无刷电机的热保护的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制无刷电机以便保护电机不受过高温度的方法。
【背景技术】
[0002]在无刷电机内过高的温度会损坏一个或多个部件。对于包括永磁体转子的电机，过高的温度会使得磁体退磁。为了保护电机，如果温度超过阈值电机会被关闭。而这于是保护电机，电机变得不可操作，这显然是不利的。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种控制无刷电机的方法，该方法包括:存储功率查找表，该功率查找表包括用于多个电压或速度的每个的控制值;测量电源电压的大小或电机的速度;使用测得的电压或速度索引功率查找表，以选择控制值;测量电机的温度;在测得的温度大于预定阈值的情况下，施加补偿值到选择的控制值；以及利用电源电压激励电机的绕组，其中选择的控制值被用于限定激励的属性，且补偿值在施加到选择的控制值时降低电机的输入功率。
[0004]通过在温度超过阈值的情况下降低电机的输入功率，功率损失被减小且由此电机产生更少的热量。结果，进一步温度升高可被避免。实际上，输入功率的减小可使得电机的温度下降。如果电机的温度降到阈值之下，没有补偿被施加到控制值，且由此电机再次以全输入功率被驱动。该方法由此用于在仍允许电机操作的同时热保护电机。
[0005]该方法可包括单个固定的补偿值。该补偿值可被设置为使得，即使大大超过该阈值的温度处，输入功率被减小使得电机的温度稳定或降低的量。这于是具有减小用于实施该方法的硬件的存储需求的益处。然而，不利的是当温度刚高于阈值时，该补偿值大于稳定或降低电机的温度所需的补偿值。结果，电机的输入功率被降低比热保护所需的量大得多的量。此外，电机的输入功率在相对较大的补偿被施加、温度降低到低于阈值、补偿被移除，然后温度升高到阈值之上时会过度振荡。因此，不是使用单个补偿值，方法可包括使用依赖于温度的补偿值。于是响应于更高的温度更大的补偿值被施加到选择的控制值，使得电机的输入功率被减小较大的量。输入功率由此以与温度相称的量减小。这于是具有益处在于电机可以在最大化电机的输入功率同时被热保护。
[0006]该方法可包括存储温度查找表，其包括用于多个温度的每个的补偿值，以及使用测得的温度索引温度查找表，以选择补偿值。这于是具有益处在于依赖于温度的补偿值可以以相对简单的方式获得。特别地，不需要去解潜在复杂的方程。结果，用于实施该方法的硬件可以相对便宜和简单。
[0007]控制值可以被用于限定激励的相位或长度。更特别地，该方法可包括相对于反电动势的过零点或相绕组中的升高电感在由相时段限定的时间处激励绕组，并且激励绕组传导时段。控制值然后可限定相时段或传导时段。此外，补偿值可以减小相时段的长度或传导时段的长度。
[0008]该方法可包括将电机的电周期的每个半部分为传导时段和随后的续流时段，且控制值可限定传导时段的相位和长度中的一个。
[0009]无视施加到选择的控制值的补偿值，电机温度可能会继续升高。因此，该方法可包括在测得的温度超过预定的另一阈值时关闭电机，该另一阈值高于所述阈值。这于是具有益处在于在补偿不够充分的情况下热保护电机。可想象，即使在另一阈值处可能可以施加补偿值其减小输入功率充分的量以避免温度进一步升高。然而，在该另一阈值处输入功率的降低可能太大而不利地影响电机的性能。
[0010]电机可包括具有永磁体的转子，且测得的温度可与磁体的温度成比例。该方法于是可以被用于防止磁体的热退磁。
[0011]本发明还提供了一种控制电路，该控制电路被配置为执行前述任一段落所述的方法，以及一种电机组件，包括无刷电机和所述控制电路。
[0012]控制电路可包括温度传感器，用于测量电机的温度、逆变器，用于联接到电机绕组、门驱动器模块和控制器。门驱动器模块于是响应于从控制器接收的控制信号控制逆变器的开关。控制器存储功率查找表;接收提供电源电压或电机速度的大小的测量值的输入信号;使用测得的电压或速度索引功率查找表，以选择控制值;接收来自温度传感器的温度信号;在电机的测得的温度大于预定阈值的情况下，施加补偿值到选择的控制值；以及产生控制信号，以利用电源电压激励电机的绕组。选择的控制值于是被用于限定激励的属性，且补偿值在施加到选择的控制值时降低电机的输入功率。
【附图说明】
[0013]为了本发明可被更容易地理解，本发明的实施例现在将要参考附图通过实例而被描述，其中:
[0014]图1是根据本发明的电机组件的框图；
[0015]图2是电机组件的示意图；
[0016]图3详细说明了逆变器响应于由电机组件的控制器发出的控制信号的允许状态；
[0017]图4示出在加速模式中操作时的电机组件的各种波形；
[0018]图5示出在稳态模式中操作时的电机组件的各种波形；以及
[0019]图6详细示出了由电机组件的控制器使用的温度查找表的一部分。
【具体实施方式】
[0020]图1和2的电机组件1由DC电源2供电，并且包括无刷电机3和控制电路4。
[0021 ]电机3包括具有四极永磁体的转子5和具有布置在磁体相对侧上的两个c形芯部的定子6。围绕定子芯部缠绕的导线联接在一起以形成单相绕组7。
[0022]控制电路4包括滤波器8、逆变器9、门驱动器模块10、电流传感器11、电压传感器
12、温度传感器13、位置传感器14和控制器15。
[0023]滤波器8包括链电容C1，其平滑由于逆变器9切换造成的相对高频波动。
[0024]逆变器9包括将相绕组7联接电压轨的四个功率开关Q1-Q4的全桥。开关Q1-Q4中的每一个包括续流二极管。
[0025]门驱动器模块10响应于从控制器15接收的控制信号驱动开关Q1-Q4的断开和闭口 Ο
[0026]电流传感器11包括定位在逆变器和零电压轨之间的分流电阻器R1。跨电流传感器11的电压提供连接到电源2时相绕组7中的电流的测量值。跨电流传感器11的电压被作为信号I_PHASE输出至控制器15。
[0027]电压传感器12包括定位在DC电压轨和零电压轨之间的分压器R2、R3。电压传感器输出信号乂_0(:到控制器15，其表示由电源2提供的电源电压的缩小比例的测量值。
[0028]温度传感器13包括热敏电阻TH1。跨热敏电阻TH1的电压被作为信号，TEMP，输出到控制器15。
[0029]位置传感器14包括定位在定子6的槽状开口中的霍尔效应传感器。传感器14输出数字信号HALL，其取决于穿过传感器14的磁通的方向而为逻辑高或低。HALL信号由此提供转子5的角度位置的测量值。
[0030]控制器15包括微控制器，微控制器具有处理器、存储装置和多个外设(例如ADC、比较器、计时器等)。存储设备存储用于执行处理器的指令，以及在操作期间由处理器使用的控制参数和查找表。控制器15负责控制电机3的操作且产生用于控制四个功率开关Q1-Q4每个的控制信号S1-S4。控制信号被输出到门驱动器模块10，门驱动器模块10作为回应驱动开关Q1-Q4的断开和闭合。
[0031]图3总结了开关Q1-Q4响应于由控制器15输出的控制信号S1-S4的允许状态。后文中，术语“设置”和“清除”将分别用于指示信号已经被拉到逻辑高和低水平。如图3所示，控制器15设置S1和S4并且清除S2和S3，以便于从左到右激励相绕组7。相反地，控制器15设置S2和S3并且清除S1和S4，以便于从右到左激励相绕组7。控制器15清除S1和S3并且设置S2和S4以便于续流相绕组7。续流使得相绕组7中的电流绕逆变器9的低侧回路再循环。在本实施例中，功率开关Q1-Q4能够沿两个方向导通。因此，控制器15在续流期间闭合低侧开关Q2、Q4两者，使得电流流动穿过开关Q2和Q4，而不是较低效的二极管。可设想，逆变器9可包括功率开关，其仅沿单个方向导通。在该情况下，控制器15将清除S1、S2和S3并且设置S4，以便于从左到右续流相绕组7。控制器15于是将清除S1、S3和S4并且设置S2，以便于从右到左续流相绕组7。在逆变器9低侧回路中的电流于是向下流动通过已经闭合的低侧开关(例如Q4)，并且向上流动通过断开的低侧开关(例如Q2)的二极管。
[0032]控制器15根据转子5的速度以两种模式中的一种操作。在低于预定阈值的速度下，控制器15以加速模式操作。在预定阈值的速度处或之上，控制器15以稳态模式操作。转子5的速度由HALL信号的两个连续的边缘之间的间隔T_HALL确定。该间隔将在后文中被称为HALL时段。
[0033]在每个模式下，控制器15响应于HALL信号的边缘换向相绕组7。每个霍尔边缘对应于转子5极性的改变，且由此对应于在相绕组7中感生的反电动势的极性的改变。更具体地，每个HALL边缘对应于反电动势中的