CN109429544B - 用于确定电动机位置的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了通过如下方式确定诸如三相电动机的电动机中的转子的位置的方法和设备：通过利用互补信号驱动相位对并检查相位中的浮置相位的电压来确定转子的磁极中的第一个可能所处的扇区中的第一个和第二个。实施例还可以包括向扇区中的第一个和第二个驱动第一和第二电流，以及分析第一和第二电流中的每个到达阈值的时间以识别扇区。实施例还可以包括通过利用同相且占空比不等的相应信号驱动至少一个相位对来向所述电动机施加转矩，以移动转子，用于确定转子的位置。

Description

用于确定电动机位置的方法和系统
背景技术
控制并驱动无刷DC(BLDC)电动机的电路是已知的。还知道的是，可能希望了解电动机在启动时的位置。常规BLDC电动机控制技术可以采用BEMF(反电动势)信息进行位置估计，不过，在零速下，例如，在电动机启动时，BEMF信息不可用。另一项常规启动技术是在没有位置估计的情况下在开环中驱动电动机(例如，对准并运转)，这可能会在启动期间导致反向旋转。此外，如果选择了相对保守的启动曲线，该技术可能会增加启动时间，或者如果选择了积极的启动曲线，则会使电动机启动不可靠。用于电动机启动的一种已知替代技术被称为初始位置检测(IPD)，常用于例如硬盘驱动器中。电流被注入三个定子相位的六种组合中，其中六种组合之一具有最小电感，其指示转子的北极。不过，由于在电流注入期间生成的转矩，在实践中常规IPD技术噪声较大。此外，因为比较六种较近的信号，精确度可能较差。
发明内容
本发明的实施例提供了用于使用互补驱动和检测(CDD)信号在零或低电动机速度下检测电动机位置的方法和设备。实施例可以适于三相BLDC电动机。基于在其后将从磁体极性检测到电感器饱和的电动机位置检测电感差异。在实施例中，可以在零转矩下在给定范围(例如三十度)内确定相对于磁体的电动机位置。常规电动机位置技术可能具有显著更大的范围，例如六十度。在一个实施例中，互补驱动和检测-极轴电流注入(CDD-PACI)提供了电动机位置检测。在另一个实施例中，互补驱动和检测-轻微移动(CDD-轻微移动)提供了电动机位置。
在实施例中，与常规电动机位置检测技术相比，显著减少了声学噪声和振动，因为使用了例如25kHz的高频信号。此外，相对高频信号减少了检测电动机位置所需的时间。
在本发明的一个方面中，一种确定具有相位A、相位B和相位C的三相电动机中的转子的位置的方法，包括：通过利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C并检查相位中的浮置相位的电压，确定所述转子的磁极中的第一个可能所处的扇区中的第一个和第二个，其中所述扇区中的第一个和第二个被相对定位；以及向所述扇区中的第一个和第二个驱动第一和第二电流，并分析所述第一和第二电流中的每者达到阈值的时间，以识别所述扇区中的第一个和第二个中哪个与所述转子的磁极中的第一个对准。
一种方法还包括以下特征的一个或多个：该时间对应于电感饱和的水平，电动机包括BLDC电动机，扇区包括十二个扇区，所述扇区中的第一个和第二个跨越大约三十度，利用具有大约百分之五十占空比的互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C，通过利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C而生成基本为零的转矩，在第一方向上驱动第一电流以及在与第一方向相位反的第二方向上驱动第二电流，在利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C期间，对相应浮置电压和电压阈值的比较的输出进行编码，和/或从编码的输出确定转子磁极中的第一个可能所处的扇区中的第一个和第二个。
在本发明的另一方面中，一种用于确定三相电动机的转子的位置的系统，包括：为所述三相电动机生成驱动信号的第一模块；第二模块，所述第二模块被配置为通过利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C并检查所述相位中的浮置相位的电压，确定所述转子的磁极中的第一个可能所处的扇区中的第一个和第二个，其中所述扇区中的第一个和第二个被相对定位；以及第三模块，所述第三模块生成信号以向所述扇区中的第一个和第二个驱动第一和第二电流，并分析所述第一和第二电流中的每者达到阈值的时间，以识别所述扇区中的第一个和第二个中哪个与所述转子的磁极的第一个对准。
一种系统还可以包括以下特征中的一个或多个：所述系统包括具有用于为三个相位中的每个提供所述驱动信号的第一、第二和第三输出的IC封装，该时间对应于电感饱和的水平，该电动机包括BLDC电动机，扇区包括十二个扇区，所述扇区中的第一个和第二个跨越大约三十度，该系统还被配置成利用具有大约百分之五十占空比的互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C，通过利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C而生成基本为零的转矩，该系统还被配置成在第一方向上驱动第一电流以及在与第一方向相反的第二方向上驱动第二电流，该系统还被配置成在利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C期间，对相应浮置电压和电压阈值的比较的输出进行编码，和/或该系统还被配置成从编码的输出确定转子磁极中的第一个可能所处的扇区中的第一个和第二个。
在另一个方面中，本发明的实施例提供了用于使用互补驱动和检测(CDD)信号在零或低电动机速度下检测电动机位置的方法和设备。实施例可以适于三相BLDC电动机。基于在其后将从磁体极性检测到电感器饱和的电动机位置检测电感差异。在实施例中，可以在零转矩下在给定范围(例如三十度)内确定相对于磁体的电动机位置。常规电动机位置技术可能具有显著更大的范围，例如六十度。在一个实施例中，互补驱动和检测-极轴电流注入(CDD-PACI)提供了电动机位置检测。在另一个实施例中，互补驱动和检测-轻微移动(CDD-轻微移动)提供了电动机位置。
在实施例中，与常规电动机位置检测技术相比，显著减少了声学噪声和振动，因为使用了例如25kHz的高频信号。此外，相对高频信号减少了检测电动机位置所需的时间。
在本发明的一个方面中，一种用于确定具有相位A、相位B和相位C的三相电动机中的转子的位置的方法，包括：通过利用互补信号分别驱动相位对A-B、A-C和B-C并检查所述相位中的浮置相位的电压，确定所述转子的磁极中的第一个可能所处的扇区中的第一个和第二个，其中所述扇区中的第一个和第二个被相对定位；以及通过利用同相且占空比不等的相应信号驱动至少一个相位对来向所述电动机施加转矩，以将所述转子从所述扇区中的第一个或第二个中的转子位置移动给定量，以用于确定所述转子的位置。
一种方法还包括以下特征中的一个或多个：通过确定所述相位中的浮置相位的电压何时小于阈值而将所述转子移动给定量，利用互补信号驱动相位对，以确认转子移动给定量之后的转子位置，电动机包括BLDC电动机，扇区包括十二个扇区，扇区中的第一个和第二个跨越大约三十度，利用具有大约百分之五十占空比的互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C，在利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C期间，对相应浮置电压和电压阈值的比较的输出进行编码，给定量对应于大约45度，在三十度内确定转子位置，和/或将所述转子从所述扇区中的第一个中的转子位置顺时针移动所述给定量，或者将所述转子从所述扇区中的第二个中的转子位置逆时针移动所述给定量。
在本发明的另一方面中，一种用于确定三相电动机转子的位置的系统包括：为所述三相电动机生成驱动信号的第一模块；第二模块，所述第二模块被配置为通过利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C并检查所述相位中的浮置相位的电压，确定所述转子的磁极中的第一个可能所处的扇区中的第一个和第二个，其中所述扇区中的第一个和第二个被相对定位；以及第三模块，所述第三模块被配置为通过利用同相且占空比不等的相应信号驱动至少一个相位对来向所述电动机施加转矩，以将所述转子从所述扇区中的第一个或第二个中的转子位置移动给定量，以用于确定所述转子的位置。
一种系统还可以包括以下特征中的一个或多个：所述系统被进一步配置为通过确定所述相位中的所述浮置相位的电压小于阈值而将所述转子移动给定量，所述系统还被配置成利用互补信号驱动相位对，以确认转子移动给定量之后的转子位置，电动机包括BLDC电动机，扇区包括十二个扇区，扇区中的第一个和第二个跨越大约三十度，所述系统还被配置成在利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C期间，对相应浮置电压和电压阈值的比较的输出进行编码，给定量对应于大约45度，在三十度内确定转子位置，和/或所述系统还被配置成将所述转子从所述扇区中的第一个中的转子位置顺时针移动所述给定量，或者将所述转子从所述扇区中的第二个中的转子位置逆时针移动所述给定量。
附图说明
从对附图的以下描述可以更充分理解本发明的前述特征以及发明本身，在附图中：
图1是根据本发明示例性实施例的可以确定电动机位置的电动机控制电路的示意性表示；
图1A示出了用于三相电动机的一部分的例示性等效电路；
图1B是用于测量图1的电路中的相位信号的电路的示意性表示；
图2是与相位A、B和C相关的转子的示意性表示；
图2A是转子位置被定位的扇区的示意性表示；
图3是与相位A、B和C相关的磁体和通量的示意性表示；
图4A是可以提供相位信号的开关元件的示意性表示；
图4B是能够驱动相位A和B而相位C浮置的示例性信号的波形图；
图5A是可以提供极轴电流注入和比较器的开关元件的示意性表示；
图5B是对应于与电动机的相位对齐的北极或南极的扇区的示意性表示；
图6是用于互补驱动和检测(CDD)电动机位置的信号的波形图；
图7A是示出了图6中的信号的进一步细节的波形图和用于可能转子位置的象限表示；
图7B是示出了图6中的信号的进一步细节的波形图和用于可能转子位置的象限表示；
图8是用于互补驱动和检测(CDD)以检测电动机位置的信号的波形图；
图9是用于在CDD之后进行极轴电流注入以确定电动机位置的信号的波形图；
图10是用于确定电动机位置的步骤的示例性序列的流程图；
图11是包括通过从已知可能位置施加转矩而移动转子的确定电动机位置的示意性表示；
图12是示出了用于确定可能电动机位置、施加转矩以移动电动机以及确定电动机位置的信号的波形图；
图13是用于确定可能电动机位置、施加转矩以移动电动机以及确定电动机位置的步骤的示例性序列的流程图；以及
图14是可以执行本文所述处理的至少一部分的示例性计算机的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的示例性实施例的示例性电动机控制电路102，该电动机控制电路102耦合到电动机104以用于利用互补驱动和检测(CDD)来提供BLDC电动机启动。电动机104被示为包括三个绕组104a、104b、104c，它们可以被绘示为相应等效电路，该等效电路具有与电阻器串联且与反电动势(BEMF)电压源串联的电感器。例如，绕组A 104a被示为包括与电阻器131串联并与反电动势电压源VA136串联的电感器130。下文结合图1A更充分描述了示例性等效电路。
电动机控制电路102包括速度需求发生器107，其被耦合成从电动机控制电路102的外部接收外部速度需求信号106。外部速度需求信号106可以是多种格式之一。通常，外部速度需求信号106指示从电动机控制电路102外部请求的电动机104的速度。
速度需求发生器107被配置成生成速度需求信号107a。脉宽调制(PWM)发生器108被耦合成接收速度需求信号107a并被配置成生成具有受到速度需求信号107a控制的占空比的PWM信号。PWM发生器108还被耦合成从调制信号发生模块146接收调制波形。PWM信号被生成为具有根据调制波形的调制特性(即，相对时变的占空比)。
电动机控制电路102还包括栅极驱动器电路110，其被耦合成接收PWM信号并被配置成生成PWM栅极驱动信号110a、110b、110c、110d、110e、110f，以驱动被布置为三个半桥电路112/114、116/118、120/122的六个晶体管112、114、116、118、120、122。六个晶体管112、114、116、118、120、122在饱和状态下操作，以分别在节点102d、102c、102b处提供三个电动机驱动信号VoutA 124、VoutB 126和VoutC 128。要理解的是，可以使用开关元件的任何适当配置提供电动机驱动信号。
电动机控制电路102还可以包括信号处理模块143，其可以包括CDD模块145，用于处理来自传感器模块147的信号。如下文更充分描述的，可以使用各种所施加相位信号的效果确定转子位置。例如，传感器模块147可以被配置成接收反EMF信号(例如，可以被耦合成接收电动机驱动信号124、126、128中的一个或多个，包括在电动机绕组104a、104b、104c未被驱动且相应绕组电流为零时可直接观察到的反EMF信号)。
图1B示出了示例性传感器模块147，其具有第一比较器160，第一比较器160具有耦合到开关元件对的第一输入和耦合到阈值的第二输入。如下文更充分描述的，第一比较器输出162判断是否超过阈值。如下文更充分描述的，第二比较器164具有第一输入，例如为VBB/2，并具有相位中的浮置相位。
再次参考图1，信号处理模块143被配置成生成指示电动机104的旋转参考位置的位置参考信号。调制信号发生模块146被耦合成接收位置参考信号并被配置为改变提供给PWM发生器108的调制波形的相位。
电动机控制电路102可以被耦合成在节点102a处接收电动机电压VMOT，或简称VM，在上方晶体管112、116、120导通的时间期间，电动机电压VMOT通过晶体管112、116、120被供应给电动机。应当理解，在晶体管112、116、120被导通并向电动机104供应电流时，通过晶体管112、116、120可能有小的电压降(例如，0.1伏)。
在本发明的一个方面中，信号处理模块143控制电动机启动，包括互补驱动和检测(CDD)。在实施例中，通过利用互补信号相继地驱动相位对A-B、A-C和B-C并检查相位中的浮置相位的电压，可以将具有相位A、相位B和相位C的三相电动机中的转子的位置定位在多个扇区中的第一个和第二个内。在一个实施例中，CDD-PACI确定电动机位置。在CDD之后，一旦确定转子位置在两个扇区之一内，系统就可以朝向扇区中的第一个和第二个驱动相应的第一和第二相位电流，并分析第一和第二电流中的每个到达阈值的时间，以识别所述扇区中的第一个和第二个中的哪个与转子的磁极中的第一个对准。驱动电流生成磁通量，使得取决于转子极性，永磁体通量增大或减小电流生成的通量。于是，增强或阻止了电感饱和，这可以用于求解两个相对定位的扇区之间的转子位置。在实施例中，可以测量驱动电流到达阈值的时间以识别转子位置。
图1B示出了用于三相电动机的绕组的示例性等效电路。在转子速度为零时，BEMF之和为零。相位电流之和始终为零，即IA+IB+IC＝0。如果按如下方式驱动系统：UA＝VBB，VB＝GND且C相位浮置(IA＝-IB＝I且Ic＝0)，那么Uc＝VBB/2+I*(RB-RA)/2+dI/dt*(LB-LA)/2。如果RA＝RB且LA＝LB，那么Uc＝VBB/2。不过，如果LA≠LB，UC将比VBB/2更高或更低。如果选择具有较高频率和零平均幅度的电流，那么会生成零平均驱动转矩。因为与电感器相关联的di/dt可以很大，感兴趣信号可以被检测为：
如果LA>LB，则UC<VBB/2，如果LA<LB，则UC>VBB/2。
图2示出了被分成四个扇区/象限I、II、III、IV的转子磁体200，相对于三个相位A、B、C，其可以具有第一对I、III和第二对II、IV。在实施例中，四个象限I、II、III、IV由相位A和相位B的中间线界定。相位A和相位B之间的电感差异将相继为正和负。通过测量Uc(浮置)和VBB/2之间的电压极性，例如，可以识别与相对于磁体的转子位置对应的特定象限对。亦即，可以确定转子的位置在象限对I、III内或在对II、IV内。通过类似方式，可以驱动相位A和C并且然后驱动相位B和C以通过检测浮置相位的电压来确定额外信息。图2A示出了针对三个相位中的每个的由象限划分的可能转子位置，得到了12个扇区，每个扇区跨越30度。亦即，针对三个相位中的每个的象限彼此偏移以提供12个扇区。可以确定转子位置在12个扇区之一内，如下文更充分所述。
图3示出了磁极/转子相对于电动机相位A、B、C的示例性位置。对于例示的位置而言，系统能够从相位A向相位C驱动电流，这生成了从A到C的磁通量301。永磁体通量然后增大相位A和C中的通量，这导致更早的电感饱和。系统可以从C向相位A驱动电流，这生成了从C到A的磁通量。永磁体通量然后减小相位A和C中的通量302，这导致更晚的电感饱和。
要理解的是，磁饱和是指在所施加的绕组电流的增大不能进一步增大材料的磁化时所到达的状态，因此总磁通密度B或多或少趋向平稳。需注意，由于真空磁导率的原因，它可能继续非常慢地增大。在电流趋近饱和电流时，等效电感显著减小。因此，在接近饱和电流时，电流将显著增大。
如果从C向A驱动电流，这生成了从C到A的磁通量，永磁通量减小从C到A的通量302。这样导致来自相位A和C的通量减小，延迟了电感饱和。要理解的是，如果转子极性与图示相反，即，S极在上，那么电感饱和延迟/更早的结论也与上文所述那些相反。
在实施例中，在转子位置具有两个相隔180度的可能位置的情况下，可以向相位中注入电流，以生成用于对准到永磁通量或与永磁通量相反的磁通量。通过检测饱和水平差异，可以求解出两个可能的位置。在实施例中，可以使用每个电流到达给定阈值的时间来确定转子位置。应该指出的是，这些电流驱动模式不生成任何显著的电动机转矩。
图4A和4B示出了根据本发明的示例性实施例的实施零转矩位置检测的互补驱动和检测(CDD)的例示性实施例。图4A示出了简化电路，其可以类似于图1的开关配置，具有相应对的开关元件，用于为相位A、B和C生成信号。要理解的是，可以使用开关元件的任何适当配置生成相位信号。
在图4B中可以看出，向相位A和B施加具有50％占空比的互补驱动信号DrA、DrB(相位差180度)。此外，如图4A所示，比较器CC具有第一输入作为浮置相位C，以及第二输入作为VBB/2。利用该布置，可以将浮置相位C的电压与VBB/2比较，以用于在由象限对(图2A)界定的扇区之一内定位转子位置。要理解的是，指示流经开关的电流和互补驱动信号DrA、DrB的实线和虚线彼此对应。例如，在驱动信号DrA降低并很低时，电流流过相位A开关对的较低开关，并流过相位B开关对的较高开关。由于相位C是浮置的，所以没有从驱动信号DrA、DrB产生的电流。
然后通过相继驱动相位AC并且然后驱动BC，并测量浮置相位，可以在十二个扇区中的两个内定位转子位置。如上所述，十二个扇区是通过三个偏移120度的象限形成的，其中图2的四个象限I、II、III、IV由相位A和相位B的中线界定，图2A的额外扇区由相位B和相位C的中线以及相位A和C的中线界定。
图5A示出了具有作为阈值的第一输入和作为驱动电流的第二输入的极轴电流注入电路500和比较器502。图5B将转子N(或S)极相对于诸如相位A的相位的位置示出为在第一和第二扇区S0、S6之一内，第一和第二扇区S0、S6能够跨越30度，其中第一和第二扇区S0、S6彼此分隔180度。可以向两个可能位置(扇区S0、S6)驱动电流。电流之一将首先到达比较器502的阈值。更快在比较器502处到达阈值的电流对应于与磁体N极对准的转子，因为由于与N极对准会更早达到饱和。
图6示出了根据本发明的例示性实施例的用于实施互补驱动和检测(CDD)以及极轴电流注入(PACI)的示例性波形。在CDD期间，在示例性波形中，如上所述，通过互补方式驱动第一相位A和B，然后以互补方式驱动相位B和C(未示出相位C电压)，并且然后驱动相位A和C，以确定转子位于十二个扇区中的两个相对扇区中的哪个中。在例示的示例中，在CDD的AB部分期间，相位C是浮置的，并且相位A和相位B电压是通电的。相位A电压波形包括CDD的AB和AC部分期间的高频信号。相位B电压波形包括CDD的AB和BC部分期间的高频信号。要理解的是，在CDD期间生成基本为零的转矩。
一旦CDD完成，PACI就可以确定转子位于CDD中识别的两个扇区中的哪个中。在PACI的第一部分期间，在第一方向上驱动相位A电流，直到VBB电流到达PACI阈值TH为止。测量VBB电流到达PACI阈值TH的时间。在PACI的第二部分期间，在相反方向上驱动相位A电流，并测量VBB电流到达PACI阈值TH的时间。VBB到达PACI阈值TH的最小时间对应于磁体北极接近相位A的扇区。
图7A和7B示出了如上所述按照互补方式驱动相位A和B电压的CDD的更多细节。在图7A中，浮置相位C电压在相位A电压为高时低于VBB/2，并且在相位B电压为高时高于VBB/2。相位A电流在相位A电压为高时上升，并且在相位A电压为低时下降。在图7B中，相位C电压在相位A电压为高时高于VBB/2，并且在相位B电压为高时低于VBB/2。在相位A被驱动到高时，如果Uc>VBB/2，则转子的N极在象限I或III中(图7B)。如果Uc<VBB/2，那么转子的N极位于象限II或IV中(图7A)。
图8示出了针对CDD的相位A、B和C电压信号和相位A电流信号。在第一(AB)部分期间，相位A和B电压信号是互补的，并且相位C电压浮置，如上所述。在CDD的第二(BC)部分期间，以互补方式驱动相位B和C电压信号，并且相位A信号浮置。在CDD的第三(AC)部分期间，以互补方式驱动相位A和C电压信号，并且相位B电压信号浮置。如上所述，可以将每个CDD部分期间的浮置信号与阈值(例如VBB/2)比较。
在所示的波形图中，在AB CDD部分期间，在相位A电压为高时，可以看出，Uc<VBB/2，编码为0。类似地，在BC部分期间，在相位B电压为高时，UA<VBB/2编码为0，并且在AC部分期间，在相位C电压为高时，UB>VBB/2编码为1。在实施例中，可以将低于VBB/2的浮置电压编码为逻辑“0”，并且可以将大于VBB/2的浮置电压编码为逻辑“1”。在例示的示例中，Uc<VBB/2、UA<VBB/2和UB>VBB/2对应于“001”，其中可以使用六行查找表按照度数检查转子位置。以下表1是示例性查找表。对于图8的示例，代码001对应于扇区中的相对于相位A的位置在30度或210度处的转子位置。
表1
001 30或210
011 60或240
010 90或270
110 120或300
100 150或330
101 180或0
图9示出了图8的CDD波形之后的用于PACI的示例性波形。相位C(未示出)被驱动为高，并且相位A被驱动为低，相位A电流下降，同时相位C电流(未示出)上升。VBB电流增大，直到到达PACI阈值。VBB电流到达PACI阈值的时间为时间T1。在电流稳定到默认水平之后，相位A电压被驱动为高，并且相位C被驱动为低，相位A电流与之前相反，例如上升，VBB电流增大，直到在时间T2到达PACI阈值。在例示的实施例中，T1<T2，这指示N极更接近相位A并与相位C相反。
图10示出了根据本发明的示例性实施例用于确定电动机位置的步骤的例示性序列。在步骤1000中，以互补方式驱动三相电动机中的第一对相位电压，而另一相位电压浮置并被监测。在步骤1002中，以互补方式驱动第二对相位电压，而另一相位电压浮置并被监测。在步骤1004中，以互补方式驱动第三对相位电压，而另一相位电压浮置并被监测。在步骤1006中，确定转子的位置在多个扇区中的两个内。在实施例中，转子的两个可能扇区位置隔开180度。在步骤1008中，在对应于两个可能扇区位置中的第一个的第一方向上驱动第一电流。在步骤1010中，确定浮置相位的电流到达阈值的第一时间。在步骤1012中，在对应于两个可能扇区位置中的另一个的方向上驱动第二电流。在步骤1014中，确定浮置相位的电流到达阈值的第二时间。在步骤1016中，将第一时间和第二时间彼此对比。在步骤1018中，根据第一时间还是第二时间更少来确定转子的扇区位置。如上所述，花更少时间到达阈值的电流对应于因为更早饱和而与转子的N极对准。
本发明的例示性实施例可以相对于常规电动机位置技术提供优点。例如，示例性实施例相对安静并快速，不会生成任何显著的声学噪声或振动，因为使用了较高频率的信号，例如25kHz。高频信号还减少了位置检测所需的时间。此外，在实施例中，PACI相位传导两个脉冲，其中常规IPD需要六个脉冲，从而生成更小转矩。在示例性实施例中，在最坏情形中，利用相同量的电流仅有26％(15度)的最大转矩(sin 15＝0.26)。此外，与传统IPD的60度分辨率相比，提供了更高的位置分辨率，例如30度。而且，本发明的实施例可以提供更好的精确度，因为与转子N极对准或相反的两个脉冲提供了针对电感饱和的区分。此外，本发明的实施例可以接受更大的电动机容限，因为两个脉冲被施加到相同绕组，从而将抵消不平衡的电动机绕组误差。
在本发明的另一方面中，确定电动机位置在若干扇区内，之后，通过向电动机施加转矩以使转子从初始位置移动而修改电动机位置，在本文中将这称为CDD轻微移动。在一个示例中，施加的转矩将转子从初始位置移动45度或135度。在实施例中，生成转矩的驱动信号是相位互补的，但并非如上所述为50％的占空比，并且在第三相位中浮置。互补信号的不对称性质生成转矩。可以监测浮置相位上的电压，从而一旦检测到过零，就可以评估不同的浮置相位。然后可以从两个可能的扇区位置确定转子位置。
图11示出了向电动机施加转矩以确定转子位置的示例。在实施例中，使用CDD识别转子可能所在的初始第一和第二可能扇区IS0、IS1。可以通过将电动机驱动到不同位置来轻微移动转子位置。例如，可以将相位C电压信号驱动55％，并将相位B电压驱动45％，而相位A浮置。如例示性示例中所示，将电动机驱动到2点钟位置DP1。在以具有浮置相位A电压和VBB/2作为输入的比较器输出过零时，转子位置在第一位置DP1或第二位置DP2。在实施例中，第一和第二位置DP1、DP2相隔90度。可以看出，如果转子初始位于第一可能扇区IS0中，则转子被驱动到第一位置DP1。如果转子初始位于第二可能扇区IS1中，则转子被驱动到第二位置DP2。例如，如上所述，通过利用互补信号驱动相位A和B或相位A和C，可以实现转子位置的确认。已经确定了电动机位置，并且安静且有效率的电动机启动可以开始。
图12示出了针对相位A电压、相位B电压、相位C电压和相位B电流的“轻微移动”波形，其中A是浮置相位。可以看出，在55％的占空比下驱动相位B电压。由于相位B和C是互补的，所以在45％占空比下驱动相位C。在轻微移动期间，相位B电流的平均值不再是零，因为其具有小的DC偏移，这就是如何驱动转子以轻微移动的方式。浮置相位(A相位)电压包络变得越来越近，直到有过零为止，这对应于例如图11中的DP1/DP2的位置。
图13示出了根据实施例的提供CDD轻微移动电动机位置检测的步骤的示例性序列。在步骤1300中，如上所述，执行互补驱动和检测(CDD)以确定电动机的位置在两个扇区内。在步骤1302中，由占空比不是50％的驱动信号向电动机施加转矩。例如，在55％下驱动相位C电压信号，在45％下驱动B电压信号。在步骤1304中，测量浮置相位的电压。如果相位B和C被驱动并且相位A浮置，那么测量相位A的电压。在步骤1306中，监测浮置相位电压。在步骤1308中，将浮置相位电压与阈值比较。在一个实施例中，将浮置的相位A电压与VBB/2比较。为了继续该示例，在浮置相位A的电压小于VBB/2时，在相位C电压活动时，那么电动机被移动给定量，例如45度。然后去除所施加的转矩。在任选步骤1310中，可以通过例如部分CDD处理(例如，一个相位)来确认电动机位置。
图14示出了可以执行本文所述处理的至少部分的示例性计算机1400。计算机1400包括处理器1402、易失性存储器1404、非易失性存储器1406(例如，硬盘)、输出装置1407和图形用户界面(GUI)1408(例如，鼠标、键盘、显示器)。非易失性存储器1406存储计算机指令1412、操作系统1416和数据1418。在一个示例中，由处理器1402执行来自易失性存储器1404的计算机指令1412。在一个实施例中，物品1420包括非暂态计算机可读指令。
可以在硬件、软件或二者的组合中实施处理。可以在可编程计算机/机器上执行的计算机程序中实施处理，可编程计算机/机器均包括处理器、存储介质或可以由处理器读取的其他制品(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)、至少一个输入装置和一个或多个输出装置。可以向使用输入装置输入的数据应用程序代码以执行处理并生成输出信息。
系统可以至少部分地经由计算机程序产品(例如，在机器可读存储装置中)执行处理，用于由数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机或多个计算机)执行或控制其操作。可以用高级流程或面向对象的编程语言实施每个这样的程序，以与计算机系统通信。不过，可以用汇编或机器语言实施程序。该语言可以是汇编或编译语言，并可以通过任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或其他适用于计算环境中的单元。可以部署计算机程序以由一个计算机或在一个地点或分布于多个地点并通过通信网络互连的多个计算机上执行。计算机程序可以存储于可以由通用或专用可编程计算机读取的存储介质或装置(例如，CD-ROM、硬盘或磁盘)上，用于在计算机读取存储介质或装置时配置并操作计算机。还可以将处理实施为配置有计算机程序的机器可读存储介质，在执行时，计算机程序中的指令使得计算机进行操作。
可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行处理，以执行系统的功能。系统的全部或部分可以实施为专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)和/或ASIC(专用集成电路))。
已经描述了本发明的示例性实施例，本领域的普通技术人员现在将明白，也可以使用并入其概念的其他实施例。本文包含的实施例不应限于公开的实施例，而是应当仅受所附权利要求的精神和范围限制。在此通过引用将本文引用的所有公开和参考文献的全文明确并入本文。
可以组合本文描述的不同实施例的元素以形成上文未具体阐述的其他实施例。在单个实施例的上下文中描述的各种元素也可以单独地或以任何适合的子组合提供。本文未具体描述的其他实施例也在以下权利要求书的范围内。

Claims (44)

1.一种确定具有相位A、相位B和相位C的三相电动机中的转子的位置的方法，包括：
通过利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C并检查与通往用于控制所述电动机的电动机控制器的供应电压的比例有关的所述相位中的浮置相位的电压，来确定所述转子的磁极中的第一个磁极可能所处的扇区中的第一个扇区和第二个扇区，其中，所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区被相对定位；以及
向所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区驱动第一电流和第二电流，并分析所述第一电流和所述第二电流中的每个到达阈值的时间，以识别所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区中的哪个扇区与所述转子的所述磁极中的第一个磁极对准。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时间对应于电感饱和的水平。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电动机包括BLDC电动机。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扇区包括十二个扇区。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区跨越大约三十度。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括利用具有大约百分之五十占空比的互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C来生成基本为零的转矩。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括在第一方向上驱动所述第一电流，并在与所述第一方向相反的第二方向上驱动所述第二电流。
9.根据权利要求1所述的方法，在利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C期间进一步对相应的浮置电压和电压阈值的比较的输出进行编码。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括从所编码的输出确定所述转子的磁极中的第一个磁极可能所在的所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述供应电压的比例是二分之一。
12.一种用于确定具有相位A、相位B和相位C的三相电动机的转子的位置的系统，包括：
第一模块，用于为所述三相电动机生成驱动信号；
第二模块，被配置为通过利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C并检查与通往用于控制所述电动机的电动机控制器的供应电压的比例有关的所述相位中的浮置相位的电压，来确定所述转子的磁极中的第一个磁极可能所处的扇区中的第一个扇区和第二个扇区，其中，所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区被相对定位；以及
第三模块，被配置为生成信号以向所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区驱动第一电流和第二电流，并分析所述第一电流和所述第二电流中的每个到达阈值的时间，以识别所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区中的哪个扇区与所述转子的所述磁极中的第一个磁极对准。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统包括具有用于为所述相位A、所述相位B和所述相位C中的每个提供所述驱动信号的第一输出、第二输出和第三输出的IC封装。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述时间对应于电感饱和的水平。
15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述电动机包括BLDC电动机。
16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述扇区包括十二个扇区。
17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区跨越大约三十度。
18.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统还被配置为利用具有大约百分之五十占空比的互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C。
19.根据权利要求12所述的系统，其中，通过利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C生成基本为零的转矩。
20.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统还被配置为在第一方向上驱动所述第一电流，并在与所述第一方向相反的第二方向上驱动所述第二电流。
21.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统还被配置为在利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C期间对相应的浮置电压和电压阈值的比较的输出进行编码。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述系统还被配置为从所编码的输出确定所述转子的所述磁极中的第一个磁极可能所在的所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区。
23.根据权利要求12所述的系统，其中，所述供应电压的比例是二分之一。
24.一种确定具有相位A、相位B和相位C的三相电动机中的转子的位置的方法，包括：
通过利用互补信号分别驱动相位对A-B、A-C和B-C并检查所述相位中的浮置相位的电压，来确定所述转子的磁极中的第一个磁极可能所处的扇区中的第一个扇区和第二个扇区，其中，所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区被相对定位；以及
通过利用同相并且占空比不等的相应信号驱动至少一个相位对来向所述电动机施加转矩，以将所述转子从所述扇区中的第一个扇区或第二个扇区中的所述转子位置移动给定量，用于确定所述转子的位置。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括通过确定所述相位中的所述浮置相位的电压何时小于阈值来将所述转子移动所述给定量。
26.根据权利要求24所述的方法，还包括利用互补信号驱动相位对，以确认在所述转子移动所述给定量之后的所述转子位置。
27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述电动机包括BLDC电动机。
28.根据权利要求24所述的方法，其中，所述扇区包括十二个扇区。
29.根据权利要求24所述的方法，其中，所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区跨越大约三十度。
30.根据权利要求24所述的方法，还包括利用具有大约百分之五十占空比的互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C。
31.根据权利要求24所述的方法，在利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C期间进一步对相应的浮置电压和电压阈值的比较的输出进行编码。
32.根据权利要求24所述的方法，其中，所述给定量对应于大约45度。
33.根据权利要求24所述的方法，其中，在三十度内确定所述转子位置。
34.根据权利要求24所述的方法，还包括将所述转子从所述扇区中的第一个扇区中的所述转子位置顺时针移动所述给定量，或者将所述转子从所述扇区中的第二个中的所述转子位置逆时针移动所述给定量。
35.一种用于确定三相电动机的转子的位置的系统，包括：
第一模块，用于为所述三相电动机生成驱动信号；
第二模块，被配置为通过利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C并检查所述相位中的浮置相位的电压来确定所述转子的磁极中的第一个磁极可能所处的扇区中的第一个扇区和第二个扇区，其中，所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区被相对定位；以及
第三模块，被配置为通过利用同相并且占空比不等的相应信号驱动至少一个相位对来向所述电动机施加转矩，以将所述转子从所述扇区中的第一个扇区或第二个扇区中的所述转子位置移动给定量，用于确定所述转子的位置。
36.根据权利要求35所述的系统，其中，所述系统还被配置为通过确定所述相位中的所述浮置相位的电压何时小于阈值来将所述转子移动所述给定量。
37.根据权利要求35所述的系统，其中，所述系统还被配置为利用互补信号驱动相位对，以确认在所述转子移动所述给定量之后的所述转子位置。
38.根据权利要求35所述的系统，其中，所述电动机包括BLDC电动机。
39.根据权利要求35所述的系统，其中，所述扇区包括十二个扇区。
40.根据权利要求35所述的系统，其中，所述扇区中的第一个扇区和第二个扇区跨越大约三十度。
41.根据权利要求35所述的系统，其中，所述系统还被配置为在利用互补信号驱动相位对A-B、A-C和B-C期间对相应浮置电压和电压阈值的比较的输出进行编码。
42.根据权利要求35所述的系统，其中，所述给定量对应于大约45度。
43.根据权利要求35所述的系统，其中，在三十度内确定所述转子位置。
44.根据权利要求35所述的系统，其中，所述系统还被配置为将所述转子从所述扇区中的第一个扇区中的所述转子位置顺时针移动所述给定量，或者将所述转子从所述扇区中的第二个中的所述转子位置逆时针移动所述给定量。
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