專利名稱：一種混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種混合式電動(dòng)機(jī)(hybrid motor)的控制裝置及其控制方 法，特別是涉及一種混合式電動(dòng)機(jī)(hybrid motor)與控制裝置及其控制方法，其轉(zhuǎn)子是使用永久磁鐵來取代勵(lì)磁線圈，并將線圈巻繞在定子上而成多相獨(dú)立 并列(multi-phase ind印endent parallel)型，通過將整流型編碼器固定在轉(zhuǎn) 子上，并將傳感器附設(shè)在此處且連接至驅(qū)動(dòng)電路部，使得電動(dòng)機(jī)可以平滑地啟 動(dòng)與旋轉(zhuǎn)。并且，本發(fā)明是涉及一種可使構(gòu)成簡(jiǎn)單、降低生產(chǎn)成本的混合式電 動(dòng)機(jī)的控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的直流電動(dòng)機(jī)，是在轉(zhuǎn)子上巻繞激勵(lì)線圈(勵(lì)磁線圈)，并具有適當(dāng)?shù)?極數(shù)，并將裝設(shè)有電刷的線圈巻繞在轉(zhuǎn)子上，從而該結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)子可以旋轉(zhuǎn)。但 是，如此結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有的直流電動(dòng)機(jī)，在使用中，由于短路或磨損等原因，而存 在必須更換電刷的缺點(diǎn)。并且，現(xiàn)有的交流(AC)電動(dòng)機(jī)、直流(DC)電動(dòng)機(jī)、小容量無刷直流(BLDC)電動(dòng)機(jī)等，由于控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的控制器是一體化形成的，所以存在制作與 修理、維護(hù)、保養(yǎng)困難的問題。即，現(xiàn)有的一體型控制器，在交流(AC)電動(dòng)機(jī) 的情況下，由于是以高電壓、低電流的方式來控制，所以控制器的尺寸大且價(jià) 格高，而且有控制困難的缺點(diǎn)。另外，現(xiàn)有的一體型控制器，在直流(DC)電動(dòng) 機(jī)的情況下，由于低電壓、大電流控制所造成的直流(DC)電動(dòng)機(jī)的閃光現(xiàn)象 (flash phenomenon)等，存在制作控制器困難的缺點(diǎn)。而且，由于是大容量電 流控制，所以也存在開關(guān)組件的價(jià)格高這樣的缺點(diǎn)。并且，這些現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)， 會(huì)發(fā)生浪涌電壓、電抗、高諧波等，而存在電動(dòng)機(jī)的控制器設(shè)計(jì)非常困難、價(jià) 格高這樣的缺點(diǎn)。并且，由于電動(dòng)機(jī)的特性，現(xiàn)有的一體型控制器不可能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，從而當(dāng) 電動(dòng)機(jī)或控制器發(fā)生異常時(shí)，采用現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)本身沒有進(jìn)行驅(qū)動(dòng)操作，
也無法進(jìn)行緊急運(yùn)轉(zhuǎn)。并且，現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)控制的通電方法采用正弦波、矩形波或梯形波信號(hào)等， 使得在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)或停止時(shí)，會(huì)發(fā)生逆電力，從而難于構(gòu)造和控制電動(dòng)機(jī)的控制器；而且，通電時(shí)，由于會(huì)發(fā)生開關(guān)組件的短臂現(xiàn)象(arm short:開關(guān)組 件同時(shí)開(turnon)導(dǎo)致電路短路，致使開關(guān)組件被破壞的現(xiàn)象)，所以為了防 止此現(xiàn)象發(fā)生，必須利用硬件(H/W)或軟件(S/W)來構(gòu)成串?dāng)_(Crossfire)防止 電路。并且，現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)控制的通電方式，是作成將上、下段(stage)的開 關(guān)組件同時(shí)開(0N)和關(guān)(0FF)。當(dāng)開關(guān)組件同時(shí)關(guān)(OFF)時(shí)，殘留電能會(huì)殘留在 電動(dòng)機(jī)線圈中(磁滯現(xiàn)象)，再度開(0N)時(shí)，輸入電壓和此殘留電能會(huì)發(fā)生例如 浪涌電壓等的異?，F(xiàn)象，為了防止發(fā)生此現(xiàn)象，而采用硬件(H/W)或軟件(S/W) 等的各種方式來構(gòu)成電路，所以會(huì)有驅(qū)動(dòng)器尺寸變大、控制困難、控制器價(jià)格 高這樣的缺點(diǎn)。另外，由于不是采用電子式電動(dòng)機(jī)(其使用閉合電路的控制方式實(shí)現(xiàn)線性 控制或定速控制)，所以現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)控制的通電方法沒有要求同步化，而且 存在線性控制實(shí)施困難，和定速控制時(shí)必須使用高級(jí)算法這樣的缺點(diǎn)。另外， 小容量無刷直流(BLDC)電動(dòng)機(jī)是電子式電動(dòng)機(jī)，它是根據(jù)傳感器信號(hào)來驅(qū)動(dòng) 的，但是其電動(dòng)機(jī)接線方法是Y形接線、三角(A)形接線，速度控制是采用通 常的交流(AC)電動(dòng)機(jī)控制方式，所以會(huì)有控制困難的缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決上述問題而開發(fā)出來，其目的是提供一種混合式電動(dòng)機(jī) 的控制裝置及其控制方法，其轉(zhuǎn)子是使用永久磁鐵來取代勵(lì)磁線圈，并將線圈 巻繞在定子上而成多相獨(dú)立并列型，通過將整流型編碼器固定在轉(zhuǎn)子上，并將 傳感器附設(shè)在此處且連接至驅(qū)動(dòng)電路部，使得電動(dòng)機(jī)可以平滑地啟動(dòng)與旋轉(zhuǎn)。并且，本發(fā)明是涉及一種可使構(gòu)造簡(jiǎn)單、降低生產(chǎn)成本的混合式電動(dòng)機(jī)的 控制裝置及其控制方法。并且，本發(fā)明的目的是提供一種混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置及其控制方法， 不是如現(xiàn)有的一體型的控制模塊，而是可個(gè)別地獨(dú)立控制混合式電動(dòng)機(jī)的運(yùn) 轉(zhuǎn)，并構(gòu)造成可裝卸地設(shè)置的模塊，而在異常發(fā)生時(shí)，僅需要更換模塊即可恢
復(fù)正常，所以制作、修理、維護(hù)、保養(yǎng)等方面是容易的。本發(fā)明的目的，可以通過一種混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置來達(dá)到，該混合式 電動(dòng)機(jī)的控制裝置，是用來控制具有多相獨(dú)立并列的定子線圈的混合式電動(dòng)機(jī) 的控制裝置，包括編碼器，設(shè)置在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上，為了感測(cè)上述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的極，與傳 感器相關(guān)聯(lián)地動(dòng)作；傳感器，用以根據(jù)上述編碼器感測(cè)到的上述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的極輸出傳感器/士 口速度輸入部，產(chǎn)生用來驅(qū)動(dòng)上述電動(dòng)機(jī)之速度指令信號(hào)； 電力開關(guān)電路部，產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)上述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 驅(qū)動(dòng)模塊部，接收上述速度指令信號(hào)和上述傳感器信號(hào)，并輸出與上述傳感器信號(hào)同步的上述速度指令信號(hào)，作為驅(qū)動(dòng)上述電動(dòng)機(jī)的信號(hào)； 電源部，用以施加直流電源至上述電力開關(guān)電路部；以及 邏輯電源部，將從上述電源部接收的直流電源轉(zhuǎn)換成邏輯電源，并將此轉(zhuǎn)換后的邏輯電源施加在上述驅(qū)動(dòng)模塊部；其中當(dāng)上述電動(dòng)機(jī)具有n相時(shí)，該電動(dòng)機(jī)具有n個(gè)上述電力開關(guān)電路部和n個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊部。在此，上述驅(qū)動(dòng)模塊部，包含處理器，接收上述速度指令信號(hào)和上述傳感器信號(hào)，并輸出與上述傳感器 信號(hào)同步的速度指令信號(hào)；邏輯部，使用邏輯IC來結(jié)合上述處理器的速度指令值信號(hào)和上述傳感器 的傳感器信號(hào)，并輸出電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及驅(qū)動(dòng)部，接收從上述邏輯部來的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出用以驅(qū)動(dòng)上述電 力開關(guān)電路部的信號(hào)。而且，上述電動(dòng)機(jī)的線圈，是形成為多相獨(dú)立并列線圈型，上述電動(dòng)機(jī)的 各線圈，在組成多相電動(dòng)機(jī)時(shí)，各線圈具有相同的勵(lì)磁條件。并且，上述電源部，構(gòu)造成全橋接轉(zhuǎn)換電路(full bridge converter circuit),將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。并且，上述邏輯電源部，利用DC/DC轉(zhuǎn)換器，將從上述電源部接收的直流 電源轉(zhuǎn)換成邏輯電源。
并且，上述編碼器包括在編碼器板上形成有用來遮斷光的光遮斷部和用來 檢測(cè)光的光檢測(cè)部。并且，上述處理器，利用所裝設(shè)的A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)的速度指令信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，每當(dāng)上述傳感器信號(hào)被輸入時(shí)，則輸出數(shù)字的速度指令 /士 口并且，上述電力開關(guān)電路部，利用第1至第4開關(guān)組件而構(gòu)成H橋電路；上述第1至第4開關(guān)組件，較佳為使用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、MOSFET(金氧半場(chǎng)效晶體管)等的晶體管中的任一種。并且，上述混合式電動(dòng)機(jī)的定子線圈，是采用多相獨(dú)立并列的巻線方法。 并且，本發(fā)明的其它目的，可以通過一種混合式電動(dòng)機(jī)的控制方法來達(dá)到，該混合式電動(dòng)機(jī)的控制方法，包含以下步驟(a) 將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源，然后施加該直流電壓至混合式電動(dòng)機(jī)上， 并將上述直流電源轉(zhuǎn)換成邏輯電源，而施加在混合式電動(dòng)機(jī)上；(b) 輸入電動(dòng)機(jī)的速度指令信號(hào)；(c) 將上述電動(dòng)機(jī)的速度指令信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，結(jié)合轉(zhuǎn)換后的速度 指令信號(hào)和傳感器信號(hào)，并輸出與上述傳感器信號(hào)同步的速度指令信號(hào)；(d) 結(jié)合上述速度指令信號(hào)和上述傳感器信號(hào)，并輸出電動(dòng)機(jī)的上、下段驅(qū)動(dòng)信號(hào)；(e) 利用上述電動(dòng)機(jī)的上、下段驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)上述電動(dòng)機(jī)的 驅(qū)動(dòng)信號(hào)；(f) 根據(jù)上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)；以及(g) 產(chǎn)生感測(cè)到上述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的極的傳感器信號(hào)，并返回而重新執(zhí)行 上述(c)步驟，將速度指令值信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。在此，上述電動(dòng)機(jī)，是使用將以下構(gòu)件模塊化而成的混合型控制模塊，包括處理器，接收上述速度指令信號(hào)和上述傳感器信號(hào)，并輸出與上述傳感器 信號(hào)同步的速度指令值信號(hào)；邏輯部，使用邏輯IC來結(jié)合上述處理器的速度指令信號(hào)和上述傳感器的 傳感器信號(hào)，并輸出電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及驅(qū)動(dòng)部，接收從上述邏輯部來的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出用以驅(qū)動(dòng)上述電 力開關(guān)電路部的信號(hào)。因此，根據(jù)本發(fā)明，其轉(zhuǎn)子是使用永久磁鐵來取代勵(lì)磁線圈，并將線圈巻 繞在定子上而成多相獨(dú)立并列型，通過將整流型編碼器固定在轉(zhuǎn)子上，并將傳 感器附設(shè)在此處且連接至驅(qū)動(dòng)電路部，使得電動(dòng)機(jī)可以平滑地啟動(dòng)與旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置及其控制方法，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于將電力分散控制至(n-l)相，所以比現(xiàn)有的控制器能減少電力負(fù)載，相反的， 每一相都構(gòu)成H橋電路，所以開關(guān)組件變成二倍。但是，與同級(jí)的馬力數(shù)的開 關(guān)組件的容量比較，混合式電動(dòng)機(jī)通過分散控制(將電路的電流負(fù)載降低成 (n-l)相時(shí)的負(fù)載)，而能夠降低開關(guān)組件的容量，具有能夠降低開關(guān)組件費(fèi)用 的優(yōu)點(diǎn)。而且，本發(fā)明的混合式電動(dòng)機(jī)，通過控制器的模塊化，各相都具備獨(dú)立控 制電路。在本發(fā)明的混合式電動(dòng)機(jī)的情況下，即使電動(dòng)機(jī)上發(fā)生異常，根據(jù)沒 有發(fā)生異常的其余的正常的相，也可以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(可進(jìn)行緊急運(yùn)轉(zhuǎn))。并且， 由于每一相構(gòu)成獨(dú)立電路，所以當(dāng)控制器由于電動(dòng)機(jī)而破壞時(shí)，該破壞的控制 器不會(huì)影響其它的控制器。并且，電動(dòng)機(jī)的電源(DC電源)的施加，當(dāng)以部分通電方式進(jìn)行開關(guān)時(shí)， 在正(Positive或CW)和負(fù)(Negative或CCW區(qū)間之間的空檔區(qū)間(idle period)來防止串?dāng)_(開關(guān)組件的短臂(arm short))現(xiàn)象，所以不需要利用硬件 (H/W)或軟件(S/W)來構(gòu)成串?dāng)_(Crossfire)防止電路。啟動(dòng)時(shí)和停止時(shí)沒有通 電，而僅在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通電，所以不會(huì)發(fā)生反電動(dòng)勢(shì)。而且，當(dāng)將電動(dòng)機(jī)開(0N)和關(guān)(0FF)時(shí)，能夠除去所產(chǎn)生的浪涌電壓和電 抗。因此，當(dāng)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，能夠設(shè)計(jì)成比現(xiàn)有的交流(AC)電動(dòng)機(jī) 和直流(DC)電動(dòng)機(jī)更緊湊(compact)。而且，通過使傳感器信號(hào)和速度指令(PPM)信號(hào)同步化，可容易且簡(jiǎn)單地 對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行線性控制和定速控制，由于沒有速度變化的誤差，所以可進(jìn)行位 置控制。并且，速度控制是在低頻的狀態(tài)以電壓控制方式來進(jìn)行速度指令(PPM)控 制，所以能夠比現(xiàn)有的高頻開關(guān)更降低開關(guān)噪聲(switching noise)。并且，可以根據(jù)需要來增加或降低定子的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的極數(shù)，藉此可自由
地設(shè)計(jì)定子和轉(zhuǎn)子的形態(tài)。即，可設(shè)計(jì)成鐵盤蛋糕(Pan cake)的形態(tài)、內(nèi)轉(zhuǎn)子 (Inner rotor)的形態(tài)、外轉(zhuǎn)子(outer rotor)的形態(tài)、線性(linear)的形態(tài)等， 是一種可在各種產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，根據(jù)用途來做各種設(shè)計(jì)和制作的混合式電動(dòng)機(jī)。


圖1是本發(fā)明的混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示圖1所示的邏輯部123的一實(shí)施例的電路圖。圖3是表示圖1所示的驅(qū)動(dòng)部125的一實(shí)施例的電路圖。圖4是表示圖1所示的電力開關(guān)電路部110的一實(shí)施例的電路圖。圖5是本發(fā)明的混合式電動(dòng)機(jī)的定子線圈的3相4極的示意圖。圖6是表示本發(fā)明的多相無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制方法的流程圖。主要組件符號(hào)說明10轉(zhuǎn)子20編碼器30傳感器40電源部50邏輯電源部60速度輸入部70定子100控制模塊110電力開關(guān)電路部120驅(qū)動(dòng)模塊部121處理器123邏輯部125驅(qū)動(dòng)部具體實(shí)施方式
以下，參照附圖，詳細(xì)地說明本發(fā)明的較佳實(shí)施方式。 混合式電動(dòng)機(jī)和控制裝置圖1是本發(fā)明的混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置，包括定子70與轉(zhuǎn)子10、設(shè)置在上述轉(zhuǎn)子10上的編碼 器20與傳感器30、電源部40、邏輯電源部50、速度輸入部60以及由驅(qū)動(dòng)模 塊部120與電力開關(guān)電路部110所構(gòu)成的控制模塊100。并且，該驅(qū)動(dòng)模塊部 120是由處理器121、邏輯部123與驅(qū)動(dòng)部125所構(gòu)成。此時(shí)，在本發(fā)明中， 當(dāng)上述混合式電動(dòng)機(jī)有n相(多相)時(shí)，該控制裝置包含n個(gè)上述控制模塊100。 上述混合式電動(dòng)機(jī)，是以電樞作為定子，并以永久磁鐵作為轉(zhuǎn)子而構(gòu)成的
電動(dòng)機(jī)；上述轉(zhuǎn)子可構(gòu)成具有多極(例如2極、4極、6極、…2n極)，上述定 子可構(gòu)成具有多相(例如2相、4相、6相、…n相)。因此，上述混合式電動(dòng) 機(jī)，可容易地根據(jù)需要來增減極數(shù)和相數(shù)，也可容易地根據(jù)需要而改變上述混 合式電動(dòng)機(jī)整體的長(zhǎng)度、厚度、形態(tài)等。而且，上述混合式電動(dòng)機(jī)的線圈，是形成多相獨(dú)立并列線圈型 (multi-phase ind印endent parallel coil)，且上述混合式電動(dòng)機(jī)的各線圈， 即使組成多相電動(dòng)機(jī)，其各線圈具有相同的勵(lì)磁條件(Exciting condition)。設(shè)置在上述混合式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子10上的編碼器20，附著在上述混合式電 動(dòng)機(jī)的軸上，并與上述傳感器30關(guān)聯(lián)動(dòng)作，而可感測(cè)上述混合式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 子10的極。上述編碼器20，為了感測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，在編碼器板上形成有用來 遮斷光的光遮斷部和用來檢測(cè)光的光檢測(cè)部。利用此種特征，編碼器20控制 上述混合式電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁角，并作成可將上述混合式電動(dòng)機(jī)的輸入波形，以部 分波的形態(tài)輸入混合式電動(dòng)機(jī)。上述傳感器30，將根據(jù)上述編碼器20而感測(cè)到的上述混合式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 子的極(位置)的傳感器信號(hào)，輸入上述邏輯部123和上述處理器121。上述傳 感器30，較佳地為使用光傳感器。上述電源部40，構(gòu)造成全橋接轉(zhuǎn)換電路(full bridge converter circuit),在直流電源的情況，直接供給直流電源，而在交流電源的情況，則先將交流電源變換成直流電源，然后將變換而得的直流電源供給上述邏輯電源 部50和上述電力開關(guān)電路部110。在本發(fā)明中，通過調(diào)整上述電源部40的電壓，能夠控制上述混合式電動(dòng)機(jī)的速度。上述邏輯電源部50，為了將從上述電源部40接收到的直流電源作為邏輯 電源來使用，利用DC/DC轉(zhuǎn)換器將直流電源轉(zhuǎn)換成邏輯電源。此時(shí)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換 而得到的邏輯電源，施加在上述驅(qū)動(dòng)模塊部120。上述速度輸入部60，輸入用來驅(qū)動(dòng)上述混合式電動(dòng)機(jī)的速度指令信號(hào)。 上述速度輸入部60，是使用數(shù)字開關(guān)或模擬開關(guān)，將己成為模擬信號(hào)的速度 指令信號(hào)，施加在上述處理器121的A/D轉(zhuǎn)換器(未圖示)。上述控制模塊100，如上所述，包含電力開關(guān)電路部110和驅(qū)動(dòng)模塊部120; 上述驅(qū)動(dòng)模塊部120，包含處理器121、邏輯部123及驅(qū)動(dòng)部125。在此，上述處理器121，利用所裝設(shè)的A/D轉(zhuǎn)換器(未圖示)，將模擬信號(hào)
的速度指令信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并從傳感器30接收傳感器信號(hào)，而每當(dāng) 上述傳感器信號(hào)被輸入時(shí)，則輸出速度指令信號(hào)。此時(shí)，與上述傳感器信號(hào)同 步的上述速度指令信號(hào)，輸出至上述邏輯部123，使得可以實(shí)現(xiàn)上述混合式電 動(dòng)機(jī)的線性控制和定速控制。上述邏輯部123，使用邏輯IC來結(jié)合從上述處理器121接收的速度指令 信號(hào)和從上述傳感器30接收的傳感器信號(hào)，并輸出電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。為了完成此功能，上述邏輯部123，如圖2所示，包含反相器G1、 G3、 G4、 G6以及與門(AND gate)G2、 G5;與門G2接收從上述處理器121來的速度指令 信號(hào)(P觀O)，并經(jīng)由反相器Gl接收從上述傳感器30來的傳感器信號(hào)Sl，然 后輸出經(jīng)過邏輯與運(yùn)算(AND運(yùn)算)而得到的信號(hào)Al;反相器G3接收從上述反 相器G1來的信號(hào)，并輸出將該信號(hào)反轉(zhuǎn)而得的信號(hào)A2;與門G5接收從上述 處理器121來的速度指令信號(hào)(PWM1)，并經(jīng)由反相器G4接收從上述傳感器30 來的傳感器信號(hào)S2，然后輸出經(jīng)過邏輯與運(yùn)算(AND運(yùn)算)而得到的信號(hào)A3; 反相器G6接收從上述反相器G4來的信號(hào)，并輸出將該信號(hào)反轉(zhuǎn)而得的信號(hào) A4。上述驅(qū)動(dòng)部125，接收從上述邏輯部123來的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)A1 A4，并 輸出用以驅(qū)動(dòng)上述電力開關(guān)電路部110的信號(hào)。上述驅(qū)動(dòng)部125，如圖3所示，包含第1IC芯片G11和第2IC芯片G21。 該第1IC芯片Gll接收從上述邏輯部123來的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)Al、 A3，并輸 出用以驅(qū)動(dòng)上述電力開關(guān)電路部110的開關(guān)組件Q1、 Q3的信號(hào)B1、 B3;該第 2IC芯片G21接收從上述邏輯部123來的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)A2、 A4，并輸出用以 驅(qū)動(dòng)上述電力開關(guān)電路部110的開關(guān)組件Q2、 Q4的信號(hào)B2、 B4。上述電力開關(guān)電路部110，是產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)上述混合式電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 的電路，利用圖4所示的第1至第4開關(guān)組件Q1 Q4而構(gòu)成H橋電路。此時(shí)， 上述第1至第4開關(guān)組件Q1 Q4，較佳為使用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、 MOSFET(金氧半場(chǎng)效晶體管)等的晶體管。上述混合式電動(dòng)機(jī)是多相電動(dòng)機(jī)時(shí)，上述混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置包含n 個(gè)(多個(gè))控制模塊100，每個(gè)控制模塊100是由上述電力開關(guān)電路部110和驅(qū) 動(dòng)模塊部120所構(gòu)成。
上述混合式電動(dòng)機(jī)的定子線圈的3相4極圖5是本發(fā)明的混合式電動(dòng)機(jī)的定子線圈的3相4極的示意圖。上述混合式電動(dòng)機(jī)的定子線圈，是利用流入線圈槽(coil slot)的電流與流出線圈槽的電流不同，來形成電極(N極、S極)，并與轉(zhuǎn)子的極互相關(guān)聯(lián)來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩(torque)的巻線方法。多相無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制方法圖6是表示本發(fā)明的混合式電動(dòng)機(jī)的控制方法的流程圖。以下，參照?qǐng)Dl和圖6來進(jìn)行說明。圖6是表示本發(fā)明的多相無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制方法的流程圖。首先，通過上述電源部40，將交流(AC)電源轉(zhuǎn)換成直流(DC)電源，然后施加在上述邏輯電源部50及上述電力開關(guān)電路部110，并通過上述邏輯電源部50，將上述直流電源轉(zhuǎn)換成邏輯電源，而施加在上述驅(qū)動(dòng)模塊部120(步驟SIO)。接著，利用上述速度輸入部60，將上述混合式電動(dòng)機(jī)的速度指令信號(hào)， 輸入上述驅(qū)動(dòng)模塊部120的處理器121 (步驟S20)接著，上述處理器121將上述混合式電動(dòng)機(jī)的速度指令信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào)(步驟S30)后，結(jié)合轉(zhuǎn)換后的速度指令信號(hào)和從上述傳感器30接收的傳感 器信號(hào)，并將與上述傳感器信號(hào)同步的速度指令信號(hào)，輸出至上述邏輯部 123 (步驟S40)。接著，上述邏輯部123結(jié)合從上述處理器121接收的速度指令信號(hào)和從上 述傳感器30接收的上述傳感器信號(hào)，并將上述混合式電動(dòng)機(jī)的上、下段驅(qū)動(dòng) 信號(hào)輸出至上述驅(qū)動(dòng)部125 (步驟S50)。接著，上述驅(qū)動(dòng)部125激勵(lì)driving從上述邏輯部123接收的上述混合式 電動(dòng)機(jī)的上、下段驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出用以驅(qū)動(dòng)上述電力開關(guān)電路部110的信號(hào) (步驟S60)。接著，上述電力開關(guān)電路部110根據(jù)從上述驅(qū)動(dòng)部125接收的信號(hào)而被開 關(guān)(switching)，并輸出用以驅(qū)動(dòng)上述混合式電動(dòng)機(jī)的信號(hào)(步驟S70)。接著，根據(jù)上述電力開關(guān)電路部110的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，上述轉(zhuǎn)子10進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(步 驟S80)。 接著，上述傳感器30將感測(cè)到上述混合式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子10的極的傳感器 信號(hào)，輸出至上述處理器121與上述邏輯部123，來控制上述轉(zhuǎn)子10的動(dòng)作(步 驟S90)。如此，上述多相無刷直流電動(dòng)機(jī)控制裝置，先結(jié)合上述傳感器30所感測(cè) 到的轉(zhuǎn)子的極的傳感器信號(hào)和在上述速度輸入部60所輸入的速度指令信號(hào)， 而產(chǎn)生與上述傳感器信號(hào)同步的速度指令信號(hào)，然后利用此速度指令信號(hào)，產(chǎn) 生上述電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)，來驅(qū)動(dòng)上述電動(dòng)機(jī)，因此，方形波的交流電流流過 上述電動(dòng)機(jī)的各相的線圈，能夠平滑地驅(qū)動(dòng)混合式電動(dòng)機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的混合式電動(dòng)機(jī)，是以電樞作為定子，并以永久磁鐵作為轉(zhuǎn)子 而構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)。 一般而言，若定子的線圈是螺線型線圈時(shí)，可構(gòu)成能生成正 弦波的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)(Torque ripple)的電動(dòng)機(jī)，所以在本發(fā)明中，是將上述定子 線圈，巻繞成多相獨(dú)立并列線圈，使得此電動(dòng)機(jī)適合作為用以生成梯形的轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。而且，在本發(fā)明中，選擇雙極性(Bipolar)方式，使得勵(lì)磁的 銅損(Copper loss)可盡可能地最小化而提高電動(dòng)機(jī)的效率，并作成多相化(例 如2相1勵(lì)磁、3相2勵(lì)磁、4相3勵(lì)磁、5相4勵(lì)磁、n相n_l勵(lì)磁、n相n-2 勵(lì)等)，提高線圈的利用，從而可進(jìn)行緊湊的設(shè)計(jì)，并能改善轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、以簡(jiǎn) 單且安全的方式構(gòu)成編碼器和傳感器、以及提高電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與旋轉(zhuǎn)特性。并 且，本發(fā)明可制作出構(gòu)造簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)而能降低電動(dòng)機(jī)的制造成本。上述舉出較佳實(shí)施例來說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施例， 在本發(fā)明的發(fā)明思想范圍內(nèi)，本技術(shù)領(lǐng)域的具有通常知識(shí)的技術(shù)人員，當(dāng)然可 以作出多種變化。
權(quán)利要求
1. 一種混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置，是用來控制具有多相獨(dú)立并列的定子線圈的混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置，包括編碼器，設(shè)置在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上，為了感測(cè)上述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的極，與傳感器相關(guān)聯(lián)地動(dòng)作；傳感器，用以根據(jù)上述編碼器感測(cè)到的上述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的極輸出傳感器信號(hào)；速度輸入部，產(chǎn)生用來驅(qū)動(dòng)上述電動(dòng)機(jī)的速度指令信號(hào)；電力開關(guān)電路部，產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)上述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；驅(qū)動(dòng)模塊部，接收上述速度指令信號(hào)和上述傳感器信號(hào)，并輸出與上述傳感器信號(hào)同步的上述速度指令信號(hào)，作為驅(qū)動(dòng)上述電動(dòng)機(jī)的信號(hào)；電源部，用以施加直流電源至上述電力開關(guān)電路部；以及邏輯電源部，將從上述電源部接收的直流電源轉(zhuǎn)換成邏輯電源，并將此轉(zhuǎn)換后的邏輯電源施加在上述驅(qū)動(dòng)模塊部；其中當(dāng)上述電動(dòng)機(jī)具有n相時(shí)，該電動(dòng)機(jī)具有n個(gè)上述電力開關(guān)電路部和n個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其中上述驅(qū)動(dòng)模塊 部，包括處理器，接收上述速度指令信號(hào)和上述傳感器信號(hào)，并輸出與上述傳感器 信號(hào)同步的速度指令信號(hào)；邏輯部，使用邏輯IC來結(jié)合上述處理器的速度指令信號(hào)和上述傳感器的 傳感器信號(hào)，并輸出電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及驅(qū)動(dòng)部，接收從上述邏輯部來的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出用以驅(qū)動(dòng)上述電 力開關(guān)電路部的信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其中上述電動(dòng) 機(jī)的線圈，是形成為多相獨(dú)立并列線圈型，上述電動(dòng)機(jī)的各線圈，在組成多相 電動(dòng)機(jī)時(shí)，各線圈具有相同的勵(lì)磁條件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或第2所述的混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其中上述編 碼器包括在編碼器板上形成有用來遮斷光的光遮斷部和用來檢測(cè)光的光檢測(cè)部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其中上述處理器，利用所裝設(shè)的A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)的速度指令信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，每當(dāng)上述傳感器信號(hào)被輸入時(shí)，則輸出數(shù)字的速度指令信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其中上述電力 開關(guān)電路部，利用第1至第4開關(guān)組件而構(gòu)成H橋電路。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其中上述混合 式電動(dòng)機(jī)的定子線圈，是多相獨(dú)立并列線圈。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其中上述定子線 圈，是利用流入線圈槽的電流與流出線圈槽的電流不同，來形成電極，并與轉(zhuǎn) 子的極互相關(guān)聯(lián)來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
9. 一種混合式電動(dòng)機(jī)的控制方法，包含以下步驟步驟a，將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源，然后施加該直流電壓至混合式電動(dòng) 機(jī)上，并將上述直流電源轉(zhuǎn)換成邏輯電源，而施加在混合式電動(dòng)機(jī)上； 步驟b，輸入電動(dòng)機(jī)的速度指令信號(hào)；步驟c，將上述電動(dòng)機(jī)的速度指令信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，結(jié)合轉(zhuǎn)換后的 速度指令信號(hào)和傳感器信號(hào)，并輸出與上述傳感器信號(hào)同步的速度指令信號(hào)；步驟d，結(jié)合上述速度指令信號(hào)和上述傳感器信號(hào)，并輸出電動(dòng)機(jī)的上、 下段驅(qū)動(dòng)信號(hào)；步驟e，利用上述電動(dòng)機(jī)的上、下段驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)上述電動(dòng) 機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；步驟f，根據(jù)上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)；以及步驟g，產(chǎn)生感測(cè)到上述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的極的傳感器信號(hào)，并返回而重新 執(zhí)行上述步驟c，將速度指令信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合式電動(dòng)機(jī)的控制方法，其中上述電動(dòng)機(jī)， 是使用將以下構(gòu)件模塊化而成的混合型控制模塊，該混合型控制模塊包括處理器，接收上述速度指令信號(hào)和上述傳感器信號(hào)，并輸出與上述傳感器 信號(hào)同步的速度指令信號(hào)；邏輯部，使用邏輯IC來結(jié)合上述處理器的速度指令信號(hào)和上述傳感器的 傳感器信號(hào)，并輸出電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及驅(qū)動(dòng)部，接收從上述邏輯部來的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并輸出用以驅(qū)動(dòng)上述電 力開關(guān)電路部的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置及其控制方法。該混合式電動(dòng)機(jī)的控制裝置及其控制方法，其轉(zhuǎn)子是使用永久磁鐵來取代勵(lì)磁線圈，并卷繞線圈在定子上而成多相獨(dú)立并列型，通過將整流型編碼器固定在轉(zhuǎn)子上，并將傳感器附設(shè)在此處且連接至驅(qū)動(dòng)電路部，使得電動(dòng)機(jī)可以平滑地啟動(dòng)與旋轉(zhuǎn)，從而使構(gòu)成簡(jiǎn)單和具有能夠降低生產(chǎn)成本的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P25/18GK101401296SQ200780008607
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月10日
發(fā)明者申?yáng)|律, 趙評(píng)勛 申請(qǐng)人:Eni有限公司