專利名稱：無刷直流電機控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流(DC)電機，特別是涉及一種無刷DC電機控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
電機是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，是通過電磁現(xiàn)象將電能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的或直線的動能。由于電子設(shè)備在電氣、電子和機械工業(yè)的廣泛使用，使電機應(yīng)用領(lǐng)域擴展；作為驅(qū)動力的關(guān)鍵來源，電機的重要性日益增大。另外，隨著工業(yè)的快速增長，電機作為驅(qū)動源，其速度更快，容量更大。
特別是，精確控制電機使精確運動在速度控制方面具有快速響應(yīng)時間和寬的范圍。通過重復(fù)停止、啟動和反轉(zhuǎn)動作等，這些電機按照控制信號運行。隨著技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域擴展，例如，動力電子學(xué)發(fā)展、微計算機發(fā)展、精確技術(shù)的實際應(yīng)用和高性能永磁體以及表面安裝技術(shù)發(fā)展，精確控制電機的重要性日益增大。
精確控制電機的例子包括步進電機和無刷DC電機，這通常使用高性能永磁體。
最常用于位置控制的電機是步進電機。在精確控制一般的機械位移時，步進電機適合用于micoms，因為使用脈沖可以對它們數(shù)字化控制。步進電機可以旋轉(zhuǎn)特定角度，并在沒有檢測電機軸位置的反饋的情況下能高精度停止。而且，步進電機可以實現(xiàn)開環(huán)控制，容易用數(shù)字信號控制，并且在停止時可以保持轉(zhuǎn)矩。
但是，這些電機的轉(zhuǎn)矩低，因而難以應(yīng)用于需要高轉(zhuǎn)矩的場合。而且，在某些頻率下可能出現(xiàn)振動和諧振現(xiàn)象，這些電機抵抗負(fù)載慣性的能力差，在高速運行過程中出現(xiàn)步進超出。并且，由于在與常用驅(qū)動器一起工作過程中纏繞繞組的感應(yīng)效應(yīng)，纏繞繞組不能流過足夠的電流，因此增大脈沖速率時力矩減小，與DC電機相比效率較低。
這樣，提供高轉(zhuǎn)矩的無刷DC電機，優(yōu)選為在位置控制或轉(zhuǎn)數(shù)時。無刷DC電機不但耐用高效，而且易于在恒速和變速控制中使用。
無刷DC電機被設(shè)計為沒有作為換向器的電刷，同時還保持DC電機的性能，并且根據(jù)是否具有檢測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的傳感器可以分成傳感器型和無傳感器型。
在公開的第1998-0013 970號韓國專利申請中披露了“無傳感器BLDC電機的位置控制方法”。該專利申請涉及一種BLDC電機，其中檢測由電機轉(zhuǎn)子在定子上產(chǎn)生的反電動勢，并且當(dāng)這些反電動勢與標(biāo)準(zhǔn)電壓相比時，脈沖被分成多級。對脈沖計數(shù)，以確定相對于電機轉(zhuǎn)子的正常位置的電機轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)確位置，并且輸出相應(yīng)的控制信號以提供準(zhǔn)確的位置控制。
這種基于控制信號的位置控制用于控制電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，不能控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了達到上述目的，本發(fā)明的一個方面是提供一種無刷DC電機控制裝置及其控制方法，可以控制使用無傳感器型或傳感器型無刷DC電機的轉(zhuǎn)數(shù)。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種無刷DC電機控制裝置及其控制方法，其中利用數(shù)字化方法通過檢測和計數(shù)無傳感器型無刷DC電機的反電動勢來控制轉(zhuǎn)數(shù)。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種無刷DC電機控制裝置及其控制方法，其中利用數(shù)字化方法通過檢測和計數(shù)傳感器型無刷DC電機的F/G脈沖來控制轉(zhuǎn)數(shù)。
通過下面給出的解釋將理解本發(fā)明的其它方面。
為了解決上述問題，本發(fā)明的一個實施例可以提供一種無刷DC電機控制裝置，用于控制無刷DC電機的轉(zhuǎn)數(shù)，所述無刷DC電機具有n磁極(這里n是自然數(shù))的轉(zhuǎn)子，對定子供應(yīng)m相(這里m是自然數(shù))源電流時轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，所述控制裝置包括旋轉(zhuǎn)探測器部分，用于計數(shù)由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的無刷DC電機的旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分，用于接收無刷DC電機的轉(zhuǎn)數(shù)作為輸入并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)需要量；比較部分，用于比較旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)數(shù)需要量；以及電流控制器部分，用于根據(jù)比較部分的比較結(jié)果控制供應(yīng)到無刷DC電機的源電流。
優(yōu)選地，電流控制器部分在旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)小于轉(zhuǎn)數(shù)需要量時控制源電流，使無刷DC電機旋轉(zhuǎn)，或者在旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)等于轉(zhuǎn)數(shù)需要量時控制源電流，使無刷DC電機停止。
無刷DC電機可以是無傳感器型，并且旋轉(zhuǎn)探測器部分可以將檢測到的定子多相繞組產(chǎn)生的反電動勢總次數(shù)計數(shù)為旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。這里，轉(zhuǎn)數(shù)需要量可以是(轉(zhuǎn)數(shù))×(無刷DC電機旋轉(zhuǎn)一圈過程中產(chǎn)生的反電動勢總次數(shù))。
另一方面，無刷DC電機可以是傳感器型，并且旋轉(zhuǎn)探測器部分可以包括磁傳感器，用于檢測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的F/G脈沖，并可以將檢測到的F/G脈沖總數(shù)計數(shù)為旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。這里，轉(zhuǎn)數(shù)需要量可以是(轉(zhuǎn)數(shù))×(無刷DC電機旋轉(zhuǎn)一圈過程中產(chǎn)生的F/G脈沖總數(shù))。
而且，電流控制器部分可以在轉(zhuǎn)數(shù)輸入到轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分之后供應(yīng)啟動無刷DC電機的源電流。
并且，電流控制器部分可以包括多相逆變器，用于將具有m相的源電流供應(yīng)給無刷DC電機。
為了達到上述目的，本發(fā)明的另一個方面可以提供一種控制無刷DC電機的方法，所述無刷DC電機具有n磁極(這里n是自然數(shù))的轉(zhuǎn)子，對定子供應(yīng)m相(這里m是自然數(shù))源電流時轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，所述方法包括(a)接收無刷DC電機的轉(zhuǎn)數(shù)作為輸入；(b)將轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)數(shù)需要量；(c)供應(yīng)啟動無刷DC電機的第一源電流；(d)計數(shù)由無刷DC電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；(e)比較轉(zhuǎn)數(shù)需要量和旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；以及(f)根據(jù)比較(步驟e)得到的比較結(jié)果向無刷DC電機供應(yīng)第二源電流。
優(yōu)選地，供應(yīng)第二源電流(步驟f)可以包括當(dāng)旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)小于旋轉(zhuǎn)需要量時，供應(yīng)使無刷DC電機旋轉(zhuǎn)的第二源電流，并且重復(fù)計數(shù)(步驟d)和比較(步驟e)，或者可以包括當(dāng)旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)等于轉(zhuǎn)數(shù)需要量時，供應(yīng)使無刷DC電機停止的第二源電流。
而且，無刷DC電機可以是無傳感器型，并且計數(shù)(步驟d)可以包括將檢測到的定子多相繞組產(chǎn)生的反電動勢總次數(shù)計數(shù)為旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。這里，轉(zhuǎn)數(shù)需要量可以是(轉(zhuǎn)數(shù))×(無刷DC電機旋轉(zhuǎn)一圈過程中產(chǎn)生的反電動勢總次數(shù))。
另一方面，無刷DC電機可以是傳感器型，并且計數(shù)(步驟d)可以包括將檢測到的定子多相繞組產(chǎn)生的F/G脈沖總數(shù)計數(shù)為旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。這里，轉(zhuǎn)數(shù)需要量可以是(轉(zhuǎn)數(shù))×(無刷DC電機旋轉(zhuǎn)一圈過程中產(chǎn)生的F/G脈沖總數(shù))。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的無傳感器型無刷DC電機的水平剖視圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的傳感器型無刷DC電機的水平剖視圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的無傳感器型無刷DC電機的控制裝置的示意圖；
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的傳感器型無刷DC電機的控制裝置的示意圖；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的、圖1所示無傳感器型無刷DC電機100的控制方法的流程圖；圖6是表示根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的、圖2所示傳感器型無刷DC電機200的控制方法的流程圖。
具體實施例方式
下面給出的描述僅是解釋本發(fā)明的原理。因此，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以設(shè)計出不同的方法和裝置，用于實現(xiàn)本發(fā)明的原理并且不偏離本發(fā)明的精神和范圍，盡管可能沒有在本說明書中清楚地解釋或說明。而且，可以理解的是，不但本發(fā)明的原理、觀點和實施例，而且描述特殊實施例的所有詳細(xì)說明可以包括結(jié)構(gòu)和功能的等價內(nèi)容。
下面參考附圖，并結(jié)合詳細(xì)描述和優(yōu)選實施例，將進一步清楚本發(fā)明的其它目的、特殊優(yōu)點和新穎特征。在本發(fā)明的描述中，當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)被認(rèn)為是不必要地模糊本發(fā)明的關(guān)鍵時，將省略對其的詳細(xì)解釋，描述中使用的數(shù)字(例如，第一、第二等等)僅是以次序方式區(qū)分相同或類似的部分。
下面將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的無傳感器型無刷DC電機的水平剖視圖。圖1表示常規(guī)的具有三相和兩極的內(nèi)轉(zhuǎn)子型無傳感器型無刷DC電機。
此無傳感器型無刷DC電機100包括外殼110、定子120、轉(zhuǎn)子130和旋轉(zhuǎn)軸140。
外殼110通常是圓柱形，但當(dāng)然可以使用其它形狀。
定子120位于外殼110內(nèi)，并包括纏繞在多個(在此實施例中是三個)T形齒(125u、125v、125w，下面稱為125)上的三相繞組(U相繞組150u、V相繞組150v、W相繞組150w)。多個齒125沿軸向延伸，在每個齒125之間具有相同數(shù)量的齒縫開度，三相繞組穿過這些齒縫開度而纏繞。
轉(zhuǎn)子130位于外殼110內(nèi)，被旋轉(zhuǎn)插入并固定在定子120每個齒125的內(nèi)部位置上，并包括永磁體，其中不同的磁極(在此實施例中是N極和S極)相對于旋轉(zhuǎn)軸140被交替安置。
當(dāng)三相源電流供應(yīng)到三相繞組即U相繞組150u、V相繞組150v和W相繞組150w時，由于根據(jù)Fleming左手定則產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，由具有多個磁極的永磁體構(gòu)成的轉(zhuǎn)子130繞旋轉(zhuǎn)軸140旋轉(zhuǎn)。
在轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，纏繞U相繞組150u的齒125u面對N極和S極各一次，因此在U相繞組150u中產(chǎn)生反電動勢兩次。這對于V相繞組150v和W相繞組150w也是如此。
因此，在轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，在U相繞組150u、V相繞組150v、W相繞組150w中共出現(xiàn)6次反電動勢。換言之，通過首先累加U相繞組150u、V相繞組150v、W相繞組150w中產(chǎn)生的反電動勢次數(shù)，再除以6，即可確定無傳感器型無刷DC電機100的轉(zhuǎn)子130的轉(zhuǎn)數(shù)。
由于定子120使用三相感應(yīng)電流，所以多個齒125的數(shù)量是3的倍數(shù)；并且由于轉(zhuǎn)子130使用具有交替N極和S極的永磁體，所以磁極的數(shù)量為2的倍數(shù)。換言之，定子120上的齒125的數(shù)量與轉(zhuǎn)子130上的磁極數(shù)量之比為3a∶2b(這里a和b是自然數(shù))。在轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，定子120的每個齒125的反電動勢次數(shù)是2b，并且由于定子120上的齒125的數(shù)量是3a，則在轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，無傳感器型無刷DC電機100產(chǎn)生的反電動勢次數(shù)是6ab。
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的傳感器型無刷DC電機的水平剖視圖。圖2表示常規(guī)的具有三相和兩極的內(nèi)轉(zhuǎn)子型傳感器型無刷DC電機。
此傳感器型無刷DC電機200包括外殼110、定子120、轉(zhuǎn)子130、旋轉(zhuǎn)軸140和磁傳感器210。
外殼110通常是圓柱形，但當(dāng)然可以使用其它形狀。
定子120位于外殼110內(nèi)，并包括纏繞在多個(在此實施例中是三個)T形齒125上的三相繞組(U相繞組150u、V相繞組150v、W相繞組150w)。多個齒125沿軸向延伸，在每個齒125之間具有相同數(shù)量的齒縫開度，三相繞組穿過這些齒縫開度而纏繞。
轉(zhuǎn)子130位于外殼110內(nèi)，旋轉(zhuǎn)插入并固定在定子120每個齒125的內(nèi)部位置上，并包括永磁體，其中不同的磁極(在此實施例中是N極和S極)，相對于旋轉(zhuǎn)軸140被交替安置。
當(dāng)三相源電流供應(yīng)到三相繞組即U相繞組150u、V相繞組150v和W相繞組150w時，由于根據(jù)Fleming左手定則產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，由具有多個磁極的永磁體構(gòu)成的轉(zhuǎn)子130繞旋轉(zhuǎn)軸140旋轉(zhuǎn)。
位于外殼110內(nèi)的磁傳感器210檢測轉(zhuǎn)子130的位置。它可以位于兩個齒125之間的空間中，如圖2所示，或者可以位于每個齒125上。磁傳感器210在其位置上根據(jù)轉(zhuǎn)子130的旋轉(zhuǎn)檢測N極和S極的接近程度，并產(chǎn)生F/G脈沖(頻率發(fā)生器脈沖)。
在此實施例中，磁傳感器210每次面對N極和S極時產(chǎn)生一個F/G脈沖。換言之，由檢測到一個F/G脈沖可以推斷傳感器型無刷DC電機200的轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)一圈。
由于定子120使用三相感應(yīng)電流，所以多個齒125的數(shù)量是3的倍數(shù)；并且由于轉(zhuǎn)子130使用具有交替N極和S極的永磁體，所以磁極的數(shù)量為2的倍數(shù)。換言之，定子120上的齒125的數(shù)量與轉(zhuǎn)子130上的磁極數(shù)量之比為3a∶2b(這里a和b是自然數(shù))。在轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，磁傳感器210產(chǎn)生的F/G脈沖數(shù)量是b。
這里，磁傳感器210可以是霍爾元件。
本發(fā)明的無刷DC電機控制裝置控制無刷DC電機的轉(zhuǎn)數(shù)。無刷DC電機控制裝置包括旋轉(zhuǎn)探測器部分、轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分、比較部分和電流控制器部分。
旋轉(zhuǎn)探測器部分計數(shù)由無刷DC電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。對于無傳感器型無刷DC電機，旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)是在多相繞組上檢測到的反電動勢次數(shù)；對于傳感器型，旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)是從磁傳感器檢測到的F/G脈沖數(shù)。
轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分從用戶接收所需的無刷DC電機的轉(zhuǎn)數(shù)作為輸入。然后，將輸入的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)需要量。下面將參考圖3和圖4詳細(xì)討論轉(zhuǎn)換公式。
比較部分比較旋轉(zhuǎn)探測器部分的旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分的轉(zhuǎn)數(shù)需要量。
電流控制器部分根據(jù)比較部分的比較結(jié)果控制供應(yīng)到無刷DC電機的源電流。無刷DC電機根據(jù)源電流繼續(xù)以恒定速度旋轉(zhuǎn)或停止。
為了停止無刷DC電機，通過使源電流為零或者使供應(yīng)到構(gòu)成無刷DC電機的每個定子的多相電流完全相同來中止轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。
下面將詳細(xì)討論無刷DC電機控制裝置，無傳感器型將參考圖3，傳感器型將參考圖4。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的無傳感器型無刷DC電機的控制裝置的示意圖。如圖3所示，控制裝置包括無傳感器型無刷DC電機100、電流控制器部分320、轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分330、比較部分340和反電動勢探測器部分350。
無傳感器型無刷DC電機100，如圖1所示，包括定子120和轉(zhuǎn)子130，并利用電流控制器部分320供應(yīng)的多相源電流按照Fleming左手定則使轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子130的旋轉(zhuǎn)，纏繞在定子120上的多相線圈產(chǎn)生反電動勢。無傳感器型無刷DC電機可以按不同形式實現(xiàn)，例如，定子120接收a對三相源電流，轉(zhuǎn)子130具有b對兩磁極，等等。
下面將根據(jù)圖1所示的常規(guī)三相兩極形式進行解釋。但是，很明顯，本發(fā)明的范圍不限于這種情況。
反電動勢探測器部分350對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)探測器部分。反電動勢探測器部分350檢測無傳感器型無刷DC電機100產(chǎn)生的反電動勢。反電動勢在無傳感器型無刷DC電機100的定子的三個T形齒125上分別出現(xiàn)兩次。在轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，U相繞組150u纏繞的齒125u面對轉(zhuǎn)子130的N極和S極各一次，因此反電動勢在U相繞組150u中產(chǎn)生兩次。對于V相繞組150v和W相繞組150w也是如此。
因此，在轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，反電動勢在U相繞組150u、V相繞組150v和W相繞組150w中總共出現(xiàn)6次。
U相繞組150u、V相繞組150v和W相繞組150w根據(jù)N極和S極的運動產(chǎn)生的反電動勢是在不同時間間隔產(chǎn)生的，并且在這些時間間隔上順序地產(chǎn)生反電動勢。
反電動勢探測器部分350在每次出現(xiàn)反電動勢時增加檢測到的反電動勢脈沖數(shù)，并將檢測到的反電動勢脈沖數(shù)計算為到目前為止檢測到的反電動勢脈沖數(shù)。接著，優(yōu)選的是，當(dāng)無傳感器型無刷DC電機100停止時，將檢測到的反電動勢脈沖數(shù)重設(shè)為其初始值，從而當(dāng)無傳感器型無刷DC電機100再次旋轉(zhuǎn)時，從初始開始增加以計數(shù)新檢測到的反電動勢脈沖數(shù)。
轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分330從用戶接收無傳感器型無刷DC電機100所需轉(zhuǎn)數(shù)作為輸入。對于圖1所示的無傳感器型無刷DC電機100，在等時間間隔順序感測到6次出現(xiàn)反電動勢。這樣，轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分330接收所需的轉(zhuǎn)數(shù)作為輸入，并將其轉(zhuǎn)換成所需的反電動勢脈沖數(shù)，用于通過比較部分340進行比較。所需的反電動勢脈沖數(shù)等于(輸入的轉(zhuǎn)數(shù))×(無傳感器型無刷DC電機旋轉(zhuǎn)一圈過程中當(dāng)前感測到的反電動勢總次數(shù))。也可以使用其它公式。
上述轉(zhuǎn)換是比較部分340執(zhí)行的，其中輸入了轉(zhuǎn)數(shù)，而不是轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分330執(zhí)行的。
比較部分340從反電動勢探測器部分350接收檢測到的反電動勢脈沖數(shù)作為輸入，從轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分330接收所需的反電動勢脈沖數(shù)作為輸入，并比較這兩個數(shù)值。
電流控制器部分320從比較部分340接收比較結(jié)果，并向無傳感器型無刷DC電機100提供源電流，該源電流控制無傳感器型無刷DC電機100的旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)比較部分340的比較結(jié)果，如果檢測到的反電動勢脈沖數(shù)小于所需的反電動勢脈沖數(shù)，則無傳感器型無刷DC電機100沒有旋轉(zhuǎn)到用戶需要值，因此電流控制部分320將源電流供應(yīng)到無傳感器型無刷DC電機100，使無傳感器型無刷DC電機100繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)比較部分340的比較結(jié)果，如果檢測到的反電動勢脈沖數(shù)大于或等于所需的反電動勢脈沖數(shù)，則無傳感器型無刷DC電機100已旋轉(zhuǎn)達到用戶需要值，因此電流控制部分320或者將停止電流供應(yīng)到無傳感器型無刷DC電機100，使無傳感器型無刷DC電機100立即停止，或者停止供應(yīng)源電流。由此，無傳感器型無刷DC電機100停止旋轉(zhuǎn)并立即停在其位置上。
電流控制器部分320可以包括多相逆變器310。多相逆變器310是改變每個電流相位的部分，當(dāng)電流控制器部分320將源電流或停止電流輸出到無傳感器型無刷DC電機100時，使不同相位的電流傳輸?shù)経相、V相和W相繞組。
當(dāng)用戶輸入轉(zhuǎn)數(shù)時，電流控制器部分320首先啟動并使無傳感器型無刷DC電機100旋轉(zhuǎn)。
通過根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的控制裝置，可以控制無傳感器型無刷DC電機100旋轉(zhuǎn)用戶所需的轉(zhuǎn)數(shù)。
可以理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明的每個部分可以組合或單獨執(zhí)行如上所述的功能。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的傳感器型無刷DC電機的控制裝置的示意圖。如圖4所示，該控制裝置包括傳感器型無刷DC電機200、電流控制器部分420、轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分430、比較部分440和F/G脈沖探測器部分450。
如圖2所示，傳感器型無刷DC電機200包括定子120和轉(zhuǎn)子130，并使用電流控制器部分420供應(yīng)的多相源電流根據(jù)Fleming左手定則使轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)。磁傳感器210根據(jù)轉(zhuǎn)子130的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生F/G脈沖。無傳感器型無刷DC電機可以按不同形式實現(xiàn)，例如，定子120接收a對三相源電流，轉(zhuǎn)子130具有b對兩磁極，等等。
下面將根據(jù)圖2所示的常規(guī)三相兩極形式進行解釋。但是，很明顯，本發(fā)明的范圍不限于這種情況。
F/G脈沖探測器部分450對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)探測器部分。F/G脈沖探測器部分450檢測傳感器型無刷DC電機200產(chǎn)生的F/G脈沖。在轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)時，每當(dāng)磁傳感器210分別面對N極和S極一次，就產(chǎn)生一次F/G脈沖。因此，在此實施例中，轉(zhuǎn)子130旋轉(zhuǎn)一圈就產(chǎn)生一個F/G脈沖。
F/G脈沖探測器部分450在每次檢測到F/G脈沖時增加檢測到的F/G脈沖數(shù)，并將檢測到的F/G脈沖數(shù)計算為到目前為止檢測到的F/G脈沖數(shù)。接著，優(yōu)選的是，當(dāng)傳感器型無刷DC電機200停止時，將檢測到的F/G脈沖數(shù)重設(shè)為其初始值，從而當(dāng)傳感器型無刷DC電機200重新旋轉(zhuǎn)時，從初始開始增加以計數(shù)新檢測到的F/G脈沖數(shù)。
轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分430從用戶接收傳感器型無刷DC電機200所需轉(zhuǎn)數(shù)作為輸入。對于圖2所示的傳感器型無刷DC電機200，每轉(zhuǎn)一圈檢測到F/G脈沖產(chǎn)生一次。這樣，轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分430接收所需的轉(zhuǎn)數(shù)作為輸入，并將其轉(zhuǎn)換成F/G脈沖數(shù)，通過比較部分440進行比較。所需的F/G脈沖數(shù)等于(輸入的轉(zhuǎn)數(shù))×(傳感器型無刷DC電機旋轉(zhuǎn)一圈過程中當(dāng)前檢測到的F/G脈沖總數(shù))。也可以使用其它公式。
上述轉(zhuǎn)換是比較部分440執(zhí)行的，其中輸入了轉(zhuǎn)數(shù)，而不是轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分430執(zhí)行的。
比較部分440從F/G脈沖探測器部分450接收檢測到的F/G脈沖數(shù)作為輸入，從轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分430接收所需的F/G脈沖數(shù)作為輸入，并比較這兩個數(shù)值。
電流控制器部分420從比較部分440接收比較結(jié)果，并向傳感器型無刷DC電機200提供源電流，該源電流控制傳感器型無刷DC電機200旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)比較部分440的比較結(jié)果，如果檢測到的F/G脈沖數(shù)小于所需的F/G脈沖數(shù)，則傳感器型無刷DC電機200沒有旋轉(zhuǎn)到用戶需求值，因此電流控制部分420將源電流供應(yīng)到傳感器型無刷DC電機200，使傳感器型無刷DC電機200繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)比較部分440的比較結(jié)果，如果檢測到的F/G脈沖數(shù)大于或等于所需的F/G脈沖數(shù)，則傳感器型無刷DC電機200旋轉(zhuǎn)到用戶需求值，因此電流控制部分420或者將停止電流供應(yīng)到傳感器型無刷DC電機200，使傳感器型無刷DC電機200立即停止，或者停止供應(yīng)源電流。由此，傳感器型無刷DC電機200停止旋轉(zhuǎn)并立即停在其位置上。
電流控制器部分420可以包括多相逆變器410。多相逆變器410是改變每個電流相位的部分，當(dāng)電流控制器部分420將源電流或停止電流輸出到傳感器型無刷DC電機200時，使不同相位的電流傳輸?shù)経相、V相和W相繞組。
當(dāng)用戶輸入轉(zhuǎn)數(shù)時，電流控制器部分420首先啟動并使傳感器型無刷DC電機200旋轉(zhuǎn)。
通過根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的控制裝置，可以控制傳感器型無刷DC電機200旋轉(zhuǎn)用戶所需的轉(zhuǎn)數(shù)。
可以理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明的每個部分可以組合或單獨執(zhí)行如上所述的功能。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的、圖1所示無傳感器型無刷DC電機100的控制方法的流程圖。
如圖5所示，在步驟S505，用戶通過轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分330輸入無傳感器型無刷DC電機100所需的轉(zhuǎn)數(shù)。這里，優(yōu)選的是，將反電動勢探測器部分350檢測到的反電動勢脈沖數(shù)設(shè)置為缺省值。
在步驟S510，轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分330通過根據(jù)無傳感器型無刷DC電機100特性建立的公式，將輸入的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成所需的反電動勢脈沖數(shù)。所需的反電動勢脈沖數(shù)可以等于(輸入的轉(zhuǎn)數(shù))×(在旋轉(zhuǎn)一圈的過程中檢測到的反電動勢次數(shù))。也可以使用其它公式。上述轉(zhuǎn)換是由比較部分340執(zhí)行的，其中輸入了轉(zhuǎn)數(shù)，而不是轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分330執(zhí)行的。
在步驟8515，當(dāng)用戶輸入轉(zhuǎn)數(shù)時，電流控制器部分320首先啟動并使無傳感器型無刷DC電機100旋轉(zhuǎn)。
在步驟S520，反電動勢探測器部分350檢測由于無傳感器型無刷DC電機100旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反電動勢，并計算到目前為止產(chǎn)生和檢測到的反電動勢脈沖數(shù)。
在步驟S525，比較部分340比較所需的反電動勢脈沖數(shù)和檢測到的反電動勢脈沖數(shù)。
如果比較結(jié)果表明檢測到的反電動勢脈沖數(shù)等于所需的反電動勢脈沖數(shù)，則無傳感器型無刷DC電機100已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到用戶需要值，并且過程繼續(xù)步驟S530。電流控制部分320或者供應(yīng)停止電流使無傳感器型無刷DC電機100立即停止，或者停止供應(yīng)源電流。由此，無傳感器型無刷DC電機100停止旋轉(zhuǎn)并立即停在其位置上。
但是，如果比較結(jié)果表明檢測到的反電動勢脈沖數(shù)小于所需的反電動勢脈沖數(shù)，則無傳感器型無刷DC電機100沒有旋轉(zhuǎn)到用戶需要值，則過程返回到步驟S515，電流控制器部分320將源電流供應(yīng)到無傳感器型無刷DC電機100，使無傳感器型無刷DC電機100繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。接著，重復(fù)步驟S515到S525。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的、圖2所示傳感器型無刷DC電機200的控制方法的流程圖。
如圖6所示，在步驟S605，用戶通過轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分430輸入傳感器型無刷DC電機200所需的轉(zhuǎn)數(shù)。這里，優(yōu)選的是，將F/G脈沖探測器部分450檢測到的F/G脈沖數(shù)設(shè)置為缺省值。
在步驟S610，轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分430通過根據(jù)傳感器型無刷DC電機200特性建立的公式，將輸入的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成所需的F/G脈沖數(shù)。所需的F/G脈沖數(shù)可以等于(輸入的轉(zhuǎn)數(shù))×(在旋轉(zhuǎn)一圈的過程中檢測到的F/G脈沖數(shù))。也可以使用其它公式。上述轉(zhuǎn)換是由比較部分440執(zhí)行的，其中輸入了轉(zhuǎn)數(shù)，而不是轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分430執(zhí)行的。
在步驟S615，當(dāng)用戶輸入轉(zhuǎn)數(shù)時，電流控制器部分420首先啟動并使傳感器型無刷DC電機200旋轉(zhuǎn)。
在步驟S620，F(xiàn)/G脈沖探測器部分450檢測由于傳感器型無刷DC電機200旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的F/G脈沖，并計算到目前為止產(chǎn)生和檢測到的F/G脈沖數(shù)。
在步驟S625，比較部分440比較所需的F/G脈沖數(shù)和檢測到的F/G脈沖數(shù)。
如果比較結(jié)果表明檢測到的F/G脈沖數(shù)等于所需的F/G脈沖數(shù)，則傳感器型無刷DC電機200已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到用戶需要值，并且過程繼續(xù)步驟S630。電流控制部分420或者供應(yīng)停止電流使傳感器型無刷DC電機200立即停止，或者停止供應(yīng)源電流。由此，傳感器型無刷DC電機200停止旋轉(zhuǎn)并立即停在其位置上。
但是，如果比較結(jié)果表明檢測到的F/G脈沖數(shù)小于所需的F/G脈沖數(shù)，則傳感器型無刷DC電機200沒有旋轉(zhuǎn)到用戶需要值，過程返回到步驟S615，電流控制器部分420將源電流供應(yīng)到傳感器型無刷DC電機200，使傳感器型無刷DC電機200繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。接著，重復(fù)步驟S615到S625。
如上所述，使用根據(jù)本發(fā)明的無刷DC電機控制裝置及其控制方法可以實現(xiàn)指定轉(zhuǎn)數(shù)的控制。
而且，轉(zhuǎn)數(shù)的控制是利用數(shù)字化方法通過檢測和計數(shù)無傳感器型無刷DC電機的反電動勢實現(xiàn)的。
而且，轉(zhuǎn)數(shù)的控制是利用數(shù)字化方法通過檢測和計數(shù)傳感器型無刷DC電機的F/G脈沖實現(xiàn)的。
雖然參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該認(rèn)識到，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在不偏離權(quán)利要求給出的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以改變或修改本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種無刷直流電機控制裝置，用于控制無刷直流電機的轉(zhuǎn)數(shù)，所述無刷直流電機具有n磁極的轉(zhuǎn)子，對定子供應(yīng)m相源電流時轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，其中n、m為自然數(shù)，所述控制裝置包括旋轉(zhuǎn)探測器部分，用于計數(shù)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時無刷直流電機的旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分，用于接收無刷直流電機的轉(zhuǎn)數(shù)作為輸入并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)需要量；比較部分，用于比較旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)數(shù)需要量；以及電流控制器部分，用于根據(jù)比較部分的比較結(jié)果控制供應(yīng)到無刷直流電機的源電流。
2.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機控制裝置，其中，所述電流控制器部分在旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)小于轉(zhuǎn)數(shù)需要量時，控制源電流使無刷直流電機旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機控制裝置，其中，所述電流控制器部分在旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)等于轉(zhuǎn)數(shù)需要量時，控制源電流使無刷直流電機停止。
4.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機控制裝置，其中，所述無刷直流電機是無傳感器型，并且旋轉(zhuǎn)探測器部分將檢測到的定子多相繞組產(chǎn)生的反電動勢總次數(shù)計數(shù)為旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的無刷直流電機控制裝置，其中，所述轉(zhuǎn)數(shù)需要量的值為轉(zhuǎn)數(shù)×無刷直流電機旋轉(zhuǎn)一圈過程中產(chǎn)生的反電動勢總次數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機控制裝置，其中，所述無刷直流電機是傳感器型，并且旋轉(zhuǎn)探測器部分包括磁傳感器，用于檢測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的F/G脈沖，并將檢測到的F/G脈沖總數(shù)計數(shù)為旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的無刷直流電機控制裝置，其中，所述轉(zhuǎn)數(shù)需要量的值為轉(zhuǎn)數(shù)×無刷直流電機旋轉(zhuǎn)一圈過程中產(chǎn)生的F/G脈沖總數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機控制裝置，其中，所述電流控制器部分在轉(zhuǎn)數(shù)輸入到轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分之后供應(yīng)啟動無刷直流電機的源電流。
9.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機控制裝置，其中，所述電流控制器部分包括多相逆變器，用于將具有m相的源電流供應(yīng)給無刷直流電機。
10.一種控制無刷直流電機的方法，所述無刷直流電機具有n磁極的轉(zhuǎn)子，對定子供應(yīng)m相源電流時轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，其中n、m為自然數(shù)，所述方法包括(a)接收無刷直流電機的轉(zhuǎn)數(shù)作為輸入；(b)將轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)數(shù)需要量；(c)供應(yīng)啟動無刷直流電機的第一源電流；(d)計數(shù)無刷直流電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；(e)比較轉(zhuǎn)數(shù)需要量和旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；以及(f)根據(jù)步驟(e)得到的比較結(jié)果向無刷直流電機供應(yīng)第二源電流。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，步驟(f)所述供應(yīng)第二源電流包括當(dāng)旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)小于旋轉(zhuǎn)需要量時，供應(yīng)使無刷直流電機旋轉(zhuǎn)的第二源電流，并且重復(fù)步驟(d)的計數(shù)和步驟(e)的比較。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，步驟(f)所述供應(yīng)第二源電流包括當(dāng)旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)等于轉(zhuǎn)數(shù)需要量時，供應(yīng)使無刷直流電機停止的第二源電流。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，無刷直流電機是無傳感器型，并且步驟(d)的計數(shù)包括將檢測到的定子多相繞組產(chǎn)生的反電動勢總次數(shù)計數(shù)為旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述轉(zhuǎn)數(shù)需要量的值為轉(zhuǎn)數(shù)×無刷直流電機旋轉(zhuǎn)一圈過程中產(chǎn)生的反電動勢總次數(shù)。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述無刷直流電機是傳感器型，并且步驟(d)的計數(shù)包括將檢測到的定子多相繞組產(chǎn)生的F/G脈沖總數(shù)計數(shù)為旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述轉(zhuǎn)數(shù)需要量的值為轉(zhuǎn)數(shù)×無刷直流電機旋轉(zhuǎn)一圈過程中產(chǎn)生的F/G脈沖總數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無刷DC電機控制裝置，用于控制無刷DC電機的轉(zhuǎn)數(shù)，所述無刷DC電機具有n磁極(這里n是自然數(shù))的轉(zhuǎn)子，對定子供應(yīng)m相(這里m是自然數(shù))源電流時轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，所述控制裝置包括旋轉(zhuǎn)探測器部分，用于計數(shù)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時無刷DC電機的旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；轉(zhuǎn)數(shù)需要量輸入部分，用于接收無刷DC電機的轉(zhuǎn)數(shù)作為輸入并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)需要量；比較部分，用于比較旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)數(shù)需要量；以及電流控制器部分，用于根據(jù)比較部分的比較結(jié)果控制供應(yīng)到無刷DC電機的源電流。轉(zhuǎn)數(shù)的控制是利用數(shù)字化方法通過檢測和計數(shù)無傳感器型無刷DC電機的反電動勢或者傳感器型無刷DC電機的F/G脈沖實現(xiàn)的。
文檔編號G05D3/00GK1949649SQ20061005830
公開日2007年4月18日 申請日期2006年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月10日
發(fā)明者孫延昊 申請人:三星電機株式會社