無刷電機(jī)的控制的制作方法
【專利摘要】一種控制無刷電機(jī)的方法，該方法包括：感測溫度；使用感測的溫度限定電流限值；以及相繼地激勵和停止激勵電機(jī)的繞組，響應(yīng)于繞組中的電流超過電流限值，該繞組被停止激勵。于是對于較低的感測溫度，較低的電流限值被限定。
【專利說明】無刷電機(jī)的控制

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無刷電機(jī)的控制。

【背景技術(shù)】
[0002]可能需要在充分低于正常運(yùn)行溫度的溫度下啟動無刷電機(jī)。然而，在相對低溫度下嘗試驅(qū)動電機(jī)可能會損壞電機(jī)的部件。
[0003]用于預(yù)加熱電機(jī)的方案是已知的，但是通常具有一個或多個缺點(diǎn)。例如，電機(jī)可能包括加熱設(shè)備，且在電機(jī)啟動之前將電機(jī)加熱到預(yù)定溫度。但是，加熱設(shè)備的提供增加了電機(jī)的成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種控制無刷電機(jī)的方法，該方法包括:感測溫度；使用感測的溫度限定電流限值，其中對于較低的感測溫度限定較低的電流限值；以及相繼地激勵和停止激勵電機(jī)的繞組，響應(yīng)于繞組中的電流超過電流限值，該繞組被停止激勵。
[0005]通過相繼地激勵和停止激勵相繞組，功率損失(例如銅損、鐵損和開關(guān)損失)用于加熱電機(jī)。通過在較低溫度下使用較低電流限值，功率損失較小，且由此熱沖擊可以被避免(其否則將損壞電機(jī)的部件)。附加地或替代地，通過在較低溫度下使用較低的電流限值，驅(qū)入電機(jī)的輸入功率被減少，且由此對于給定負(fù)載，電機(jī)的速度可以被降低。因此，對電機(jī)的部件的損壞可以被避免(其否則在電機(jī)被高速驅(qū)動的情況下會發(fā)生)。
[0006]隨著電機(jī)溫度升高，電流限值可以被增大。特別地，電流限值可以在一時間段后被增加或響應(yīng)于感測的溫度的升高而被增加。通過增加電流限值，相對快速的加熱可以被實(shí)現(xiàn)，而不會讓電機(jī)承受熱沖擊。附加地或替代地，輸入功率且由此電機(jī)的速度可以隨電機(jī)加熱而逐步增大。
[0007]該方法可以包括使用感測的溫度限定電流極限被增加的時間段。特別地，對于較低的溫度可限定較長的時間段。結(jié)果，在升高電流限值之前，電機(jī)在較低溫度下可以被加熱較長時段。這于是可以進(jìn)一步減輕熱沖擊。
[0008]該方法可包括增大電流限值(例如周期性地增加一固定量或響應(yīng)于感測溫度的增加而增加)，直到電流限值達(dá)到預(yù)定閾值。該預(yù)定閾值可表示對于相電流的安全操作限值。因此，電流限值可以隨電機(jī)加熱而逐漸增大，直到達(dá)到安全操作限值的時間。
[0009]該方法可包括沿相同方向激勵相繞組，直到電流限值的該預(yù)定閾值已經(jīng)被達(dá)到。通過沿相同方向激勵相繞組，電機(jī)的轉(zhuǎn)子被鎖定在對準(zhǔn)位置。電機(jī)的加熱可由此在保持轉(zhuǎn)子在固定位置的同時被實(shí)現(xiàn)。因此，對電機(jī)的部件的損壞可以被避免(其否則在轉(zhuǎn)子被旋轉(zhuǎn)的情況下會發(fā)生)。
[0010]電機(jī)可以是單向的，且該方法可包括沿向后驅(qū)動電機(jī)的方向激勵相繞組。無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常停止在轉(zhuǎn)子極相對于定子極略微錯開的位置中。對于單向電機(jī)，轉(zhuǎn)子通常停止在轉(zhuǎn)子極位于定子極略微前方的位置中。通過沿向后驅(qū)動電機(jī)的方向激勵相繞組，轉(zhuǎn)子在?？吭趯?zhǔn)位置之前運(yùn)動通過相對小的角度。因此，在加熱期間轉(zhuǎn)子的運(yùn)動可以被最小化。
[0011]該方法可包括在一個或多個驅(qū)動時段上相繼激勵和停止激勵繞組，且在每一個驅(qū)動時段結(jié)束處增加電流限值。感測的溫度于是可被用于限定第一驅(qū)動時段的電流限值。該驅(qū)動時段可以總體被認(rèn)為是預(yù)加熱時段，在此期間主要目的是加熱電機(jī)，而不是高速驅(qū)動電機(jī)。通過在每個驅(qū)動時段的結(jié)束處增大電流限值，相對高速的加熱可以在避免熱沖擊的同時被實(shí)現(xiàn)。
[0012]感測的溫度可以被用于限定每一個驅(qū)動時段的長度和/或驅(qū)動時段的總數(shù)量。特別地，該方法可包括對于較低的感測溫度，限定較長的驅(qū)動時段或較大數(shù)量的驅(qū)動時段。通過根據(jù)溫度限定每一個驅(qū)動時段的長度和/或驅(qū)動時段的總數(shù)量，電機(jī)被預(yù)加熱的總時段可以被更好地控制。特別地，對于較低的感測溫度，電機(jī)被預(yù)加熱較長的時間段。
[0013]該方法可包括在每一個驅(qū)動時段以相同方向激勵相繞組。結(jié)果，電機(jī)的轉(zhuǎn)子被鎖定在對準(zhǔn)位置。電機(jī)的加熱可由此在保持轉(zhuǎn)子在固定位置的同時被實(shí)現(xiàn)。因此，對電機(jī)的部件的損壞可以被避免(其否則在轉(zhuǎn)子被旋轉(zhuǎn)的情況下會發(fā)生)。同樣，電機(jī)可以是單向的，且相繞組可被沿向后驅(qū)動電機(jī)的方向激勵。因此，電機(jī)從停靠位置到對準(zhǔn)位置的運(yùn)動可以被最小化。
[0014]當(dāng)激勵相繞組時電流可被配置為流過至少一個開關(guān)，且當(dāng)停止激勵相繞組時，電流可被配置為流過至少一個其它開關(guān)。由于與開關(guān)相關(guān)的電阻，每一個開關(guān)在傳導(dǎo)電流時散熱。通過確保在激勵期間電流流過至少一個開關(guān)，且在停止激勵期間流過至少一個其它開關(guān)，在每一個驅(qū)動時段中至少兩個不同熱源被建立。因此，更快的加熱可以被實(shí)現(xiàn)。當(dāng)激勵相繞組時電流可被配置為流過第一對開關(guān)，且當(dāng)停止激勵相繞組時，電流可被配置為流過不同的第二對開關(guān)。結(jié)果，四個熱源可以在每一個驅(qū)動時段中被建立。因此，電機(jī)的加熱即更好地平衡，又更快。
[0015]本發(fā)明還提供一種用于無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)執(zhí)行前面段落中的任一段所述的方法。
[0016]本發(fā)明還提供一種電機(jī)系統(tǒng)，包括無刷電機(jī)和根據(jù)前述段落所述的控制系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了使本發(fā)明可能更容易理解，現(xiàn)在將通過示例參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中:
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)系統(tǒng)的框圖；
[0019]圖2是電機(jī)系統(tǒng)的示意圖；
[0020]圖3詳細(xì)說明了逆變器響應(yīng)于由電機(jī)系統(tǒng)的控制器發(fā)出的控制信號的允許狀態(tài)；
[0021]圖4示出了電機(jī)系統(tǒng)的電流限制器的示意圖；
[0022]圖5是電機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的啟動例程的流程圖；
[0023]圖6是電機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的向前驅(qū)動例程的流程圖；以及
[0024]圖7是電機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的預(yù)加熱例程的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1和2的電機(jī)系統(tǒng)1由DC電源2供電，并且包括無刷電機(jī)3和控制系統(tǒng)4。
[0026]電機(jī)3包括四極永磁轉(zhuǎn)子5，其相對于四極定子6旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)線圍繞定子6纏繞，并且聯(lián)接在一起(例如串聯(lián)或并聯(lián))以形成單相繞組7。
[0027]控制系統(tǒng)4包括DC鏈濾波器8、逆變器9、門驅(qū)動器模塊10、電流傳感器11、霍爾效應(yīng)傳感器12、溫度傳感器13和控制器14。
[0028]DC鏈濾波器8包括電容C1，電容C1平滑由于逆變器9切換造成的相對高頻波動。
[0029]逆變器9包括將DC鏈電壓聯(lián)接到相繞組7的四個功率開關(guān)Q1-Q4的全橋。開關(guān)Q1-Q4中的每一個包括續(xù)流二極管。
[0030]門驅(qū)動器模塊10響應(yīng)于從控制器14接收的控制信號驅(qū)動開關(guān)Q1-Q4的斷開和閉八口 ο
[0031]電流傳感器11包括位于逆變器9的下部腿(lower leg)上的一對感測電阻Rl, R2?？缑總€電阻Rl、R2的電壓被作為電流感測信號I_SENSE_1和I_SENSE_2輸出到控制器14。第一電流感測信號，I_SENSE_1，提供當(dāng)從右到左驅(qū)動時相繞組7中的電流的測量值(如下文詳述)。第二電流感測信號，I_SENSE_2，提供當(dāng)從左到右驅(qū)動時相繞組7中的電流的測量值。
[0032]霍爾效應(yīng)傳感器12定位在定子6的槽狀開口中，且輸出數(shù)字信號HALL，其取決于穿過傳感器12的磁通的方向而為邏輯高或低。HALL信號由此提供轉(zhuǎn)子5的角度位置的測量值。
[0033]溫度傳感器13包括定位在電機(jī)系統(tǒng)1中的熱敏電阻TH1。跨熱敏電阻TH1的電壓被作為溫度信號，TEMP，輸出到控制器14。
[0034]控制器14包括微控制器，微控制器具有處理器15、存儲裝置16和多個外設(shè)17 (例如比較器、計時器等)。適當(dāng)?shù)暮蜻x是微芯科技有限公司的PIC16F690微控制器。存儲設(shè)備16存儲用于執(zhí)行處理器15的指令，以及在電機(jī)系統(tǒng)1的操作期間由處理器15使用的控制參數(shù)和查找表。控制器14負(fù)責(zé)控制電機(jī)系統(tǒng)1的操作并且產(chǎn)生三種控制信號:DIR1，DIR2和FW#?？刂菩盘柋惠敵龅介T驅(qū)動器模塊10，門驅(qū)動器模塊10作為回應(yīng)驅(qū)動逆變器9的開關(guān)Q1-Q4的斷開和閉合。
[0035]DIR1和DIR2控制通過逆變器9的電流的方向，因而控制通過相繞組7的電流的方向。當(dāng)DIR1被拉到邏輯高電平，并且DIR2被拉到邏輯低電平時，門驅(qū)動器模塊10閉合開關(guān)Q1和Q4，并且斷開開關(guān)Q2和Q3，因而使電流被從左到右驅(qū)動經(jīng)過相繞組7。相反地，當(dāng)DIR2被拉到邏輯高電平，并且DIR1被拉到邏輯低電平時，門驅(qū)動器模塊10閉合開關(guān)Q2和Q3，并且斷開開關(guān)Q1和Q4，因而使電流被從右到左驅(qū)動經(jīng)過相繞組7。相繞組7中的電流因此通過將DIR1和DIR2顛倒來變換電流方向。如果DIR1和DIR2都被拉到邏輯低電平，則門驅(qū)動模塊10斷開所有開關(guān)Q1-Q4。
[0036]FW#被用于將相繞組7從DC鏈電壓斷開，并且允許相繞組7中的電流繞逆變器9的低壓側(cè)回路續(xù)流。因此，響應(yīng)于被拉到邏輯低水平的FW#信號，門驅(qū)動器模塊10使高壓側(cè)開關(guān)Q1，Q3斷開。每一個開關(guān)Q1-Q4僅沿單向?qū)?。因此，電流通過低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4中的一個以及通過低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4中的另一個的續(xù)流二極管續(xù)流。一些類型的功率開關(guān)(例如M0SEFET)能夠沿兩個方向?qū)?。因此，不是通過續(xù)流二極管續(xù)流，而是兩個低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4可閉合，以使得電流通過兩個低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4續(xù)流，即除了斷開兩個高壓側(cè)開關(guān)Ql，Q3之外，兩個低壓側(cè)開關(guān)Q2，Q4響應(yīng)于邏輯低水平的FW#信號閉合。
[0037]圖3總結(jié)了開關(guān)Q1-Q4響應(yīng)于控制器14的控制信號的允許狀態(tài)。后文中，術(shù)語“設(shè)置”和“清除”將被用于指示信號已經(jīng)被分別邏輯拉到高和低水平。
[0038]控制器14包括大量外設(shè)17，其被構(gòu)造為電流限制器20。電流限制器20監(jiān)控相繞組7中的電流水平，并且在相繞組7中的電流超過電流限值時切換電流限制信號。
[0039]如圖4中所示，電流限制器20包括PWM模塊21、平滑濾波器22、多路轉(zhuǎn)換器23和比較器24。PWM模塊21、多路轉(zhuǎn)換器23和比較器24形成控制器14的外設(shè)17的一部分。另一方面，平滑濾波器22定位在控制器14的外部。
[0040]PWM模塊21產(chǎn)生脈沖電壓信號，其由控制器14輸出。平滑濾波器22平滑脈沖電壓信號以產(chǎn)生具有規(guī)則電壓的參考信號，其然后被輸入到控制器14。PWM模塊21使用由處理器15設(shè)定的可變占空比和恒定周期。因此，參考信號的電壓取決于由處理器15設(shè)置的占空比。
[0041]多路轉(zhuǎn)換器23具有兩個輸入，用于選擇兩個電流感測信號I_SENSE_1和1_SENSE_2中的一個。由多路轉(zhuǎn)換器23進(jìn)行的選擇響應(yīng)于穿過相繞組7的電流方向受到處理器15的控制。因此，當(dāng)DIR1被設(shè)置時，多路轉(zhuǎn)換器23選擇I_SENSE_1，且當(dāng)DIR2被設(shè)置時，多路轉(zhuǎn)換器23選擇I_SENSE_2。多路轉(zhuǎn)換器23的輸出被輸送到比較器24。
[0042]比較器24比較電流感測信號的電壓，I_SENSE_1或I_SENSE_2，和參考信號的電壓。當(dāng)電流感測信號的電壓超過參考信號的電壓時，比較器24輸出被拉到邏輯低的電流限制信號。否則，比較器24輸出被拉到邏輯高的電流限制信號。
[0043]電流限制器20由此在電流感測信號超過參考信號的電壓時切換電流限制信號。由于電流感測信號的電壓直接正比于在相繞組7中的電流，電流限制器20在相繞組7中電流超過電流限值時切換電流限制信號。電流限值由PWM模塊21的占空比限定，該占空比由控制器14的處理器15設(shè)置。
[0044]控制器14的存儲設(shè)備16存儲電流限值查找表，其包括用于不同溫度的不同的電流限值(即不同的占空比)。如下文所述，控制器14在起動期間使用該表來根據(jù)電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的溫度選擇電流限值。
[0045]在正常運(yùn)行中，電機(jī)系統(tǒng)1在名義溫度范圍內(nèi)操作。然而，電機(jī)系統(tǒng)1可能需要在遠(yuǎn)低于該名義溫度范圍的溫度下起動。在相對低的溫度下，如果嘗試使用傳統(tǒng)方法起動電機(jī)3，則電機(jī)系統(tǒng)1會具有不穩(wěn)定的現(xiàn)象。此外，如果電機(jī)3在低溫下被驅(qū)動，電機(jī)系統(tǒng)1的部件(例如軸承)可能被損壞。電機(jī)系統(tǒng)1由此使用起動例程，其試圖解決這些問題。
[0046]由控制器14使用的起動例程在圖5中示出?？刂破?4通過首先感測TEMP信號(步驟S30)開始，其提供電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的溫度的測量值。電機(jī)系統(tǒng)1在限定在下閾值，T_MIN和上閾值，Τ_ΜΑΧ之間的溫度范圍上運(yùn)行。因此，如果在電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的溫度小于Τ_ΜΙΝ或大于Τ_ΜΑΧ (步驟S31)，控制器14不會嘗試起動電機(jī)3。如果溫度大于Τ_ΜΙΝ但是小于預(yù)熱閾值，Τ_ΡΗ(步驟S32)，則控制器14將執(zhí)行預(yù)熱例程(步驟S33)。否則，控制器14執(zhí)行向前驅(qū)動例程(步驟S34)。
[0047]向前驅(qū)動例程在圖6中示出?？刂破?4通過首先設(shè)置電流限值到上閾值(步驟S35)開始，即控制器14設(shè)置電流限制器20的PWM模塊的占空比，使得電流限制信號在相繞組7中的電流超過上閾值時切換。控制器14于是感測HALL信號，以便于確定轉(zhuǎn)子5?？康奈恢?步驟S36)。使用該信息，控制器14沿向前驅(qū)動轉(zhuǎn)子5的方向激勵相繞組7(步驟S37)。為了說明，假設(shè)當(dāng)HALL信號為邏輯低時，響應(yīng)于從左到右激勵相繞組7，以及當(dāng)HALL信號為邏輯高時，響應(yīng)于從右到左激勵相繞組7，轉(zhuǎn)子5被向前驅(qū)動。于是，當(dāng)HALL信號為邏輯低時，響應(yīng)于從右到左激勵相繞組7，以及當(dāng)HALL信號為邏輯高時，響應(yīng)于從左到右激勵相繞組7，轉(zhuǎn)子5被向后驅(qū)動。
[0048]轉(zhuǎn)子5和定子6之間的氣隙是不對稱的。結(jié)果，轉(zhuǎn)子5停止在轉(zhuǎn)子極相對于定子極略微錯開(例如5度機(jī)械角度)的位置中。這于是確保，當(dāng)相繞組7被沿易于向前驅(qū)動轉(zhuǎn)子5的方向激勵時，轉(zhuǎn)子5沿正確方向旋轉(zhuǎn)。
[0049]控制器14向前驅(qū)動轉(zhuǎn)子(步驟S37)預(yù)定時間段。在該時段中，其在后文中被稱為向前驅(qū)動時段，如果轉(zhuǎn)子5按預(yù)期向前旋轉(zhuǎn)，則HALL信號中將產(chǎn)生一邊沿(步驟S38)。響應(yīng)于HALL邊沿，控制器14通過顛倒DIR1和DIR2來變換通過相繞組7的電流方向(步驟S39)。一旦將相繞組7換向，控制器14結(jié)束起動例程并且執(zhí)行以傳統(tǒng)方式將轉(zhuǎn)子5加速的例程。如果在該向前驅(qū)動時段中沒有檢測到HALL邊沿，則控制器14假設(shè)發(fā)生了故障，并且通過清除DIR1和DIR2兩者來關(guān)閉電機(jī)(步驟S40)。
[0050]當(dāng)向前驅(qū)動轉(zhuǎn)子5(步驟S37)時，通過相繞組7的電流的幅度在激勵期間升高。當(dāng)相電流隨后超過電流限值時，電流限制器20切換電流限制信號。響應(yīng)于電流限制信號的改變，控制器14通過清除FW#續(xù)流相繞組7。控制器14續(xù)流相繞組7 —續(xù)流時段，在該時段中，相繞組7中的電流衰減到低于電流限值的水平。在續(xù)流時段結(jié)束時，控制器14再次激勵相繞組7?？刂破?4因此在向前驅(qū)動時段中相繼地激勵和續(xù)流相繞組7。在電流換向點(diǎn)處(即當(dāng)HALL邊沿在向前驅(qū)動時段中被檢測到時)，相繞組7可以被續(xù)流。因此，除了顛倒DIR1和DIR2，控制器14設(shè)置FW#，以便于確保逆變器9返回到驅(qū)動狀態(tài)。
[0051]預(yù)熱例程在圖7中示出?？刂破?4通過使用從TEMP信號獲得的溫度索引電流限制查找表以選擇電流限值而開始(步驟S41)?？刂破?4于是感測HALL信號，以便于確定轉(zhuǎn)子5?？康奈恢?步驟S42)?？刂破?4然后沿向后驅(qū)動轉(zhuǎn)子5的方向激勵相繞組7(步驟 S43)。
[0052]如上所述，轉(zhuǎn)子5停止在轉(zhuǎn)子極相對于定子極略微錯開的位置中。因此，響應(yīng)于向后驅(qū)動轉(zhuǎn)子5 (步驟S43)，轉(zhuǎn)子5在停止在完全對準(zhǔn)位置之前，向后旋轉(zhuǎn)通過小角度(例如5度機(jī)械角度)。
[0053]控制器14向后驅(qū)動轉(zhuǎn)子5(步驟S43)持續(xù)一預(yù)定時間段，其隨后將被稱為向后驅(qū)動時段。在該時段中，轉(zhuǎn)子5被鎖定在完全對準(zhǔn)位置。響應(yīng)于激勵相繞組7，相繞組7中的電流升高。當(dāng)相電流隨后超過電流限值時，電流限制器20切換電流限制信號。響應(yīng)于電流限制信號的改變，控制器14停止激勵相繞組7。停止激勵可涉及續(xù)流相繞組7。然而，基于下面所述的原因，停止激勵替代地涉及通過清除DIR1和DIR2斷開逆變器9的所有開關(guān)Q1-Q4?？刂破?4停止激勵相繞組7 —停止激勵時段，在該時段中，相繞組7中的電流衰減到低于電流限值的水平。在停止激勵時段結(jié)束時，控制器14再次激勵相繞組7?？刂破?4因此在向后驅(qū)動時段中相繼地激勵和停止激勵相繞組7。
[0054]在向后驅(qū)動時段結(jié)束處，控制器14將電流限值增加一固定量(步驟S44)?？刂破?4于是將電流限值與上閾值比較(步驟S45)，即當(dāng)執(zhí)行向前驅(qū)動例程時由控制器14使用的值。如果電流限值對應(yīng)于上閾值，控制器14通過清除DIR1和DIR2停止驅(qū)動轉(zhuǎn)子5(步驟S46)。由于空氣隙的非對稱性，轉(zhuǎn)子5于是向前旋轉(zhuǎn)通過小角度(例如5機(jī)械角度)，并且?？吭谠纪？课恢??？刂破?4于是結(jié)束預(yù)加熱例程，并且執(zhí)行向前驅(qū)動例程(步驟S34)。如果電流限值小于上閾值，則控制器14重復(fù)向后驅(qū)動轉(zhuǎn)子的步驟持續(xù)向后驅(qū)動時段(步驟S43)。轉(zhuǎn)子5于是繼續(xù)被鎖定在對準(zhǔn)位置。然而，此時電流限值更大了。在向后驅(qū)動時段結(jié)束處，控制器14再次增大電流限值(步驟S44)，且將其與上閾值比較(步驟S45)?？刂破?4于是周期性地增大電流限值，直到達(dá)到上閾值，在該點(diǎn)處控制器14終止預(yù)加熱例程，并且執(zhí)行向前驅(qū)動例程(步驟S34)。
[0055]通過相繼地激勵和停止激勵相繞組7，與相繞組7 (銅損)、定子6 (鐵損)和功率開關(guān)Ql-Q4(傳導(dǎo)和開關(guān)損失)相關(guān)聯(lián)的電力損耗用于加熱電機(jī)系統(tǒng)1。貫穿每一個向后驅(qū)動時段，轉(zhuǎn)子5被鎖定在對準(zhǔn)位置。因此，除了最初相對于對準(zhǔn)位置的運(yùn)動，轉(zhuǎn)子5在電機(jī)系統(tǒng)1的加熱期間并不旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，對電機(jī)3的部件(例如軸承)的可能損壞可以被避免(其否則在轉(zhuǎn)子5被旋轉(zhuǎn)的情況下會發(fā)生)。
[0056]控制器14向后驅(qū)動轉(zhuǎn)子5 —個或多個向后驅(qū)動時段。向后驅(qū)動時段的數(shù)量取決于電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的初始溫度。特別地，對于較低的溫度，更大數(shù)量的向后驅(qū)動時段被使用。這于是確保相繞組7被激勵和停止激勵一總時間段，其足以將電機(jī)系統(tǒng)1的溫度升高到電機(jī)3可以被安全地起動的水平。
[0057]在預(yù)加熱例程開始處，控制器14根據(jù)電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的初始溫度選擇電流限值。更特別地，對于較低的溫度，較低的電流限值被選擇。通過根據(jù)電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的初始溫度選擇電流限值，對電機(jī)系統(tǒng)1的熱沖擊可以被避免。例如，通過在較低溫度下使用較低的電流限值，在激勵和停止激勵期間產(chǎn)生的功率損失較小。因此，各熱源(例如相繞組7、定子6和功率開關(guān)Q1-Q4)的溫度較低，且由此在電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的溫度梯度較小。結(jié)果，熱沖擊可以被避免。
[0058]在預(yù)加熱例程執(zhí)行期間，控制器14周期性地增加電流限值，直到達(dá)到上閾值。通過增加電流限值，與激勵和停止激勵相關(guān)聯(lián)的功率損失增大。結(jié)果，各熱源的溫度升高并且由此更快速的加熱可以被實(shí)現(xiàn)。電流限值周期性地增大一量值，其確保各熱源的溫度的增加不會大大地超過電機(jī)系統(tǒng)1的溫度的增加。結(jié)果，熱沖擊仍可以被避免。
[0059]由于功率開關(guān)Q1-Q4的電阻，每一個功率開關(guān)Q1-Q4在傳導(dǎo)電流時散熱。在相繞組7的激勵期間，第一對功率開關(guān)(例如Q1和Q4)被閉合。電流于是流過這兩個開關(guān)中的每一個，其進(jìn)而發(fā)散熱量，例如經(jīng)由固定到每一個開關(guān)的散熱器。在相繞組7中的電流超過電流限值的情況下，控制器14停止激勵相繞組7。如上所述，停止激勵可以包括續(xù)流相繞組7。然而，如現(xiàn)在將解釋，在停止激勵期間斷開所有開關(guān)Q1-Q4存在益處。如果控制器14要續(xù)流相繞組7，控制器14將斷開高側(cè)開關(guān)(例如Q1)。電流于是將繞逆變器9的低側(cè)回路流動，即電流將向下流動通過已經(jīng)閉合的低側(cè)開關(guān)(例如Q4)，并且向上流動通過另一個低偵岍關(guān)(例如Q2)的二極管。因此，另一個功率開關(guān)(例如Q2)在停止激勵期間傳導(dǎo)電流。這于是具有建立另一熱源的益處。然而，如果逆變器9的所有功率開關(guān)在停止激勵期間斷開，相繞組7中的電流被迫向上穿過另一對功率開關(guān)(例如Q2和Q3)的二極管。因此，另外兩個功率開關(guān)在停止激勵期間傳導(dǎo)電流，由此建立兩個附加熱源。電機(jī)系統(tǒng)1的加熱由此被更好地平衡。特別地，第一對熱源(例如功率開關(guān)Q1和Q4)在激勵期間被建立，且不同的第二對熱源(例如功率開關(guān)Q2和Q3)在停止激勵期間被建立。除了更平衡地加熱，電機(jī)系統(tǒng)1可以被更快速地加熱，而不會增大熱沖擊或潛在損壞功率開關(guān)的風(fēng)險。
[0060]在上述實(shí)施例中，在每個向后驅(qū)動時段結(jié)束處，控制器14將電流限值增加一固定量(步驟S44)?？刂破?4于是在電流限值已經(jīng)抵達(dá)上閾值時結(jié)束預(yù)加熱例程(步驟S45)。替代地，不是將電流限值增加一固定量，控制器14可以在每一個向后驅(qū)動時段結(jié)束處感測TEMP信號，且于是使用感測的溫度來從電流限制查找表中選擇新的電流限值?？刂破?4于是可以在電流限值對應(yīng)于上閾值時或電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的溫度超過閾值時，終止預(yù)加熱例程。在該替代方案中，電流限值直接響應(yīng)于電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的溫度變化而被調(diào)整。因此，如果電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的溫度以比預(yù)期更快或更慢的速度升高的情況下，控制器14能夠通過選擇適當(dāng)?shù)碾娏飨拗祦硌a(bǔ)償。然而，該方案的一個可能的難點(diǎn)是一旦加熱開始，由溫度傳感器13感測的溫度可能不能精確地反映電機(jī)系統(tǒng)1的部件的溫度。例如，功率開關(guān)Q1-Q4可定位為靠近溫度傳感器13。由功率開關(guān)Q1-Q4散發(fā)的熱量由此往往首先被溫度傳感器13感受到。另一方面，電機(jī)系統(tǒng)1的其他部件可能定位為比功率開關(guān)Q1-Q4更遠(yuǎn)。結(jié)果，溫度傳感器13可在電機(jī)系統(tǒng)1的其他部件經(jīng)歷及其微小或沒有溫度改變的情況下，記錄顯著的溫度變化。原始方案通過隨時間(而不考慮電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的溫度)逐步增加電流限值克服了這個潛在的問題。
[0061]在上述實(shí)施例中，每一個向后驅(qū)動時段的長度是相同的。因此，在電流限值的每一個增量之間的時段是相同的。這于是具有簡化由控制器14執(zhí)行的指令的優(yōu)點(diǎn)。然而，可能期望在低溫下加熱更長的時段。這可以例如進(jìn)一步減輕熱沖擊。可以實(shí)現(xiàn)該目的的一個方式是使用查找表，其包括用于不同溫度的不同電流限值和不同向后驅(qū)動時段。控制器14于是可以在預(yù)加熱例程的開始處和每一個向后驅(qū)動時段的結(jié)束處，使用TEMP信號以索引電流限制查找表，以選擇電流限值和向后驅(qū)動時段。
[0062]在每一個向后驅(qū)動時段中，控制器14相繼地激勵和停止激勵相繞組7。導(dǎo)致的功率損耗于是用于加熱電機(jī)系統(tǒng)1。電機(jī)系統(tǒng)1的到各熱源(例如定子6、相繞組7和功率開關(guān)Q1-Q4)具有良好傳熱路徑的部件將相對快地變暖。相反，具有差傳熱路徑的部件將相對慢地變暖。因此，在預(yù)加熱例程結(jié)束處，可能一些部件還沒有抵達(dá)安全操作溫度。替代地，那些具有良好傳熱路徑的部件必須被保持在較高溫度較長時段，以便于那些具有差傳熱路徑的部件抵達(dá)安全操作溫度。在上述實(shí)施例中，每一個向后驅(qū)動時段緊跟有另一向后驅(qū)動時段(作為預(yù)加熱例程的一部分)或向前驅(qū)動時段(作為向前驅(qū)動例程的一部分)。在替代實(shí)施例中，每一個向后驅(qū)動時段可以跟有停歇時段，在該時段控制器14通過清除DIR1和DIR2而停止驅(qū)動轉(zhuǎn)子5。結(jié)果，在每一個向后驅(qū)動時段中產(chǎn)生的熱量具有更長的時間段在電機(jī)系統(tǒng)1中傳播，且由此暖和那些具有差傳熱路徑的部件。在停歇時段結(jié)束處，控制器14以如上所述相同的方式行進(jìn)，即控制器增加電流限值(S44)，并且將電流限值與上閾值比較(S45)。控制器14可以在每一個向后驅(qū)動時段結(jié)束處使用固定停歇時段。替代地，控制器14可以使用取決于電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的溫度的停歇時段。例如，控制器14可以在較低溫度下使用更長的停歇時段。
[0063]當(dāng)執(zhí)行預(yù)加熱例程時，控制器14沿向后驅(qū)動轉(zhuǎn)子5的方向激勵相繞組7(步驟S43)。這于是具有轉(zhuǎn)子5在停靠在完全對準(zhǔn)位置之前旋轉(zhuǎn)通過相對小角度(例如5度機(jī)械角度)的優(yōu)點(diǎn)?？上胂?，控制器14可替代地沿向前驅(qū)動轉(zhuǎn)子5的方向激勵相繞組7。轉(zhuǎn)子5于是在?？吭谕耆珜?zhǔn)位置之前將旋轉(zhuǎn)通過相對大的角度(例如85度機(jī)械角度)。無論如何，轉(zhuǎn)子5的運(yùn)動仍為相對小的。特別地，轉(zhuǎn)子5被防止進(jìn)行整轉(zhuǎn)。因此，對電機(jī)系統(tǒng)1的部件的可能損壞可以被避免(其否則在轉(zhuǎn)子5高速地自由旋轉(zhuǎn)的情況下會發(fā)生)。
[0064]在上述每一個實(shí)施例中，預(yù)加熱例程包括激勵和停止激勵相繞組7 —時間段，其足以將轉(zhuǎn)子5鎖定在對準(zhǔn)位置。這于是防止對電機(jī)系統(tǒng)1的部件的損壞(其否則在轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)的情況下會發(fā)生)。然而，取決于電機(jī)系統(tǒng)1的設(shè)計，以及需要起動的電機(jī)系統(tǒng)1所處的溫度，可能不需要將轉(zhuǎn)子5鎖定在對準(zhǔn)位置。相反，電機(jī)3可以以傳統(tǒng)方式起動并且向前驅(qū)動。無論如何，如果電機(jī)3在較低溫度下被以相對高速地驅(qū)動，對部件的損壞仍會發(fā)生。因此，可能希望在較低溫度下以較低速度驅(qū)動電機(jī)3。附加地或替代地，熱沖擊可能仍是問題。因此，控制器14可以繼續(xù)使用取決于電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的溫度的電流限值。特別地，對于較低的溫度可采用較低的電流限值。通過使用較低的電流限值，驅(qū)入電機(jī)3的輸入功率被減少，且由此對于給定負(fù)載，電機(jī)3的速度同樣被降低。因此，對電機(jī)系統(tǒng)1的部件的損壞可以被避免(其否則在電機(jī)3高速驅(qū)動的情況下會發(fā)生)。附加地，通過使用較低的電流限值，功率損失被降低，且由此各熱源的溫度被降低。因此，熱沖擊可以被避免。當(dāng)電機(jī)系統(tǒng)1的溫度升高時，控制器14可以增大電流限值，例如周期性地增加一固定量或響應(yīng)于電機(jī)系統(tǒng)1內(nèi)的溫度改變而增加。
[0065]上文參考的是預(yù)加熱單相永磁體無刷電機(jī)3。然而，上述預(yù)加熱例程可以同樣用于預(yù)加熱其他類型的無刷電機(jī)，包括但不限于多相電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種控制無刷電機(jī)的方法，該方法包括: 感測溫度； 使用感測的溫度限定電流限值，其中較低的電流限值限定用于較低的感測溫度；以及 相繼地激勵和停止激勵電機(jī)的繞組，響應(yīng)于繞組中的電流超過電流限值，該繞組被停止激勵。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該方法包括在一時間段已經(jīng)過去或響應(yīng)于感測的溫度的升高而增大電流限值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該方法包括增大電流限值，直到已經(jīng)達(dá)到用于電流限值的預(yù)定閾值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該方法包括沿相同方向激勵相繞組，直到已經(jīng)達(dá)到用于電流限值的該預(yù)定閾值。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中電機(jī)是單向的，且該方法包括沿向后驅(qū)動電機(jī)的方向激勵相繞組。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中該方法包括在一個或多個驅(qū)動時段上相繼激勵和停止激勵繞組，且在每一個驅(qū)動時段結(jié)束處增大電流限值。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該方法包括使用感測的溫度來限定每一個驅(qū)動時段的長度或驅(qū)動時段的數(shù)量。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該方法包括對于較低的感測溫度，限定較長的驅(qū)動時段或較大數(shù)量的驅(qū)動時段。
9.如權(quán)利要求6-8中任一項所述的方法，其中該方法包括在每一個驅(qū)動時段從始至終以相同方向激勵相繞組。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中電機(jī)是單向的，且該方法包括沿向后驅(qū)動電機(jī)的方向激勵相繞組。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中當(dāng)激勵相繞組時電流被配置為流過至少一個開關(guān)，且當(dāng)停止激勵相繞組時，電流被配置為流過至少一個其它開關(guān)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中當(dāng)激勵相繞組時電流被配置為流過第一對開關(guān)，且當(dāng)停止激勵相繞組時，電流被配置為流過不同的第二對開關(guān)。
13.—種用于無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)執(zhí)行前述權(quán)利要求中任一項所述的方法。
【文檔編號】H02P1/04GK104427921SQ201380035660
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月3日
【發(fā)明者】S.格里塞姆, D.霍克 申請人:戴森技術(shù)有限公司