專利名稱：用于五相無(wú)刷直流電機(jī)的控制電路的制作方法
本申請(qǐng)包括縮微膠片附件，具有一個(gè)膠片，35幀。
本專利文件披露的部分包含有受版權(quán)保護(hù)的內(nèi)容，版權(quán)所有者不反對(duì)為專利公開(kāi)而進(jìn)行的復(fù)制，如出現(xiàn)在在專利商標(biāo)局專利文件或記錄中，然而除此之外保留所有版權(quán)。
本發(fā)明一般涉及無(wú)刷直流(DC)電機(jī)的控制系統(tǒng)，尤其涉及用于五相無(wú)刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，所述五相無(wú)刷直流電機(jī)包括具有五個(gè)繞組的定子，所述繞組適用于響應(yīng)被安裝而相對(duì)于所述繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行電子換向。
無(wú)刷直流電機(jī)也叫自同步電機(jī)或電子換向電機(jī)，其被用于許多應(yīng)用中，其中包括陸地上的交通工具和宇航應(yīng)用。例如，無(wú)刷直流電機(jī)被用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻以及加熱、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)設(shè)備中。
無(wú)刷直流電機(jī)一般包括用繞組或線圈纏繞的定子，以及具有轉(zhuǎn)子安裝的永磁體的轉(zhuǎn)子。在被稱為換向的過(guò)程中，電子控制系統(tǒng)或電子電路在正確的時(shí)刻使合適的定子繞組中的電流轉(zhuǎn)換或換向?？刂葡到y(tǒng)按照實(shí)時(shí)時(shí)間響應(yīng)檢測(cè)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置，從而對(duì)控制通過(guò)繞組的電流的電子開(kāi)關(guān)例如晶體管產(chǎn)生控制信號(hào)的協(xié)調(diào)的指令序列。通過(guò)每個(gè)繞組的電流產(chǎn)生引起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的磁通。在繞組之間電流按順序轉(zhuǎn)換產(chǎn)生以同步方式定向的磁通，該磁通在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并且使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。響應(yīng)轉(zhuǎn)子的檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)位置而產(chǎn)生的控制信號(hào)序列使得在轉(zhuǎn)子上的磁體位置和在定子上的繞組之間維持所需的關(guān)系。
在多相無(wú)刷直流電機(jī)中，每個(gè)激勵(lì)的繞組在相角和轉(zhuǎn)矩之間形成正弦關(guān)系，它和其它繞組異相。例如，在典型的三相無(wú)刷直流電機(jī)中，控制電路利用具有120度電角度的相位差的電壓激勵(lì)三個(gè)繞組。雖然三相電機(jī)由于其能夠提供平衡的功率輸出而得到廣泛地使用，但是三相電機(jī)噪聲大，并因?yàn)樗辛鹘?jīng)繞組的電流都流經(jīng)一個(gè)開(kāi)關(guān)例如晶體管而引起每個(gè)器件的大的功率消耗因而不適用于高溫環(huán)境。
可以使用各種技術(shù)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。已知的系統(tǒng)通常使用和電機(jī)軸相連的檢測(cè)器，用于檢測(cè)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角。一般地說(shuō)，這些檢測(cè)器包括霍耳檢測(cè)器，光學(xué)檢測(cè)器和分解器。然而，在電機(jī)中使用分立的的反饋檢測(cè)器可以給體積，成本，復(fù)雜性，功率消耗帶來(lái)不利影響，尤其是霍耳檢測(cè)器還影響電機(jī)的可靠性。
響應(yīng)和分立的檢測(cè)器有關(guān)的問(wèn)題，一些控制電路檢測(cè)當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)在繞組中產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)(EMF)電壓?？梢允褂梅措妱?dòng)勢(shì)大小和頻率信息確定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。然而，反電動(dòng)勢(shì)電壓信號(hào)一般不能在電機(jī)啟動(dòng)或開(kāi)始加速的期間用于控制，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子靜止或以低速旋轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)或者檢測(cè)不到。
在美國(guó)專利No.4,678,973中公開(kāi)了一種用于啟動(dòng)無(wú)檢測(cè)器無(wú)刷直流電機(jī)的電路。這種電路通過(guò)檢測(cè)在啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向來(lái)啟動(dòng)電機(jī)。如果轉(zhuǎn)子以正確的方向旋轉(zhuǎn)，電路就激勵(lì)繞組使得繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子以錯(cuò)誤的方向旋轉(zhuǎn)，則使激勵(lì)順序相反以便在再次試圖啟動(dòng)之前使轉(zhuǎn)子停止。然而，這種電路以硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且不能控制五相無(wú)刷直流電機(jī)的啟動(dòng)。
因而，需要提供一種用于五相無(wú)刷直流電機(jī)的控制電路。還需要提供一種用于啟動(dòng)五相無(wú)刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)借助于確定在啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，如果轉(zhuǎn)子以錯(cuò)誤方向旋轉(zhuǎn)，則激勵(lì)至少兩個(gè)繞組直到轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)基本停止，然后按照啟動(dòng)順序激勵(lì)多個(gè)繞組，從而使轉(zhuǎn)子按照正確方向轉(zhuǎn)動(dòng)。還需要提供一種多相無(wú)刷直流電機(jī)，其中同時(shí)激勵(lì)一個(gè)以上的繞組。
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)適用于由電壓源激勵(lì)的五相無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行電子換向的控制系統(tǒng)。所述電機(jī)包括具有適用于進(jìn)行電子換向的五個(gè)繞組的定子，和被安裝用于相對(duì)于所述繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。所述控制系統(tǒng)包括被構(gòu)成用于產(chǎn)生相應(yīng)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的信號(hào)的檢測(cè)電路，包括和繞組相連的開(kāi)關(guān)的電子換向電路，以及和檢測(cè)電路及換向電路相連的控制電路?？刂齐娐繁粯?gòu)成用于響應(yīng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置產(chǎn)生控制信號(hào)，并把控制信號(hào)提供給換向電路，其中換向電路響應(yīng)控制信號(hào)控制流經(jīng)繞組的電流的流動(dòng)。
本發(fā)明還涉及一種用于五相無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，所述電機(jī)具有五個(gè)繞組和被安裝用于相對(duì)于所述繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。所述繞組適用于由定時(shí)施加的在各個(gè)繞組中產(chǎn)生相電流的驅(qū)動(dòng)電壓激勵(lì)。所述驅(qū)動(dòng)電路包括被構(gòu)成用于產(chǎn)生關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的信號(hào)圖形的多個(gè)位置檢測(cè)器，和繞組相連的可進(jìn)行電氣控制的開(kāi)關(guān)，以及和位置檢測(cè)器及可控的開(kāi)關(guān)相連的電機(jī)控制器。電機(jī)控制器被構(gòu)成用于根據(jù)從位置檢測(cè)器收到的信號(hào)圖形產(chǎn)生換向控制信號(hào)，并把控制信號(hào)提供給可控的開(kāi)關(guān)，其中可控的開(kāi)關(guān)響應(yīng)控制信號(hào)控制流經(jīng)繞組的電流。
此外，本發(fā)明還涉及一種用于適用于由電壓源激勵(lì)的五相無(wú)刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)。所述電機(jī)包括具有適用于進(jìn)行電子換向的多個(gè)繞組的定子，和被安裝用于相對(duì)于所述繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。所述控制系統(tǒng)包括被構(gòu)成用于產(chǎn)生相應(yīng)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的信號(hào)的檢測(cè)電路，包括和繞組相連的開(kāi)關(guān)的電子換向電路，以及和檢測(cè)電路及換向電路相連的控制電路?？刂齐娐繁粯?gòu)成用于確定在啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并且如果轉(zhuǎn)子按錯(cuò)誤方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則激勵(lì)至少兩個(gè)繞組，并等待電機(jī)的運(yùn)動(dòng)基本上停止。然后所述控制電路被構(gòu)成用于按照啟動(dòng)順序激勵(lì)多個(gè)繞組，從而使轉(zhuǎn)子沿正確方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且，當(dāng)轉(zhuǎn)子沿正確方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，響應(yīng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置使繞組進(jìn)行電子換向。
本發(fā)明還涉及一種用于對(duì)適用于由電壓源激勵(lì)的五相無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行電子換向的控制系統(tǒng)。所述電機(jī)包括具有適用于進(jìn)行換向的多個(gè)繞組的定子，和被安裝用于相對(duì)于所述繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。所述控制系統(tǒng)包括被構(gòu)成用于產(chǎn)生相應(yīng)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的信號(hào)的檢測(cè)電路，包括和繞組相連的開(kāi)關(guān)的電子換向電路，以及和檢測(cè)電路及換向電路相連的控制電路?？刂齐娐繁粯?gòu)成用于響應(yīng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置而產(chǎn)生脈寬調(diào)制控制信號(hào)，并把控制信號(hào)提供給換向電路，其中換向電路通過(guò)基本上同時(shí)激勵(lì)至少兩個(gè)繞組來(lái)響應(yīng)控制信號(hào)。
由下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明可以更充分地理解本發(fā)明。附圖中相同的部件用相同的標(biāo)號(hào)表示，其中

圖1是五相單極無(wú)刷直流電機(jī)和用于對(duì)電機(jī)進(jìn)行電子換向的控制系統(tǒng)的方塊圖；圖2是圖1的電機(jī)控制器的方塊圖；圖3-圖7是由圖1的電機(jī)控制器執(zhí)行的主程序的示例的流程圖；圖8是由圖1的電機(jī)控制器執(zhí)行的加速/減速定時(shí)器中斷子程序的示例的流程圖；圖9是由圖1的電機(jī)控制器執(zhí)行的比較定時(shí)器中斷子程序的示例的流程圖；圖10是由圖1的電機(jī)控制器執(zhí)行的失速處理子程序的示例的流程圖；圖11是由圖1的電機(jī)控制器執(zhí)行的后運(yùn)行(afterrun)子程序的示例的流程圖；圖12A-12E是圖1所示的控制系統(tǒng)的示例的實(shí)施例的電路示意圖。
參見(jiàn)圖1，其中所示控制系統(tǒng)100用于無(wú)刷直流電機(jī)102的電子換向。控制系統(tǒng)100包括電機(jī)電源104，保護(hù)與轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路106，控制器電源108，電機(jī)控制器110和功率級(jí)112。電機(jī)102包括電機(jī)繞組114和電機(jī)轉(zhuǎn)子116?？刂葡到y(tǒng)100和電機(jī)102可以裝在一起或者分開(kāi)。此外，除去功率級(jí)112之外，控制系統(tǒng)100的元件可以與功率級(jí)112分開(kāi)封裝而把電機(jī)102和功率級(jí)112封裝在一起。
電機(jī)電源104通過(guò)電源線118和120接收來(lái)自電源(未示出)的直流電壓。一般地說(shuō)，電源是提供12V信號(hào)的電池。此外，電源可以是從對(duì)交流電壓源整流并濾波的電源調(diào)節(jié)電路輸出的直流電壓。和電源相連的線路濾波器122限制進(jìn)行的RFI發(fā)射。線路濾波器122可以包括無(wú)源LC濾波器網(wǎng)絡(luò)，其包括和電源引線118,120串聯(lián)連接的電感124和126,以及和電源引線118,120并聯(lián)連接的電容128和130。用于電抗器的平衡不平衡變換器或珠形扼流圈可以使封裝簡(jiǎn)化，因?yàn)楹蛡鹘y(tǒng)的棒狀扼流圈相比具有較高的電感/體積比。電機(jī)電源104可以包括用于限制電源電流脈動(dòng)的低值元件和電解電容器。來(lái)自電機(jī)電源104的被調(diào)整的直流電壓輸出132向控制系統(tǒng)100的其它元件以及電機(jī)102供電。在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)102的功率范圍為100-500W。
除去線路濾波器122之外，還可以提供其它用于抑制RFI的裝置。例如，輻射的RFI可以通過(guò)屏蔽控制系統(tǒng)100與/或整個(gè)或部分地使用屏蔽材料的電機(jī)繞組114來(lái)進(jìn)行抑制。此外，可以使來(lái)自控制系統(tǒng)100的輸入/輸出引線通過(guò)抑制噪聲的金屬孔眼。作為另一個(gè)例子，在如下所述的功率級(jí)112中使用的用于放大控制信號(hào)的MOSFET驅(qū)動(dòng)器芯片的電源端子之間設(shè)置薄膜電容器可以減少傳導(dǎo)的EMI發(fā)射。
電機(jī)電源104包括反向電壓保護(hù)電路134，用于阻止在反向電壓狀態(tài)期間(即當(dāng)在電源線118和120之間的電壓反向時(shí))電流通過(guò)控制系統(tǒng)100。反向電壓保護(hù)電路134包括開(kāi)關(guān)136和二極管138。開(kāi)關(guān)136一般是MOSFET晶體管，其只有控制極電壓為正時(shí)才通過(guò)電流。在反向電壓狀態(tài)期間，在MOSFET控制極上的電壓是負(fù)的，因而MOSFET不導(dǎo)通，借以阻止電流流過(guò)控制系統(tǒng)100因而保護(hù)其元件。開(kāi)關(guān)136可以包括多個(gè)并聯(lián)的MOSFET。此外，開(kāi)關(guān)136可以是肖特基二極管來(lái)代替MOSFET。不過(guò)，電機(jī)效率可能受到不利影響，這是因?yàn)樾ぬ鼗O管比MOSFET具有較大的正向電壓降。
電機(jī)電源104可以包括用于提供突然斷載保護(hù)的元件。例如利用壓敏電阻(圖12B中所示為RV1)保護(hù)控制系統(tǒng)100不受瞬變電壓的沖擊。壓敏電阻例如可以是CU2220K30AUTOG自放壓敏電阻。壓敏電阻的額定值的選擇決定電壓瞬變沖擊的截止電平。
檢測(cè)電路106包括用于檢測(cè)參數(shù)并且產(chǎn)生供電機(jī)控制器110用來(lái)保護(hù)控制系統(tǒng)100和電機(jī)102的信號(hào)的電路，如下所述。所述信號(hào)通過(guò)線路140提供給電機(jī)控制器110。過(guò)壓/欠壓電路根據(jù)調(diào)整的電壓輸出132產(chǎn)生信號(hào)。過(guò)流電路根據(jù)流過(guò)控制系統(tǒng)100的電流產(chǎn)生信號(hào)。此外，可以使用過(guò)溫電路根據(jù)檢測(cè)的溫度產(chǎn)生信號(hào)。在每種情況下，檢測(cè)的信號(hào)最好是定標(biāo)在電機(jī)控制器110內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器的電壓范圍內(nèi)的電壓的模擬電壓。如下所述，使用模擬信號(hào)可以使得利用軟件設(shè)置故障保護(hù)極限。不過(guò)，每個(gè)信號(hào)也可以是指示是否發(fā)生故障狀態(tài)的邏輯信號(hào)(例如0或5V)。電機(jī)控制器110可以查詢故障狀態(tài)，或者當(dāng)故障狀態(tài)發(fā)生時(shí)可以中斷。
在一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)壓/欠壓電路使用電壓分壓器由調(diào)整的電壓輸出132產(chǎn)生0-5V的模擬信號(hào)。過(guò)流電路通過(guò)檢測(cè)在圖12B中表示為R56的檢測(cè)電阻上的電壓降來(lái)產(chǎn)生0-5V的模擬信號(hào)。或者，過(guò)流電路可以檢測(cè)一般和電流成比例的RFI扼流圈126上的電壓降，并且可以檢測(cè)扼流圈126的溫度用來(lái)補(bǔ)償在硬件或軟件中檢測(cè)的電壓。作為另一種方案，過(guò)流電路可以檢測(cè)反向保護(hù)MOSFET 136上的電壓降或在功率級(jí)112內(nèi)開(kāi)關(guān)上的電壓降。如果使用過(guò)溫電路，則該電路最好使用齊納二極管，半導(dǎo)體溫度檢測(cè)器，RTD或反向保護(hù)MOSFET 136產(chǎn)生0-5V的模擬信號(hào)。如果使用MOSFET 136，則MOSFET 136的RDSon可以通過(guò)測(cè)量其上的電壓降來(lái)間接地測(cè)量。在每種情況下，電機(jī)控制器110把檢測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并把該數(shù)字值和門限值或范圍進(jìn)行比較，從而確定是否發(fā)生故障。如果發(fā)生故障，則電機(jī)控制器110調(diào)用如下所述的故障處理程序。
檢測(cè)電路106還包括用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子116的旋轉(zhuǎn)位置并產(chǎn)生和旋轉(zhuǎn)位置相應(yīng)的信號(hào)的電路。電機(jī)控制器110使用旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)來(lái)控制電機(jī)102的啟動(dòng)，換向和速度，并保護(hù)以防止失速或減速狀態(tài)。這些信號(hào)也通過(guò)導(dǎo)線140提供給電機(jī)控制器110。在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)102具有200-5000 rpm的運(yùn)行速度。
為了檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子116的旋轉(zhuǎn)位置，檢測(cè)電路106可以檢測(cè)來(lái)自和電機(jī)102的軸相連的光或磁檢測(cè)器的信號(hào)，從而檢測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)角度。光檢測(cè)器可以使用和電機(jī)軸機(jī)械相連的齒輪，以這樣的方式，例如用光開(kāi)關(guān)的遮斷代表正的或負(fù)的反電動(dòng)勢(shì)極性，光開(kāi)關(guān)的接通代表負(fù)的或正的反電動(dòng)勢(shì)極性，使得在電機(jī)繞組114中的反電動(dòng)勢(shì)和齒同步。可以用和光開(kāi)關(guān)相同的方式使用具有各自的磁輪的磁檢測(cè)器，或者從電機(jī)磁體本身獲得位置信息。檢測(cè)電路106也可以使用來(lái)自分解器或霍耳檢測(cè)器的信號(hào)。
檢測(cè)電路106也可以當(dāng)電機(jī)102轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)檢測(cè)在電機(jī)繞組114中產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓。反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)可以相互進(jìn)行比較，或和參考電壓進(jìn)行比較，參考電壓的大小可以是固定的，或者是根據(jù)電機(jī)速度或負(fù)載而變化的。電機(jī)控制器110根據(jù)反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)確定電機(jī)轉(zhuǎn)子116的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，來(lái)自五對(duì)繞組的反電動(dòng)勢(shì)被比較，從而產(chǎn)生五個(gè)離散的位置信號(hào)。
控制器電源108包括一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，其接收來(lái)自電機(jī)電源104的調(diào)整的電壓輸出132，并提供一個(gè)較低的電壓源供檢測(cè)電路106和電機(jī)控制器110使用。調(diào)節(jié)后的電壓一般為5V，并分別通過(guò)導(dǎo)線142和144送給檢測(cè)電路106和電機(jī)控制器110。
如上所述，電機(jī)控制器110接收來(lái)自檢測(cè)電路106的基于檢測(cè)的參數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)子116的旋轉(zhuǎn)位置的信號(hào)，并接收來(lái)自控制器電源108的穩(wěn)壓電源。電機(jī)控制器110還接收速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146。速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146被電機(jī)控制器110用來(lái)設(shè)置電機(jī)102的所需速度或參考速度。速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146可以是模擬電壓或電流，或者是來(lái)自串行或并行通信接口的數(shù)字信號(hào)。例如，速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146可以利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)傳遞給電機(jī)控制器110，并且可以是控制電機(jī)102的速度與工作時(shí)間的通信數(shù)據(jù)流的一部分。在HVAC應(yīng)用中，速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146可以由操作者控制的電子電路例如模擬電位器或具有鍵盤(pán)輸入裝置的數(shù)字電位器(未示出)產(chǎn)生。
電機(jī)控制器110產(chǎn)生用于電機(jī)繞組114的控制信號(hào)，這些控制信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線148施加于功率級(jí)112。功率級(jí)112放大邏輯電平控制信號(hào)并使用放大的信號(hào)使和電機(jī)繞組114相連的電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。在一個(gè)實(shí)施例中，電子開(kāi)關(guān)是和電機(jī)繞組114串聯(lián)連接的MOSFET功率晶體管，具有連接在電機(jī)的每個(gè)相的底部150的一個(gè)開(kāi)關(guān)，電機(jī)的每個(gè)相的頂部152和調(diào)整的電壓輸出132相連。當(dāng)開(kāi)關(guān)由來(lái)自電機(jī)控制器110的控制信號(hào)導(dǎo)通時(shí)，電流由電壓輸出132經(jīng)過(guò)各自的電機(jī)繞組114，經(jīng)過(guò)各自的開(kāi)關(guān)，然后通過(guò)公共返回路徑154返回。
電機(jī)控制器110提供音頻范圍以上(例如在20和40KHz之間)的脈寬調(diào)制(PWM)的控制信號(hào)。PWM信號(hào)的占空度可以在0-100％之間改變，這代表在0和最大速度之間的電機(jī)102的速度。PWM信號(hào)被多路復(fù)用，用于根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子116的旋轉(zhuǎn)位置控制不同的開(kāi)關(guān)。電機(jī)控制器110還能夠把速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎糜谑闺姍C(jī)繞組114換向的可變的持續(xù)時(shí)間塊(即換向塊)。這樣，電機(jī)控制器110通過(guò)改變控制信號(hào)的占空度和將控制信號(hào)多路傳輸給功率級(jí)112來(lái)控制電機(jī)102的啟動(dòng)，換向和速度。此外，電機(jī)控制器110可以使用線性控制來(lái)驅(qū)動(dòng)通過(guò)繞組114的電流。不過(guò)，使用PWM控制信號(hào)能夠使繞組中的功率消耗最小，因而更適用于高溫環(huán)境中。
電機(jī)控制器110還通過(guò)根據(jù)檢測(cè)的參數(shù)和轉(zhuǎn)子位置而修改控制信號(hào)來(lái)提供對(duì)電機(jī)繞組114以及功率級(jí)112內(nèi)的開(kāi)關(guān)的保護(hù)，如下所述。
電機(jī)102包括電機(jī)繞組114和電機(jī)轉(zhuǎn)子116。五相無(wú)刷直流電機(jī)包括繞有5個(gè)繞組114的定子。電機(jī)轉(zhuǎn)子116以可以相對(duì)于繞組114旋轉(zhuǎn)的方式安裝。圖1所示的電機(jī)102是一種單極電機(jī)，其包括產(chǎn)生一個(gè)北極156和一個(gè)南極158的永磁體。不過(guò)，電機(jī)102也可以包括一對(duì)以上的極。
參見(jiàn)圖2，電機(jī)控制器110可以是模擬的，數(shù)字的或者模擬和數(shù)字相結(jié)合的電路。在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)控制器110包括和時(shí)鐘202相連的微處理器或微控制器200，非易失性存儲(chǔ)器204，例如只讀存儲(chǔ)器(ROM)，用于存儲(chǔ)由微處理器200執(zhí)行的程序指令，易失性存儲(chǔ)器206，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)208，和數(shù)字輸入/輸出接口210。微控制器200可以是具有內(nèi)裝存儲(chǔ)器的80517微控制器。此外，非易失性存儲(chǔ)器204可以是EPROM,EEPROM，或在微處理器200外部的快閃存儲(chǔ)器，易失存儲(chǔ)器206可以是外部的RAM器件。使用快閃與/或EEPROM作為非易失存儲(chǔ)器204使得用戶能夠利用軟件修改或按要求規(guī)定電機(jī)102的性能，故障處理和通信接口。非易失存儲(chǔ)器204也可以包括在電機(jī)102的生產(chǎn)期間利用考慮電機(jī)與電機(jī)的偏差和特殊用戶要求的的數(shù)據(jù)編程的單獨(dú)的快閃或EEPROM存儲(chǔ)器。
A/D轉(zhuǎn)換器208接收來(lái)自過(guò)電壓/欠電壓電路、過(guò)流電路、過(guò)溫電路(如果使用的話)和速度調(diào)整點(diǎn)接口(如果是模擬的)的模擬電壓信號(hào)，如上所述。數(shù)字輸入/輸出接口210接收來(lái)自檢測(cè)電路106的電機(jī)轉(zhuǎn)子116的位置信號(hào)，并向功率級(jí)112的MOSFET驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)。
電機(jī)控制器110還可以包括模擬或數(shù)字接口，例如RS-232串行接口，用于和外部設(shè)備例如ECU通信。通過(guò)使用這種接口，電機(jī)控制器110可以接收來(lái)自外部裝置的控制參數(shù)(例如速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146)并向外部設(shè)備發(fā)送操作參數(shù)和性能數(shù)據(jù)(例如速度或溫度)以及診斷數(shù)據(jù)(例如故障)。這種接口也可以用于調(diào)整目的和下載程序信息。
在最佳實(shí)施例中，電機(jī)控制器110包括接收來(lái)自ECU的PWM信號(hào)的PWM接口。在正常操作期間，ECU向電機(jī)控制器110發(fā)送300Hz的PWM信號(hào)，它具有代表速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146的占空度。ECU還可以通過(guò)把PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換為在車輛停止?fàn)顟B(tài)下的10Hz信號(hào)命令電機(jī)控制器110轉(zhuǎn)換為操作的后運(yùn)行方式。在后運(yùn)行方式中，電機(jī)控制器110使電機(jī)102運(yùn)行一段時(shí)間間隔，用于在車輛停止之后冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)室，借以防止過(guò)量的熱積聚。PWM信號(hào)的占空度設(shè)置這一持續(xù)時(shí)間和電機(jī)102的速度。
參見(jiàn)圖3到圖7，其中示例的流程圖表示由電機(jī)控制器110在電機(jī)102的操作期間執(zhí)行的主程序。所示的邏輯假定控制系統(tǒng)100包括檢測(cè)電路106，其檢測(cè)在電機(jī)繞組114中產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓，從而確定轉(zhuǎn)子116的旋轉(zhuǎn)位置，并且電機(jī)控制器110接收來(lái)自外部設(shè)備例如ECU的PWM指令信號(hào)。所示的流程圖可以改變?yōu)檫m合于本發(fā)明的其它實(shí)施例的形式。
在步300和302，當(dāng)電源加于控制系統(tǒng)100時(shí)，例如汽車點(diǎn)火被接通時(shí)，電機(jī)控制器110執(zhí)行初始化邏輯。在步304和306，電機(jī)控制器110檢查速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146，并且如果調(diào)整點(diǎn)不在預(yù)定的范圍內(nèi)則禁止電機(jī)102啟動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，提供速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)的PWM信號(hào)具有在10％和90％之間的占空度范圍。在步308，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)由過(guò)壓/欠壓電路檢測(cè)的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化來(lái)檢查電池電壓。當(dāng)檢測(cè)的電壓超過(guò)一個(gè)上限時(shí)，檢測(cè)到過(guò)電壓狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)的電壓小于一個(gè)下限時(shí)，檢測(cè)到欠電壓狀態(tài)。范圍限制可以由用戶在軟件中規(guī)定，在最佳實(shí)施例中被設(shè)置為大約9和16V。這些限制和一般12V的電池電壓以及8和19V之間的操作范圍相匹配。如果電壓值是不能接受的，則禁止啟動(dòng)。
在步310，電機(jī)控制器110通過(guò)檢查來(lái)自檢測(cè)電路106的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)檢查轉(zhuǎn)子116的旋轉(zhuǎn)方向。如果當(dāng)加上電源時(shí)轉(zhuǎn)子116是靜止的或是沿錯(cuò)誤方向運(yùn)動(dòng)的，則系統(tǒng)使電機(jī)102制動(dòng)，并把轉(zhuǎn)子116移動(dòng)到一個(gè)固定位置，如步314到330所示。在最佳實(shí)施例中，電機(jī)控制器110在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)激勵(lì)電機(jī)102的一個(gè)繞組(例如A相)然后激勵(lì)兩個(gè)繞組(例如A相和B相)，直到轉(zhuǎn)子116處于固定位置為止。在步324到330的制動(dòng)程序期間施加于繞組的電流被調(diào)整一個(gè)調(diào)整點(diǎn)的值。在運(yùn)動(dòng)停止之后，或者在相A和相B被激勵(lì)一個(gè)時(shí)間間隔之后，電機(jī)控制器110在步332執(zhí)行啟動(dòng)程序。
參看圖5和圖6所示的步332到362，電機(jī)控制器110按照開(kāi)環(huán)啟動(dòng)程序按順序控制繞組114，從而使轉(zhuǎn)子116沿正確方向旋轉(zhuǎn)并保持足以產(chǎn)生可檢測(cè)的反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的速度。在一個(gè)實(shí)施例中，啟動(dòng)程序按4步激勵(lì)繞組114。首先，激勵(lì)E相，直到由檢測(cè)器E檢測(cè)到下降沿信號(hào)(圖12A到12E示出了繞組114和檢測(cè)器106是如何編號(hào)的)。第二，激勵(lì)D相，直到由檢測(cè)器D檢測(cè)到下降沿信號(hào)。第三，激勵(lì)C相，直到由檢測(cè)器C檢測(cè)到下降沿信號(hào)。第四，在步346降低電流之后，C相和D相被激勵(lì)一個(gè)時(shí)間間隔。在此之后，轉(zhuǎn)子116應(yīng)當(dāng)以足以使檢測(cè)電路106檢測(cè)到適用于閉環(huán)控制的反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的速度沿正確方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如步352到362所示，施加于電機(jī)繞組114的電流在啟動(dòng)程序的前三步中被限制到調(diào)整點(diǎn)的值，以便防止破壞繞組114與/或功率級(jí)112。
如圖6步364所示，一旦轉(zhuǎn)子116沿正確方向轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)控制器110便根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置使電機(jī)繞組114換向。電機(jī)控制器110根據(jù)從位置檢測(cè)器接收的二進(jìn)制圖形產(chǎn)生使電機(jī)繞組114換向的PWM控制信號(hào)。為了得到更多的關(guān)于換向算法的信息，請(qǐng)參看縮微膠片附件中的軟件表。
在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)電機(jī)繞組114被同時(shí)換向，此時(shí)兩個(gè)電機(jī)繞組基本上被同時(shí)接通和斷開(kāi)。使用多個(gè)開(kāi)關(guān)(例如晶體管，繼電器，SCR等)激勵(lì)多個(gè)繞組可以通過(guò)提供總電流的并聯(lián)路徑來(lái)減少通過(guò)每個(gè)開(kāi)關(guān)的電流。例如，如果兩相被激勵(lì)，則控制流經(jīng)繞組的電流的兩個(gè)開(kāi)關(guān)的每一個(gè)通過(guò)的電流為總電流的一半。和一次只激勵(lì)一個(gè)繞組的系統(tǒng)相比，每個(gè)開(kāi)關(guān)消耗的功率較小，因而運(yùn)行溫度較低，這是因?yàn)槊總€(gè)開(kāi)關(guān)只通過(guò)總電流的一部分。減小通過(guò)每個(gè)開(kāi)關(guān)的電流以及使用PWM驅(qū)動(dòng)器，使得繞組114的功率消耗最小，使得電機(jī)102可以在高溫環(huán)境中可靠地工作。
當(dāng)流經(jīng)繞組的電流被切斷時(shí)，在繞組中存儲(chǔ)的電感能量被釋放。因而，同時(shí)接通和斷開(kāi)兩個(gè)繞組可以引起在切斷期間釋放大的能量。在線圈截止期間能量的釋放可以通過(guò)使用交流斬波而被減小。交流斬波在一段時(shí)間內(nèi)分配從兩個(gè)繞組釋放的能量，因而使能量釋放的幅值較小，借以減少傳導(dǎo)的和輻射的噪聲發(fā)射。
有源阻尼而不是無(wú)源阻尼可以用來(lái)傳導(dǎo)在截止期間在繞組中存儲(chǔ)的能量，使其快速而高效率地返回正軌跡。使用有源阻尼可以抑制在截止期間的寄生振蕩和減幅振蕩，使導(dǎo)通的M0SFET漏極上的電壓為最小，從而阻止器件的雪崩擊穿。如果在MOSFET中存儲(chǔ)的能量被快速地向正軌跡釋放，則在線圈中存儲(chǔ)的能量不會(huì)使阻尼器電路發(fā)熱，因而可以減少電機(jī)內(nèi)部的溫升。
此外，可以使用平面阻尼器電路而不使用離散元件的阻尼器。平面阻尼器使其電阻和電容沿其電路的長(zhǎng)度和寬度分布，并具有較小的封裝尺寸和較低的輻射的RFI。
在步366，電機(jī)控制器110確定PWM輸入信號(hào)的頻率是否表示在命令執(zhí)行后運(yùn)行方式時(shí)的頻率。300Hz的頻率表示正常方式，10Hz的頻率表示后運(yùn)行方式。如果命令執(zhí)行后運(yùn)行方式，則在步368設(shè)置后運(yùn)行方式位，并且電機(jī)控制器110在步370跳到后運(yùn)行邏輯(下面參照?qǐng)D11說(shuō)明)。
在步372，電機(jī)控制器110檢測(cè)速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146是否發(fā)生改變。如果是，則系統(tǒng)在步374設(shè)置加速/減速計(jì)時(shí)器，并等待中斷。如果不是，則系統(tǒng)在步376計(jì)算速度和換向延遲。
參看圖7所示的步378到388，電機(jī)控制器110監(jiān)測(cè)電池電壓和速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146。如果電池電壓不在范圍內(nèi)，或者如果速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146在最小值以下(例如占空度小于10％)，則通過(guò)切斷供給功率級(jí)112的控制信號(hào)來(lái)禁止電機(jī)102運(yùn)行。電機(jī)102保持禁止?fàn)顟B(tài)并繼續(xù)停機(jī)直到電壓或速度故障消失，此時(shí)，系統(tǒng)重新啟動(dòng)。
在步390，系統(tǒng)通過(guò)轉(zhuǎn)換由上述的過(guò)流電路產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)檢測(cè)流經(jīng)控制系統(tǒng)100的電流。如果該電流超過(guò)由用戶在軟件中規(guī)定的一個(gè)門限(例如33A)，則在步392通過(guò)減小PWM控制信號(hào)的占空度使施加于電機(jī)102的電流被限制。也可以根據(jù)來(lái)自過(guò)壓/欠壓電路的反饋來(lái)限制電流。這樣，電池電壓和負(fù)載的變化便被考慮進(jìn)去。例如，流經(jīng)電機(jī)繞組114的電流可以被限制為較高的電壓，從而確保在電壓調(diào)節(jié)器故障的情況下可以利用除霜功能。然后，在步364重復(fù)上述邏輯。
電機(jī)控制器也可以被構(gòu)成用于通過(guò)轉(zhuǎn)換由過(guò)溫電路產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)檢測(cè)過(guò)溫狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)的溫度超過(guò)用戶規(guī)定的門限溫度時(shí)，則存在過(guò)溫狀態(tài)。對(duì)于不同的功率值可以規(guī)定不同的門限溫度。當(dāng)檢測(cè)到過(guò)溫狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該限制控制信號(hào)的脈沖寬度，使得電機(jī)102工作在較低的速度。例如，如果高的環(huán)境溫度引起過(guò)溫狀態(tài)，并且電機(jī)102正在帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，則電機(jī)102不應(yīng)該完全斷電，以便繼續(xù)提供冷卻氣流而防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱。在溫度下降為門限值以前不應(yīng)該恢復(fù)所需的全部電機(jī)速度和功率。
參看圖8，如果在步374響應(yīng)速度調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146的改變而設(shè)置加速/減速計(jì)時(shí)器而所述的改變尚未實(shí)現(xiàn)時(shí)，電機(jī)控制器110執(zhí)行加速/減速計(jì)時(shí)器中斷程序，以便改變電機(jī)102的速度。步400到406以預(yù)定的速率改變PWM的占空度，直到達(dá)到所需的占空度為止。占空度改變的速率被在軟件中設(shè)置，用于控制電機(jī)102的加速和減速的速率。一旦PWM的占空度改變完成，則在步408停止加速/減速計(jì)時(shí)器，并且邏輯返回。
系統(tǒng)可以通過(guò)比較由測(cè)量轉(zhuǎn)子116的連續(xù)旋轉(zhuǎn)位置之間的時(shí)間而確定的轉(zhuǎn)子116的實(shí)際速度和從調(diào)整點(diǎn)信號(hào)146得到的所需速度來(lái)設(shè)置電機(jī)102的速度?？刂菩盘?hào)的占空度被改變，以便提供閉環(huán)的速度控制?？梢允褂酶鞣N算法以閉環(huán)方式控制速度，例如比例-積分-微分(PID)或模糊邏輯。閉環(huán)速度控制可以在不同條件下保證電機(jī)的性能，例如電池電壓改變時(shí)。
參看圖9，電機(jī)控制器110在步410執(zhí)行比較計(jì)時(shí)器中斷程序。在步412，讀新的轉(zhuǎn)子位置。在步414和416，如果新的狀態(tài)不等于舊的狀態(tài)，則開(kāi)始換向延遲。在步418和420，電機(jī)控制器110在換向延遲經(jīng)過(guò)之后加載新的轉(zhuǎn)子位置。在步422，利用占空度信息加載比較通道寄存器。在步424到428，如果某個(gè)位置已經(jīng)達(dá)到(例如位置5)而速度尚未讀出則讀出速度。進(jìn)一步細(xì)節(jié)可從程序表中看到。
參見(jiàn)圖10，在步430系統(tǒng)檢測(cè)失速或減速狀態(tài)。在應(yīng)該實(shí)施例中，電機(jī)控制器110每當(dāng)檢測(cè)到不同的轉(zhuǎn)子位置時(shí)則啟動(dòng)計(jì)時(shí)器或積分器。如果轉(zhuǎn)子位置在一個(gè)大于在正常操作條件下以最低的運(yùn)行速度(例如32rpm)改變位置所需的時(shí)間的時(shí)間保持相同，則檢測(cè)到失速/減速故障。此外，電機(jī)控制器110可以每當(dāng)轉(zhuǎn)子116轉(zhuǎn)過(guò)一周啟動(dòng)一次計(jì)時(shí)器或積分器。如果轉(zhuǎn)子116在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到相同的位置，則重置計(jì)時(shí)器或積分器。不過(guò)，如果計(jì)時(shí)器時(shí)間到或者積分器輸出信號(hào)達(dá)到一個(gè)門限值，則檢測(cè)到故障狀態(tài)。電機(jī)控制器110也可以通過(guò)根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的時(shí)間導(dǎo)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)子116的速度，并且比較該速度和用戶規(guī)定的失速/減速速度值來(lái)檢測(cè)失速/減速狀態(tài)。在另一種方案中，系統(tǒng)可以根據(jù)檢測(cè)的電流的超過(guò)的值來(lái)檢測(cè)失速。不過(guò)，電流檢測(cè)可能是不理想的，因?yàn)槿绻姍C(jī)102在很低的速度下失速可能不會(huì)發(fā)生過(guò)量的失速電流。
在步434，如果檢測(cè)到失速或減速狀態(tài)，則切斷電機(jī)102的電源，以便在轉(zhuǎn)子116的轉(zhuǎn)動(dòng)有障礙時(shí)保護(hù)電機(jī)102和功率級(jí)112。如步436到步442所示，電機(jī)控制器110在檢測(cè)到失速之后試圖重新啟動(dòng)電機(jī)102。系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)的失速的數(shù)量在再啟動(dòng)嘗試之間等待一個(gè)預(yù)定的時(shí)間量。如步444到448所示，一旦檢測(cè)到一個(gè)預(yù)定的失速數(shù)，系統(tǒng)就設(shè)置診斷錯(cuò)誤位，延遲一個(gè)時(shí)間間隔，清除失速計(jì)數(shù)器并重新啟動(dòng)電機(jī)102。此外，在檢測(cè)到失速狀態(tài)時(shí)，電機(jī)控制器10可以禁止使用電機(jī)102，并等待按周期改變的電源(例如通過(guò)使觸發(fā)截止而后再接通)，以便重新啟動(dòng)系統(tǒng)。
參見(jiàn)圖11，電機(jī)控制器110在收到后運(yùn)行指令時(shí)則執(zhí)行后運(yùn)行方式。在步452，電機(jī)控制器110確定輸入的PWM的占空度。如果占空度是15％，則在步454系統(tǒng)設(shè)置電機(jī)102的控制信號(hào)的所需的PWM占空度(最大為35％)，在步456啟動(dòng)加速/減速計(jì)時(shí)器，并在步458和460以所需的速度控制電機(jī)102，直到后運(yùn)行時(shí)間過(guò)去或要求正常速度控制時(shí)為止。對(duì)于不同的占空度值重復(fù)執(zhí)行步452到460。
參看圖12A到12E，其中的電路原理圖表示被用于控制五相無(wú)刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)100的一個(gè)示例的實(shí)施例。所示的集成電路包括TLE4262G電壓調(diào)節(jié)器(U1),MC4423 MOSFET驅(qū)動(dòng)器(U2-U4),LM2904放大器(U5)，包括內(nèi)存儲(chǔ)器的80517微控制器(U6),LM2901比較器(U9,U10),74HC193計(jì)數(shù)器(U11-U14)，以及MC3456雙計(jì)時(shí)器(U15)。標(biāo)號(hào)U7和U8未被使用。反向電壓保護(hù)和相驅(qū)動(dòng)器MOSFET是BUZ342(Q1-Q7)。這些元件的連接如圖12A到12E所示。
此外，由圖12A-12E所示的各個(gè)元件完成的功能可以由一片集成電路完成。例如，微處理器U6，計(jì)數(shù)器U11-U14，和雙計(jì)時(shí)器U15可被組合在一片集成電路中，借以增加可靠性和降低成本。
雖然在附圖和以上的說(shuō)明中說(shuō)明的實(shí)施例目前是最佳的，但是應(yīng)該理解，這些實(shí)施例只是以舉例的方式提供的。例如，上述的故障處理程序根據(jù)用戶要求可以完成其它功能。作為另一個(gè)例子，雖然上面的說(shuō)明是參照用于驅(qū)動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行的，但是這種電機(jī)可以用于其它的應(yīng)用中，例如用于HVAC設(shè)備中。本發(fā)明不限制于任何特定的實(shí)施例，而是包括落在所附權(quán)利要求之內(nèi)的各種改型。
權(quán)利要求
1一種用于對(duì)適用于由電壓源激勵(lì)的五相無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行電子換向的控制系統(tǒng)，所述電機(jī)包括具有適用于進(jìn)行電子換向的五個(gè)繞組的定子，和被安裝用于相對(duì)于所述繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，所述控制系統(tǒng)包括被構(gòu)成用于產(chǎn)生相應(yīng)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的信號(hào)的檢測(cè)電路；包括和繞組相連的開(kāi)關(guān)的電子換向電路；以及和檢測(cè)電路及換向電路相連的控制電路，所述控制電路被構(gòu)成用于響應(yīng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置產(chǎn)生控制信號(hào)，并把控制信號(hào)提供給換向電路，其中換向電路響應(yīng)控制信號(hào)控制流經(jīng)繞組的電流的流動(dòng)。
2如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中檢測(cè)電路根據(jù)在繞組中的反電動(dòng)勢(shì)電壓檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。
3如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中檢測(cè)電路對(duì)繞組中的反電動(dòng)勢(shì)電壓相互比較，以便檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。
4如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中檢測(cè)電路包括5個(gè)比較器，用于比較在5對(duì)繞組中的反電動(dòng)勢(shì)電壓。
5如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中檢測(cè)電路比較繞組中的反電動(dòng)勢(shì)電壓和參考電壓，以便檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。
6如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中檢測(cè)電路根據(jù)來(lái)自至少一個(gè)檢測(cè)器的信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。
7如權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)檢測(cè)器是和電機(jī)軸相連的光檢測(cè)器。
8如權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)檢測(cè)器是和電機(jī)軸相連的磁檢測(cè)器。
9如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中控制電路在啟動(dòng)時(shí)確定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，如果轉(zhuǎn)子沿錯(cuò)誤方向旋轉(zhuǎn)，則激勵(lì)預(yù)先選定的繞組，并等待轉(zhuǎn)子基本上停止運(yùn)動(dòng)，然后，按照啟動(dòng)程序激勵(lì)電機(jī)的繞組，使得轉(zhuǎn)子沿正確方向旋轉(zhuǎn)，并且，當(dāng)轉(zhuǎn)子沿正確方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，響應(yīng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置對(duì)繞組進(jìn)行電子換向。
10如權(quán)利要求9所述的控制系統(tǒng)，其中在電機(jī)啟動(dòng)期間通過(guò)繞組的電流被限制。
11如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中檢測(cè)電路產(chǎn)生關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的信號(hào)的圖形，并且控制電路根據(jù)從檢測(cè)電路收到的信號(hào)的圖形對(duì)繞組進(jìn)行換向。
12如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，還包括速度參考輸入信號(hào)，其中控制電路根據(jù)速度參考輸入信號(hào)和由轉(zhuǎn)子位置的時(shí)間導(dǎo)數(shù)而確定的轉(zhuǎn)子的速度之間的比較來(lái)修正控制信號(hào)。
13如權(quán)利要求12所述的控制系統(tǒng)，其中控制信號(hào)是脈寬調(diào)制信號(hào)，并且通過(guò)改變控制信號(hào)的占空度來(lái)改變電機(jī)的速度。
14如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中控制電路包括可編程控制器。
15一種用于五相無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，所述電機(jī)具有五個(gè)繞組和被安裝用于相對(duì)于所述繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，所述繞組適用于通過(guò)定時(shí)施加用于在各個(gè)繞組中產(chǎn)生相電流的驅(qū)動(dòng)電壓而被激勵(lì)，所述驅(qū)動(dòng)電路包括被構(gòu)成用于產(chǎn)生關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的信號(hào)的圖形的多個(gè)位置檢測(cè)器；和繞組相連的可被電氣控制的開(kāi)關(guān)；以及和位置檢測(cè)器及可控的開(kāi)關(guān)相連的電機(jī)控制器，電機(jī)控制器被構(gòu)成用于根據(jù)從位置檢測(cè)器收到的信號(hào)的圖形產(chǎn)生換向控制信號(hào)，并把控制信號(hào)提供給可控的開(kāi)關(guān)，其中可控的開(kāi)關(guān)響應(yīng)控制信號(hào)控制流經(jīng)繞組的電流的流動(dòng)。
16如權(quán)利要求15所述的驅(qū)動(dòng)電路，其中定時(shí)施加的電壓在繞組中產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)電壓，并且位置檢測(cè)器檢測(cè)所述反電動(dòng)勢(shì)電壓。
17如權(quán)利要求15所述的驅(qū)動(dòng)電路，還包括速度參考輸入信號(hào)，其中電機(jī)控制器根據(jù)速度參考輸入信號(hào)和從轉(zhuǎn)子位置的時(shí)間導(dǎo)數(shù)而確定的電機(jī)的速度之間的比較來(lái)修改控制信號(hào)。
18一種用于適用于由電壓源激勵(lì)的無(wú)刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，所述電機(jī)包括具有適用于進(jìn)行電子換向的多個(gè)繞組的定子，和被安裝用于相對(duì)于所述繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，所述控制系統(tǒng)包括被構(gòu)成用于產(chǎn)生相應(yīng)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的信號(hào)的檢測(cè)電路；包括和繞組相連的開(kāi)關(guān)的電子換向電路；以及和檢測(cè)電路及換向電路相連的控制電路，控制電路被構(gòu)成用于確定在啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并且如果轉(zhuǎn)子按錯(cuò)誤方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則激勵(lì)至少兩個(gè)繞組，并等待電機(jī)的運(yùn)動(dòng)基本上停止，然后按照啟動(dòng)程序激勵(lì)多個(gè)繞組，從而使轉(zhuǎn)子沿正確方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且，當(dāng)轉(zhuǎn)子沿正確方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，響應(yīng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置使繞組進(jìn)行電子換向。
19如權(quán)利要求18所述的控制系統(tǒng)，其中電機(jī)具有5個(gè)繞組。
20如權(quán)利要求18所述的控制系統(tǒng)，其中控制信號(hào)是脈寬調(diào)制信號(hào)。
21如權(quán)利要求18所述的控制系統(tǒng)，其中控制電路包括可編程控制器。
22如權(quán)利要求18所述的控制系統(tǒng)，其中通過(guò)繞組的電流在電機(jī)的啟動(dòng)期間被限制。
23一種用于對(duì)適用于由電壓源激勵(lì)的無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行電子換向的控制系統(tǒng)，所述電機(jī)包括具有適用于進(jìn)行換向的多個(gè)繞組的定子，和被安裝用于相對(duì)于所述繞組旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，所述控制系統(tǒng)包括被構(gòu)成用于產(chǎn)生相應(yīng)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的信號(hào)的檢測(cè)電路；包括和繞組相連的開(kāi)關(guān)的電子換向電路；以及和檢測(cè)電路及換向電路相連的控制電路，控制電路被構(gòu)成用于響應(yīng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置而產(chǎn)生脈寬調(diào)制控制信號(hào)，并把控制信號(hào)提供給換向電路，其中換向電路通過(guò)基本上同時(shí)激勵(lì)至少兩個(gè)繞組來(lái)響應(yīng)控制信號(hào)。
24如權(quán)利要求23所述的控制系統(tǒng)，其中通過(guò)激勵(lì)的繞組的電流在至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)之間分流。
25如權(quán)利要求23所述的控制系統(tǒng)，其中所述至少兩個(gè)基本上同時(shí)激勵(lì)的繞組經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間間隔之后被解除激勵(lì)。
全文摘要
一種用于五相無(wú)刷直流電機(jī)(102)的控制系統(tǒng)(100),所述電機(jī)包括具有5個(gè)繞組的定子和被安裝用于相對(duì)于所述繞組(114)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(116)。繞組(114)適用于響應(yīng)轉(zhuǎn)子(116)的旋轉(zhuǎn)位置而被電子換向?？刂葡到y(tǒng)(100)包括檢測(cè)電路(106),用于使用光檢測(cè)器或磁檢測(cè)器或者檢測(cè)繞組(114)中的反電動(dòng)勢(shì)電壓來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子(116)的旋轉(zhuǎn)位置。電子開(kāi)關(guān)(112)響應(yīng)由控制電路響應(yīng)轉(zhuǎn)子(116)的旋轉(zhuǎn)位置而產(chǎn)生的控制信號(hào)控制流經(jīng)繞組的電流流動(dòng)。控制電路(110)包括用于啟動(dòng)電機(jī)(102)的啟動(dòng)邏輯。如果轉(zhuǎn)子(106)在啟動(dòng)時(shí)按錯(cuò)誤方向轉(zhuǎn)動(dòng),控制電路(110)則激勵(lì)預(yù)先選定的繞組(114),并等待轉(zhuǎn)子(116)的運(yùn)動(dòng)基本上停止,然后按照啟動(dòng)程序激勵(lì)繞組(114),從而使轉(zhuǎn)子(116)沿正確方向旋轉(zhuǎn)。一旦轉(zhuǎn)子(116)沿正確方向旋轉(zhuǎn),控制電路(110)則響應(yīng)轉(zhuǎn)子(116)的旋轉(zhuǎn)位置對(duì)繞組(114)進(jìn)行電子換向。
文檔編號(hào)H02P6/16GK1223029SQ97195715
公開(kāi)日1999年7月14日 申請(qǐng)日期1997年5月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月2日
發(fā)明者J·E·馬卡蘭 申請(qǐng)人:西門子加拿大有限公司