無刷電機的熱保護的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種控制無刷電機以便保護電機不受過高溫度的方法。
【背景技術】
[0002]在無刷電機內過高的溫度會損壞一個或多個部件。對于包括永磁體轉子的電機，過高的溫度會使得磁體退磁。為了保護電機，如果溫度超過閾值電機會被關閉。而這于是保護電機，電機變得不可操作，這顯然是不利的。

【發明內容】

[0003]本發明提供了一種控制無刷電機的方法，該方法包括:存儲功率查找表，該功率查找表包括用于多個電壓或速度的每個的控制值;測量電源電壓的大小或電機的速度;使用測得的電壓或速度索引功率查找表，以選擇控制值;測量電機的溫度;在測得的溫度大于預定閾值的情況下，施加補償值到選擇的控制值；以及利用電源電壓激勵電機的繞組，其中選擇的控制值被用于限定激勵的屬性，且補償值在施加到選擇的控制值時降低電機的輸入功率。
[0004]通過在溫度超過閾值的情況下降低電機的輸入功率，功率損失被減小且由此電機產生更少的熱量。結果，進一步溫度升高可被避免。實際上，輸入功率的減小可使得電機的溫度下降。如果電機的溫度降到閾值之下，沒有補償被施加到控制值，且由此電機再次以全輸入功率被驅動。該方法由此用于在仍允許電機操作的同時熱保護電機。
[0005]該方法可包括單個固定的補償值。該補償值可被設置為使得，即使大大超過該閾值的溫度處，輸入功率被減小使得電機的溫度穩定或降低的量。這于是具有減小用于實施該方法的硬件的存儲需求的益處。然而，不利的是當溫度剛高于閾值時，該補償值大于穩定或降低電機的溫度所需的補償值。結果，電機的輸入功率被降低比熱保護所需的量大得多的量。此外，電機的輸入功率在相對較大的補償被施加、溫度降低到低于閾值、補償被移除，然后溫度升高到閾值之上時會過度振蕩。因此，不是使用單個補償值，方法可包括使用依賴于溫度的補償值。于是響應于更高的溫度更大的補償值被施加到選擇的控制值，使得電機的輸入功率被減小較大的量。輸入功率由此以與溫度相稱的量減小。這于是具有益處在于電機可以在最大化電機的輸入功率同時被熱保護。
[0006]該方法可包括存儲溫度查找表，其包括用于多個溫度的每個的補償值，以及使用測得的溫度索引溫度查找表，以選擇補償值。這于是具有益處在于依賴于溫度的補償值可以以相對簡單的方式獲得。特別地，不需要去解潛在復雜的方程。結果，用于實施該方法的硬件可以相對便宜和簡單。
[0007]控制值可以被用于限定激勵的相位或長度。更特別地，該方法可包括相對于反電動勢的過零點或相繞組中的升高電感在由相時段限定的時間處激勵繞組，并且激勵繞組傳導時段。控制值然后可限定相時段或傳導時段。此外，補償值可以減小相時段的長度或傳導時段的長度。
[0008]該方法可包括將電機的電周期的每個半部分為傳導時段和隨后的續流時段，且控制值可限定傳導時段的相位和長度中的一個。
[0009]無視施加到選擇的控制值的補償值，電機溫度可能會繼續升高。因此，該方法可包括在測得的溫度超過預定的另一閾值時關閉電機，該另一閾值高于所述閾值。這于是具有益處在于在補償不夠充分的情況下熱保護電機。可想象，即使在另一閾值處可能可以施加補償值其減小輸入功率充分的量以避免溫度進一步升高。然而，在該另一閾值處輸入功率的降低可能太大而不利地影響電機的性能。
[0010]電機可包括具有永磁體的轉子，且測得的溫度可與磁體的溫度成比例。該方法于是可以被用于防止磁體的熱退磁。
[0011]本發明還提供了一種控制電路，該控制電路被配置為執行前述任一段落所述的方法，以及一種電機組件，包括無刷電機和所述控制電路。
[0012]控制電路可包括溫度傳感器，用于測量電機的溫度、逆變器，用于聯接到電機繞組、門驅動器模塊和控制器。門驅動器模塊于是響應于從控制器接收的控制信號控制逆變器的開關。控制器存儲功率查找表;接收提供電源電壓或電機速度的大小的測量值的輸入信號;使用測得的電壓或速度索引功率查找表，以選擇控制值;接收來自溫度傳感器的溫度信號;在電機的測得的溫度大于預定閾值的情況下，施加補償值到選擇的控制值；以及產生控制信號，以利用電源電壓激勵電機的繞組。選擇的控制值于是被用于限定激勵的屬性，且補償值在施加到選擇的控制值時降低電機的輸入功率。
【附圖說明】
[0013]為了本發明可被更容易地理解，本發明的實施例現在將要參考附圖通過實例而被描述，其中:
[0014]圖1是根據本發明的電機組件的框圖；
[0015]圖2是電機組件的示意圖；
[0016]圖3詳細說明了逆變器響應于由電機組件的控制器發出的控制信號的允許狀態；
[0017]圖4示出在加速模式中操作時的電機組件的各種波形；
[0018]圖5示出在穩態模式中操作時的電機組件的各種波形；以及
[0019]圖6詳細示出了由電機組件的控制器使用的溫度查找表的一部分。
【具體實施方式】
[0020]圖1和2的電機組件1由DC電源2供電，并且包括無刷電機3和控制電路4。
[0021 ]電機3包括具有四極永磁體的轉子5和具有布置在磁體相對側上的兩個c形芯部的定子6。圍繞定子芯部纏繞的導線聯接在一起以形成單相繞組7。
[0022]控制電路4包括濾波器8、逆變器9、門驅動器模塊10、電流傳感器11、電壓傳感器
12、溫度傳感器13、位置傳感器14和控制器15。
[0023]濾波器8包括鏈電容C1，其平滑由于逆變器9切換造成的相對高頻波動。
[0024]逆變器9包括將相繞組7聯接電壓軌的四個功率開關Q1-Q4的全橋。開關Q1-Q4中的每一個包括續流二極管。
[0025]門驅動器模塊10響應于從控制器15接收的控制信號驅動開關Q1-Q4的斷開和閉口 Ο
[0026]電流傳感器11包括定位在逆變器和零電壓軌之間的分流電阻器R1。跨電流傳感器11的電壓提供連接到電源2時相繞組7中的電流的測量值。跨電流傳感器11的電壓被作為信號I_PHASE輸出至控制器15。
[0027]電壓傳感器12包括定位在DC電壓軌和零電壓軌之間的分壓器R2、R3。電壓傳感器輸出信號乂_0(:到控制器15，其表示由電源2提供的電源電壓的縮小比例的測量值。
[0028]溫度傳感器13包括熱敏電阻TH1。跨熱敏電阻TH1的電壓被作為信號，TEMP，輸出到控制器15。
[0029]位置傳感器14包括定位在定子6的槽狀開口中的霍爾效應傳感器。傳感器14輸出數字信號HALL，其取決于穿過傳感器14的磁通的方向而為邏輯高或低。HALL信號由此提供轉子5的角度位置的測量值。
[0030]控制器15包括微控制器，微控制器具有處理器、存儲裝置和多個外設(例如ADC、比較器、計時器等)。存儲設備存儲用于執行處理器的指令，以及在操作期間由處理器使用的控制參數和查找表。控制器15負責控制電機3的操作且產生用于控制四個功率開關Q1-Q4每個的控制信號S1-S4。控制信號被輸出到門驅動器模塊10，門驅動器模塊10作為回應驅動開關Q1-Q4的斷開和閉合。
[0031]圖3總結了開關Q1-Q4響應于由控制器15輸出的控制信號S1-S4的允許狀態。后文中，術語“設置”和“清除”將分別用于指示信號已經被拉到邏輯高和低水平。如圖3所示，控制器15設置S1和S4并且清除S2和S3，以便于從左到右激勵相繞組7。相反地，控制器15設置S2和S3并且清除S1和S4，以便于從右到左激勵相繞組7。控制器15清除S1和S3并且設置S2和S4以便于續流相繞組7。續流使得相繞組7中的電流繞逆變器9的低側回路再循環。在本實施例中，功率開關Q1-Q4能夠沿兩個方向導通。因此，控制器15在續流期間閉合低側開關Q2、Q4兩者，使得電流流動穿過開關Q2和Q4，而不是較低效的二極管。可設想，逆變器9可包括功率開關，其僅沿單個方向導通。在該情況下，控制器15將清除S1、S2和S3并且設置S4，以便于從左到右續流相繞組7。控制器15于是將清除S1、S3和S4并且設置S2，以便于從右到左續流相繞組7。在逆變器9低側回路中的電流于是向下流動通過已經閉合的低側開關(例如Q4)，并且向上流動通過斷開的低側開關(例如Q2)的二極管。
[0032]控制器15根據轉子5的速度以兩種模式中的一種操作。在低于預定閾值的速度下，控制器15以加速模式操作。在預定閾值的速度處或之上，控制器15以穩態模式操作。轉子5的速度由HALL信號的兩個連續的邊緣之間的間隔T_HALL確定。該間隔將在后文中被稱為HALL時段。
[0033]在每個模式下，控制器15響應于HALL信號的邊緣換向相繞組7。每個霍爾邊緣對應于轉子5極性的改變，且由此對應于在相繞組7中感生的反電動勢的極性的改變。更具體地，每個HALL邊緣對應于反電動勢中的