预编程的振幅值和预编程的频率值；
产生所述三相AC电压启动信号以提供给所述多个绕组；
根据由所述频率值定义的频率斜坡函数改变所述三相AC电压启动信号的频率；
在所述频率斜坡函数已经完成之后，中断所述三相AC电压启动信号；以及
在中断所述三相AC电压启动信号之后，使用基于所述频率斜坡函数的所述转子的已知评估位置，切换到反电动势(BEMF)控制模式。
12.根据权利要求11所述的电机，其中，所述控制器进一步被配置成：
根据由多个振幅值定义的振幅斜坡函数改变所述三相AC电压启动信号的振幅；以及
在所述振幅斜坡函数已经完成之后中断所述三相AC电压启动信号。
13.根据权利要求11所述的电机，其中，所述控制器进一步被配置成在所述控制器产生所述三相AC电压启动信号之前检测所述转子的运动。
14.根据权利要求11所述的电机，其中，所述三相AC电压启动信号提供所述电机的开环斜坡上升。
15.根据权利要求11所述的电机，其中，所述BEMF控制模式为接收由所述电机产生的BEMF的反馈的闭环控制模式。
16.根据权利要求11所述的电机，其中，所述电机包括永磁无刷直流马达。
17.根据权利要求11所述的电机，其中，所述频率斜坡函数的值线性地增加。
18.根据权利要求12所述的电机，其中，所述振幅斜坡函数和所述频率斜坡函数中的至少一个的值线性地增加。
19.根据权利要求11所述的电机，其中，所述频率斜坡函数的值指数地增加。
20.根据权利要求12所述的电机，其中，所述振幅斜坡函数和所述频率斜坡函数中的至少一个的值指数地增加。
21.一种空气流动系统，包括：
系统控制板；
马达组件，包括：
定子，所述定子具有芯和多个绕组；以及
转子，所述转子靠近所述定子布置以与所述定子相互作用；
驱动电路，所述驱动电路联接到所述马达组件并且具有控制器和存储器，所述控制器被配置成启动所述马达组件并且接收具有振幅和频率的三相交流(AC)电压启动信号的预编程的振幅值和预编程的频率值，其中，所述控制器通过进一步被配置成执行以下步骤来启动所述马达组件：
给所述多个绕组提供所述三相AC电压启动信号；
根据由所述频率值定义的频率斜坡函数改变所述三相AC电压启动信号的频率；
在所述频率斜坡函数已经完成之后，中断所述三相AC电压启动信号；
在中断所述三相AC电压启动信号之后，通过使用基于所述频率斜坡函数的所述转子的已知评估位置，切换到反电动势(BEMF)控制模式。
22.根据权利要求17所述的空气流动系统，其中，所述控制器进一步被配置成：
根据由多个振幅值定义的振幅斜坡函数改变所述三相AC电压启动信号的振幅；以及
在所述振幅斜坡函数已经完成之后中断所述三相AC电压启动信号。
23.根据权利要求17所述的空气流动系统，其中，所述控制器进一步被配置成在所述控制器给所述多个绕组提供所述三相AC电压启动信号之前检测所述转子的运动。
24.根据权利要求17所述的空气流动系统，其中，所述空气流动系统还包括恒温器。
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