生成用于管理同步电动机的操作的控制信号的方法、控制设备和致动器技术

本发明专利技术涉及生成用于管理具有一个或多个永磁体(36)的同步电动机(12)的操作的控制信号的方法，所述同步电动机包括：定子(22)，所述定子包括P个相(26,28,30)；转子(32)，所述转子包括所述一个或多个永磁体；开关模块(14)，其装备有多个开关(K1‑K6)；N个霍尔效应传感器(18,20)，其对由所述一个或多个永磁体感生的旋转电磁场敏感，N不小于2且严格小于P，所述方法包括：获取由所述传感器传输的状态信息的步骤以及基于由所述传感器传输的状态信息估计至少一条补充信息的步骤，所述补充信息表征至少一个虚拟传感器(C)的状态变化。本发明专利技术还涉及控制设备(16)，其包括用于估计一条补充信息(S3)的模块和用于生成控制信号(42)的模块，所述控制设备被配置为实现该方法。本发明专利技术还涉及致动器(10)，其包括具有永磁体的同步电动机(12)和控制设备(16)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术的
本专利技术涉及装备有具有永磁体的同步电动机的致动器领域。本专利技术特别涉及一种生成用于管理具有配备这种致动器的一个或多个永磁体的同步电动机的操作的控制信号的方法。本专利技术还涉及一种适于实现这样的方法的控制设备和致动器，该致动器包括具有一个或几个永磁体的同步电动机和控制设备。专利技术背景具有永磁体的同步电动机通常包括由每相一个或几个线圈构成的多相定子和构成磁路的金属片堆以及具有一个或多个永磁体的转子。此外，为了确定转子相对于线圈的角位置，传感器通常定位在定子上以检测由转子感生的旋转场的变化。实际上，由于体积原因，这些传感器经常相对于线圈角度偏移。这些传感器特别地传递能够产生控制电动机的操作的控制信号所需的信息，而且还确定转子的位置(所执行的转数、行进位置的终点、中间位置、阻挡位置检测)。为了生成电动机的控制信号，在电动机的定子内放置严格等于定子的相数的多个传感器是通常的做法。例如，在三相定子的情况下，在大多数情况下，三个霍尔效应传感器被布置在定子内。然而，使用严格等于电动机的相数的多个传感器在体积和成本方面是限制性的。为了减少用于管理具有永磁体的同步电动机的操作的传感器的数量，文献US6,163,117描述了一种用于产生控制信号的方法，其使得减少传感器的数量是可能的。所公开的原理等于用虚拟传感器替换实际传感器之一，即，基于由真实传感器提供的信号通过计算生成假设的传感器的输出信号，该真实传感器以小于相数的数量存在。然而，所公开的控制方法似乎不能生成用于将被优化的电动机的操作的控制信号。该方法特别地不提供任何灵活性来考虑电动机的不同可能的工作额定值并且优化在这些工作额定值中的每一个中的电动机的操作。专利技术简述本专利技术寻求解决现有技术的缺陷。为了这个目的，根据本专利技术的第一方面提出的是生成用于管理具有一个或多个永磁体的同步电动机的操作的控制信号的方法，该同步电动机包括：定子，该定子包括P个相；转子，该转子包括所述永磁体；开关模块，其装备有多个开关；N个霍尔效应传感器，其对由所述永磁体感生的旋转电磁场敏感，N不小于2且严格小于P，该方法包括：-获取由传感器传输的状态信息的步骤；以及-基于由传感器传输的状态信息估计至少一条补充信息的步骤，该补充信息表征至少一个虚拟传感器的状态变化；-确定电动机的操作阶段的步骤；以及-基于状态信息和至少一条补充信息以及电动机的操作阶段生成作用于开关模块的开关的控制信号的步骤。通过考虑电动机的操作阶段以生成控制信号，其操作被优化，例如，在可用扭矩方面或热性能或输出方面，包括当真实传感器的数量低于电动机的相数时。优选地，操作阶段属于一组可能的阶段，包括来自以下阶段中的至少两个阶段：空闲阶段、启动阶段、标称额定阶段、逐渐停止阶段和紧急停止阶段。根据一个具体的有利的实施方式，电动机的操作阶段基于由霍尔效应传感器传输的状态信息确定。由霍尔效应传感器传输的状态信息特定地使从第一旋转分数估计电动机的方向、速度和加速度成为可能。根据一个具体的简单的实施方式，该可能的阶段包括：-第一阶段，在其期间控制信号以相对于由霍尔效应传感器或虚拟传感器中的一个的状态中的改变标记的时刻的第一预定时移--零或非零--生成，以及-第二阶段，在其期间控制信号以相对于由霍尔效应传感器或虚拟传感器中的一个的状态中的改变标记的时刻的不同于第一预定时移的第二预定时移--零或非零--生成。该实施方式可具体地用二进制输出霍尔效应传感器实现。第一阶段可例如是启动阶段，而第二阶段是标称额定阶段。特别地，控制信号在第一阶段期间生成，使得定子的相的绕组的端子之间的电流环流具有相对于在绕组的端子两端由旋转电磁场感生的反电动势的第一预定电相移，零或非零。在第二阶段期间，控制信号被生成以使得定子的相的绕组的端子之间的电流环流具有相对于在绕组的端子两端由旋转电磁场感生的反电动势的不同于第一预定电相移的第二预定电相移。根据本专利技术的一个可选方案，可能的阶段包括标称额定阶段，在其期间，估计至少一条补充信息的步骤包括：-测量霍尔效应传感器之一的两个连续状态改变之间的时间间隔的步骤；-计算这些间隔的平均持续时间的步骤；以及-使用所计算的平均持续时间来估计至少一条补充信息的步骤。在标称额定阶段期间，控制信号优选地被生成以使得定子的相的绕组的端子之间的电流环流具有相对于在绕组的端子两端由旋转电磁场感生的反电动势的第一预定电相移，零或严格小于15°。在标称额定值中，这种控制策略使优化扭矩和输出以及最小化热损耗成为可能。根据本专利技术的另一个特征，可能的阶段包括启动阶段，并且估计至少一条补充信息的步骤包括在启动阶段期间：-测量第一霍尔效应传感器的状态改变和跟随第一霍尔效应传感器的状态改变的第二霍尔效应传感器的相反的第一状态改变之间的时间间隔的持续时间或第二霍尔效应传感器的状态改变和跟随第二霍尔效应传感器的状态改变的第一霍尔效应传感器的相反的第一状态改变之间的时间间隔的持续时间的步骤；然后-使用所测量的持续时间来估计至少一条补充信息的步骤。该特征允许在电动机的加速或减速期间的更大的反应性。在实践中，在启动阶段期间，控制信号被生成为使得定子的相的绕组的端子之间的电流环流具有相对于在绕组的端子两端由旋转电磁场感生的反电动势的至少15°并且优选地至少30°的预定电相移。该操作模式使得在电动机的定子的磁路中获得显著的磁通是可能的，这使得确保良好的启动是可能的。根据本专利技术的另一可选方案，估计至少一条补充信息的步骤包括：-分析状态信息的步骤，该步骤包括至少一个测试，以确定由传感器传输的状态信息是否满足预定的充分条件；然后-如果充分条件被满足，则进行从分析中直接导出至少一条补充信息的步骤；-或者如果充分条件不满足，则进行任意地选择至少一条补充信息，然后基于稍后在具有预定持续时间的时间间隔期间接收的状态信息确定至少一条补充信息是否必须被修改的步骤。可选地，估计至少一条补充信息的步骤包括：-分析状态信息的步骤，该步骤包括至少一个测试，以确定由传感器传输的状态信息是否满足预定的充分条件；然后-如果充分条件被满足，则进行从分析中直接导出至少一条补充信息的步骤；-或者如果充分条件不满足，则进行基于分析和电动机的旋转方向确定至少一条补充信息的步骤；根据一个优选的实施方式，P＝3且N＝2。因此，根据本专利技术的用于生成控制信号的方法有利地应用于包括三相定子的电动机。根据本专利技术的另一方面，本专利技术涉及用于控制具有永磁体的同步电动机的设备，该设备包括用于估计至少一条补充信息的模块和用于生成控制信号的模块，这些模块被配置为执行先前描述的方法。根据本专利技术的又另一个方面，涉及致动器，其包括具有永磁体的同步电动机，该同步电动机包括：定子，其包括组成P个相的多个绕组，P不小于2；转子，该转子包括A个永磁体，A大于或等于1；开关模块，其设置有多个开关；N个霍尔效应传感器，该霍尔效应传感器对由永磁体感生的旋转电磁场敏感，N不小于1且严格小于P；该致动器包括如前面所定义的控制设备，其连接到霍尔效应传感器和开关模块6。有利地，霍尔效应传感器布置在定位在定子内的共享电子电路支撑元件上，共享支撑元件优选地为盘、盘段、环或环形段的形状。这种构造特别适用于例如在家庭自动化领域中广泛使用的管状电动机。为了在选择电动机内的传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生成用于管理具有一个或多个永磁体的同步电动机(12)的操作的控制信号的方法，所述同步电动机包括：定子(22)，所述定子包括P个相(26，28，30)；转子(32)，所述转子包括所述永磁体(34、36)；开关模块(14)，其装备有多个开关(K1，...，K6)；N个霍尔效应传感器(18，20)，其对由所述永磁体感生的旋转电磁场敏感，N不小于2且严格小于P，所述方法包括：‑获取由所述传感器(18，20)传输的状态信息的步骤；以及‑基于由所述传感器(18，20)传输的状态信息估计至少一条补充信息的步骤，所述补充信息表征至少一个虚拟传感器的状态变化；其特征在于所述方法包括：‑识别一组可能的阶段中的所述电动机(12)的操作阶段的步骤，所述一组可能的阶段包括来自以下阶段中的至少两个阶段：空闲阶段、启动阶段、标称额定阶段、逐渐停止阶段和紧急停止阶段；以及‑基于所述状态信息、所述至少一条补充信息以及所述电动机的操作阶段生成作用于所述开关模块(6)的开关(K1，...，K6)的控制信号的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.11 FR 14567581.一种生成用于管理具有一个或多个永磁体的同步电动机(12)的操作的控制信号的方法，所述同步电动机包括：定子(22)，所述定子包括P个相(26，28，30)；转子(32)，所述转子包括所述永磁体(34、36)；开关模块(14)，其装备有多个开关(K1，...，K6)；N个霍尔效应传感器(18，20)，其对由所述永磁体感生的旋转电磁场敏感，N不小于2且严格小于P，所述方法包括：-获取由所述传感器(18，20)传输的状态信息的步骤；以及-基于由所述传感器(18，20)传输的状态信息估计至少一条补充信息的步骤，所述补充信息表征至少一个虚拟传感器的状态变化；其特征在于所述方法包括：-识别一组可能的阶段中的所述电动机(12)的操作阶段的步骤，所述一组可能的阶段包括来自以下阶段中的至少两个阶段：空闲阶段、启动阶段、标称额定阶段、逐渐停止阶段和紧急停止阶段；以及-基于所述状态信息、所述至少一条补充信息以及所述电动机的操作阶段生成作用于所述开关模块(6)的开关(K1，...，K6)的控制信号的步骤。2.根据权利要求1所述的生成控制信号的方法，其特征在于所述电动机的操作阶段基于由所述霍尔效应传感器传输的状态信息确定。3.根据前述权利要求中的任一项所述的生成控制信号的方法，其特征在于所述可能的阶段包括：-第一阶段，在其期间所述控制信号以相对于由所述霍尔效应传感器(18，20)或所述虚拟传感器中的一个的状态中的改变标记的时刻的零或非零的第一预定时移生成，-第二阶段，在其期间所述控制信号以相对于由所述霍尔效应传感器(18，20)或所述虚拟传感器中的一个的状态中的改变标记的时刻的、不同于所述第一预定时移的第二预定时移生成。4.根据前述权利要求中的任一项所述的生成控制信号的方法，其特征在于，所述可能的阶段包括所述标称额定阶段，在所述标称额定阶段期间，估计至少一条补充信息的步骤包括：-测量所述霍尔效应传感器(18，20)之一的两个连续状态改变之间的时间间隔的步骤；-计算这些间隔的平均持续时间的步骤；以及-使用所计算的平均持续时间来估计至少一条补充信息的步骤。5.根据前述权利要求中的任一项所述的生成控制信号的方法，其特征在于，所述可能的阶段包括所述启动阶段，并且其特征在于估计至少一条补充信息的步骤包括在所述启动阶段期间：-测量所述霍尔效应传感器中的第一霍尔效应传感器(18)的状态改变和跟随所述霍尔效应传感器中的第一霍尔效应传感器(18)的状态改变的所述霍尔效应传感器中的第二霍尔效应传感器(20)的相反的第一状态改变之间的时间间隔的持续时间或所述霍尔效应传感器中的第二霍尔效应传感器(20)的状态改变和跟随所述霍尔效应传感器中的第二霍尔效应传感器(20)的状态改变的所述霍尔效应传感器中的第一霍尔效应传感器(18)的相反的第一状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·米尼耶，F·热尔曼，
申请(专利权)人：SOMFY两合公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR