專利名稱：交流逆變進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)工程并尤其用于牙科設(shè)備中使用的機(jī)構(gòu)的電力驅(qū)動(dòng)。
背景技術(shù)：
已知的受控?zé)o刷直流電動(dòng)機(jī)包括具有永磁體感應(yīng)器的機(jī)電變換器，所述 感應(yīng)器的三段電樞繞組的第一端子彼此接合并連接于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、全波頻 率變換器的公共總線，所述變換器的輸出端連接于各段電樞繞組的第二端子； 邏輯控制單元，所述控制單元的輸出端連接于全波頻率變換器的控制輸入端； 以及各自具有兩個(gè)輸入端的三個(gè)比較器，所述比較器的輸出端分別連接于邏輯 控制單元的輸入端。該無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)還包括三個(gè)集成電路。第i個(gè)比較器的 第一輸入端連接于第i段電樞繞組的第二端子，而所述比較器的輸出端連接于 第(i一l)個(gè)集成電路的輸入端。第(i一l)個(gè)集成電路的輸出端連接于第i個(gè)比 較器的第二輸入端，其中比較器和集成電路之間的上述連接形成環(huán)狀耦合，
SU 1774455 Al。
所述無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)在于當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在旋轉(zhuǎn)頻率穩(wěn)定的模式中
時(shí)，在集成電路的輸出端存在相對(duì)于公共端子的偏移量，這導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)EMF比較 器不同的切換閾值，并因此導(dǎo)致在旋轉(zhuǎn)EMF的正、負(fù)間隔內(nèi)對(duì)各區(qū)段供電的不 同的超前角。在各段電樞繞組處的非對(duì)稱電壓形狀導(dǎo)致附加的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、增加 的爆炸聲并因此使無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作質(zhì)量惡化。
根據(jù)RU 2091978 Cl的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)提高了電動(dòng)機(jī)的工作質(zhì)量，尤其 是它通過(guò)減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)而延長(zhǎng)其使用壽命。
該電動(dòng)機(jī)包括具有由三段構(gòu)成的繞組的機(jī)電變換器；以及永磁體感應(yīng)器。 各段繞組的端子接合在一起并連接于公共總線。該設(shè)備還包括電壓逆變器； 基于"或"和"與"邏輯元件的控制單元；以及三個(gè)比較器；電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)借200880001768.3 助于集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)；逆變器是基于晶體管的三相電橋。機(jī)電變換器繞組的端 子連接于逆變器的相應(yīng)輸出端并分別連接于第一、第二和第三比較器的輸入
端，而電動(dòng)機(jī)連接于雙極電源，RU 2091978 Cl。 這種工程方案作為本發(fā)明的原型。
原型設(shè)備的控制單元基于電連接于逆變器元件的邏輯元件。所述邏輯 元件對(duì)提供給逆變器的功率輸入端的電壓具有相對(duì)小的可接受波動(dòng)范圍。 如果例如由于電源設(shè)備、電壓抑制器或逆變器本身的缺陷而超過(guò)這個(gè)范圍， 則邏輯單元將損壞。
要注意，機(jī)電變換器繞組的高功率電流會(huì)通過(guò)逆變器對(duì)控制單元造成 消極影響，這導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定的操作(緊急工作模式)。
一旦無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的要求性能提高，則上述缺陷變得更為突出，這 使原型設(shè)備的可應(yīng)用范圍變窄，使其局限于底負(fù)載電力驅(qū)動(dòng)，例如磁帶記 錄機(jī)的磁帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)。
該原型設(shè)備的另一嚴(yán)重缺陷在于需要使用專門的集成電路來(lái)啟動(dòng)電
動(dòng)機(jī)。所述電路參數(shù)的不可避免離散將在旋轉(zhuǎn)頻率穩(wěn)定模式下使其輸出端 相對(duì)公共端子產(chǎn)生一定的偏移量，這引起電動(dòng)機(jī)的附加轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。盡管
RU 2091978 Cl中的脈動(dòng)某種程度上小于SU 1774455 A 1中的脈動(dòng)，但這 種原型設(shè)備仍然無(wú)法為減少所述脈動(dòng)(由于上述集成電路的參數(shù)的離散) 提供令人滿意的解決方案。
發(fā)明概述
本發(fā)明的目的是提供增加無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作穩(wěn)定性和可靠性并減少 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方案。
根據(jù)本發(fā)明，這里提供一種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)連接于電源并包括 具有三段繞組和永磁體感應(yīng)器的機(jī)電變換器、逆變器、控制單元和三個(gè)比較器 (第一、第二和第三)，其中所述機(jī)電變換器的各段繞組的端子分別連接于逆 變器的第一、第二和第三輸出端，并分別連接于第一、第二和第三比較器的第 一輸入端，所述電動(dòng)機(jī)還包括電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)單元；其中所述控制單元包括六個(gè)帶光輸出的光導(dǎo)發(fā)射器，而逆變器包括六個(gè)光導(dǎo)接收器，所述接收器的光輸入端 借助光耦合連接于控制單元的所述光導(dǎo)發(fā)射器的相應(yīng)光輸出，且其中第一、第 二和第三比較器的輸出端分別連接于控制單元的第一、第二和第三輸入端，而 逆變器的第七功率輸入端連接于電源并連接于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)單元的輸入端，所述 啟動(dòng)單元的第一輸出端連接于第二比較器的第三輸入端，其第二輸出端連接于 第三比較器的第三輸入端，其中所有比較器的第二輸入端彼此互連。
申請(qǐng)人尚未找到任何包含關(guān)于與本發(fā)明相似的工程方案的數(shù)據(jù)的信息來(lái) 源。就申請(qǐng)人看來(lái)，這就能推斷出本發(fā)明符合"新穎性"(N)的標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的新穎特征提供具有新特征的設(shè)備，這些新特征對(duì)于所述設(shè)備的實(shí) 際應(yīng)用來(lái)說(shuō)是非常重要的。由于以下事實(shí)控制單元包括光導(dǎo)發(fā)射器而逆變器 包括光導(dǎo)接收器，所述接收器的光輸入端光耦合于所述光導(dǎo)發(fā)射器的輸出端， 由此與所述光導(dǎo)發(fā)射器形成光導(dǎo)發(fā)光元件對(duì)，因此阻止逆變器和控制單元之間 的電連接。因此，電源電壓的波動(dòng)、電源或逆變器自身的缺陷不會(huì)損壞控制 單元；此外，機(jī)電變換器繞組的高功率電流不會(huì)通過(guò)逆變器影響控制單元，這 明顯地增加了電動(dòng)機(jī)工作的穩(wěn)定性并實(shí)質(zhì)上防止緊急工作模式的發(fā)生；因此， 可顯著地增進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能，特別是使其趨向牙科設(shè)備機(jī)構(gòu)的電力驅(qū)動(dòng)中的電 動(dòng)機(jī)的應(yīng)用所需的值。
最后，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)單元的存在使其能夠排除使用集成電路，該集成電路不 可避免地?fù)碛胁煌墓逃袇?shù)并造成原型設(shè)備中附加的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；所述脈動(dòng)的 減少量明顯地提高了電動(dòng)機(jī)的工作質(zhì)量。
在申請(qǐng)人看來(lái)，上述事實(shí)能夠推斷出本發(fā)明符合"創(chuàng)造性步驟"(is)標(biāo)準(zhǔn)。
附圖
簡(jiǎn)述
參照附圖、通過(guò)示例進(jìn)一步解釋本發(fā)明，在附圖中
圖l是設(shè)備的圖示；
圖2是電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)單元的示意所例示實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)連接于電源，尤其連接于受控的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器(圖中未示出)，并包括具有三段繞組(段2、 3和4)的機(jī)電變換器l。在該具體實(shí)施例 中，各段被互連成三角形電路；然而，它們也能互連成星形電路。感應(yīng)器5基 于永磁體。本發(fā)明的設(shè)備還包括逆變器6、控制單元7、第一比較器8、第二比 較器9和第三比較器10;各段機(jī)電變換器繞組的端子分別連接于逆變器6的第 一、第二和第三輸出端，同時(shí)分別連接于第一比較器8、第二比較器9和第三 比較器10的第一輸入端；本發(fā)明的設(shè)備還包括電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)單元ll。所述控制 單元7包括帶光輸出的六個(gè)光導(dǎo)發(fā)射器12、 13、 14、 15、 16和17，而逆變器 6包括帶開(kāi)關(guān)的六個(gè)光導(dǎo)接收器18、 19、 20、 21、 22和23，所述光導(dǎo)接收器 的光輸入端光耦合于控制單元7的所述光導(dǎo)發(fā)射器12、 13、 14、 15、 16和17 的相應(yīng)光輸出端。所述光導(dǎo)發(fā)射器和光導(dǎo)接收器形成借助光耦合彼此互連的光 導(dǎo)發(fā)光元件對(duì)(光導(dǎo)發(fā)光元件)。該具體實(shí)施例使用由C0SM0公司(K1010D)制 造的光導(dǎo)發(fā)光元件和作為逆變器6的受控開(kāi)關(guān)的場(chǎng)控晶體管IRL024N。電動(dòng)機(jī) 啟動(dòng)單元11由運(yùn)算放大器24(微電路LM324N)、雙極型晶體管25(BC327-40)、 二極管26和27 (IN4148)以及陶瓷電容器28 (MDR104ZA，0， lmF 100V Y5V) 構(gòu)成。運(yùn)算放大器24和二極管26形成具有給定滯后曲線的施密特觸發(fā)器，其 具有1V的觸發(fā)電壓和0,1V的下降電壓。第一比較器8、第二比較器9和第三 比較器10的輸出端各自連接于控制單元7的第一、第二和第三輸入端，而逆 變器6的第七電源輸入端連接于電源并連接于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)單元11的輸入端， 所述啟動(dòng)單元11的第一輸出端連接于第二比較器9的第三輸入端且其第二輸 出端連接于第三比較器10的第三輸入端，其中所有比較器的第二輸入端互連。 設(shè)備以如下方式工作。當(dāng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)關(guān)斷時(shí)，來(lái)自電源的電壓等于o。 這意味著將零電壓從電源提供給啟動(dòng)單元11的輸入端(施密特觸發(fā)器的倒相 輸入端)；來(lái)自施密特觸發(fā)器的輸出端的電壓以"邏輯高"的形式通過(guò)二極管 27并隨后通過(guò)啟動(dòng)單元11的第一輸出端提供至第二比較器9的第二輸入端； 在控制單元7的三個(gè)(1. 2. 3)輸入端產(chǎn)生強(qiáng)制的初始邏輯組合1. 0. 1，所述光 導(dǎo)發(fā)射器17、 14和相應(yīng)的光導(dǎo)接收器19、 23此時(shí)被激活；機(jī)電變換器繞組段 2通過(guò)光導(dǎo)接收器19和23的開(kāi)關(guān)連接于電源。當(dāng)電動(dòng)機(jī)導(dǎo)通時(shí)，電源的電壓 開(kāi)始從零增至規(guī)定值。當(dāng)電壓值低于啟動(dòng)單元ll的規(guī)定觸發(fā)閾值時(shí)，即低于 IV時(shí)，則由逆變器6消耗的來(lái)自電源的電流值(I inv)可通過(guò)下面的公式計(jì)算得到-
1) I inv=3E inv/2Rsect (用于互連成三角形電路的段2、 3和4)
2) I inv=E inv/2Rsect (用于互連成星形電路的段2、 3和4)， 其中E inv是逆變器的電源電壓，
Rsect是一段電動(dòng)機(jī)繞組的電阻。
在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)開(kāi)始點(diǎn)，當(dāng)電源的電壓增長(zhǎng)尚未達(dá)到單元11的觸發(fā)閾值時(shí)，
感應(yīng)器5由于繞組2、 3和4的不斷增加的磁場(chǎng)的影響處于嚴(yán)格限定的角位置。
當(dāng)逆變器6的電源電壓到達(dá)單元11的觸發(fā)電壓值時(shí)，其第一輸出端由于鎖定
二極管27與比較器9斷開(kāi)，并借助雙極型晶體管25和電容器28 (圖2)在其
第二輸出端形成啟動(dòng)脈沖；此時(shí)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并且當(dāng)啟動(dòng)脈沖結(jié)束后，單元ll
由于鎖定晶體管25而與比較器10斷開(kāi)；電動(dòng)機(jī)由于反向EMF而進(jìn)入自同步模
式，該反向EMF —旦感應(yīng)器5轉(zhuǎn)動(dòng)即在電動(dòng)機(jī)繞組中被感應(yīng)出并借助三個(gè)比較
器8、 9和10從其三相繞組檢測(cè)出。當(dāng)單元7的輸入端1. 2. 3發(fā)送強(qiáng)制的初始
邏輯組合1. 0. 1并且電源的增長(zhǎng)電壓尚未達(dá)到單元11的觸發(fā)閾值時(shí)，由于感
應(yīng)器5的轉(zhuǎn)動(dòng)而在電動(dòng)機(jī)繞組中感應(yīng)出的反向EMF不為比較器8、 9和10所接
收。在啟動(dòng)脈沖之后，單元7的三個(gè)輸入端1.2.3處的強(qiáng)制的初始邏輯組合
1.0. l被強(qiáng)制的啟動(dòng)邏輯組合1.0.0所代替；光導(dǎo)發(fā)射器(0T) 14、 13以及相
應(yīng)光導(dǎo)接收器(OR) 19、 21被激活；另外機(jī)電變換器繞組段3連接于電源而不
是繞組段2，結(jié)果，磁場(chǎng)矢量轉(zhuǎn)過(guò)60度，且感應(yīng)器5加速以占據(jù)新的角位置；
因此，在電動(dòng)機(jī)的繞組處感應(yīng)出反向EMF。當(dāng)啟動(dòng)脈沖結(jié)束時(shí)，比較器8、 9
和IO開(kāi)始接收反向EMF，于是電動(dòng)機(jī)切換至自同步模式。此時(shí)可控制電動(dòng)機(jī)
其軸上的轉(zhuǎn)矩正比于其繞組中的電流值，而感應(yīng)器5的轉(zhuǎn)速正比于電源的電壓
值。光導(dǎo)發(fā)射器12、 13、 14、 15、 16和17以為逆變器6提供光隔離的方式電
氣互連并且還充當(dāng)光導(dǎo)解碼器，該光導(dǎo)解碼器使用逆變器6實(shí)現(xiàn)三相負(fù)載——
機(jī)電變換器l的繞組——的120度電壓換向的算法。在120度換向中，只有兩
個(gè)相在任何給定瞬間連接于電源，而第三相用來(lái)測(cè)量反向EMF。在自同步模式
中，比較器8、 9和10按照感應(yīng)器5的每一次轉(zhuǎn)動(dòng)在控制單元7的三個(gè)輸入端
1. 2. 3處連續(xù)地產(chǎn)生6代碼序列
1) (1.0.1) -0TC17.14)和 0R(23. 19)被激活，段2 ON<formula>formula see original document page 8</formula>
2)
3)
4)
5)
6)
(1.0.0) -0T(14. 13)和0R(19. 21)被激活，段3 ON
(1.1.0) -0T(13. 16)和0R(21.20)被激活，段4 ON
(0.1.0) - 0T(16. 15)和0R(20. 22)被激活，段2 ON
(0. 1. 1) - 0T(15. 12)和OR(22. 18)被激活，段3 ON
(0.0.1) -0T(12. 17)和0R(18. 23)被激活，段4 ON第一和第二代碼組合用來(lái)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。 一般來(lái)說(shuō)，任意兩個(gè)相鄰代碼組合可用來(lái)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。第三、第四、第五和第六代碼組合用來(lái)在電動(dòng)機(jī)工作于自同步條件期間在電動(dòng)機(jī)繞組側(cè)自動(dòng)產(chǎn)生三相電壓。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明使用簡(jiǎn)單的裝置以明顯提高無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的可靠性和工作穩(wěn)定性，并減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
在申請(qǐng)人看來(lái)，這能夠推斷出本發(fā)明符合"工業(yè)實(shí)用性"(IA)的標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)連接于電源并包括具有三段繞組和永磁體感應(yīng)器的機(jī)電變換器、逆變器、控制單元和三個(gè)比較器(第一、第二和第三)，其中所述機(jī)電變換器的各段繞組的端子分別連接于逆變器的第一、第二和第三輸出端，并分別連接于第一、第二和第三比較器的第一輸入端，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)還包括電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)單元，其中所述控制單元包括六個(gè)帶光輸出的光導(dǎo)發(fā)射器，而逆變器包括六個(gè)光導(dǎo)接收器，所述接收器的光輸入端借助光耦合連接于控制單元的所述光導(dǎo)發(fā)射器的相應(yīng)光輸出端，且其中第一、第二和第三比較器的輸出端分別連接于控制單元的第一、第二和第三輸入端，而逆變器的第七功率輸入端連接于電源并連接于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)單元的輸入端，所述啟動(dòng)單元的第一輸出端連接于第二比較器的第三輸入端，其第二輸出端連接于第三比較器的第三輸入端，其中所有比較器的第二輸入端彼此互連。
全文摘要
本發(fā)明涉及電機(jī)工程并尤其用于牙科設(shè)備機(jī)構(gòu)的電力驅(qū)動(dòng)。所述發(fā)明能夠增加交流逆變進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的操作穩(wěn)定性和可靠性并減少其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。由具有三段繞組的機(jī)電變換器、永磁體感應(yīng)器、逆變器、控制單元和三個(gè)比較器構(gòu)成的交流逆變進(jìn)給電動(dòng)機(jī)進(jìn)一步設(shè)有電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)單元?？刂茊卧且环N形式解碼器，該解碼器基于六個(gè)帶光學(xué)端口的與逆變器的相應(yīng)光導(dǎo)接收器光耦合的光導(dǎo)發(fā)射器。比較器的輸出連接于控制單元輸入。逆變器的功率輸入連接于供電單元和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)單元的輸入。啟動(dòng)單元的第一輸出連接于第二比較器的第三輸入而其第二輸出連接于第三比較器的第三輸入。所有比較器的第二輸入連接在兩者之間。
文檔編號(hào)H02P6/18GK101689823SQ200880001768
公開(kāi)日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者奧列格·安娜托列維奇·巴格萊依夫, 維克托·亞歷克斯維奇·布里茲加洛夫 申請(qǐng)人:奧列格·安娜托列維奇·巴格萊依夫