发明名称 无刷直流马达控制技术
摘要 一种电子整流无刷直流马达,主要是供一种其在任何一瞬间均有一个马达绕组没被供应以电力而可用来侦测可供启动绕组之整流换向作业的反电动势零交越之型式的低功率(Fractional Horsepower)使用情形中。在电流的供应自该绕组上移走之后因为消耗由与整流换向装置并联之自由转轮(Free-Wheel)二极体所储存之能量而在该绕组内产生之脉波的时间长度可提供马达电流的测量值。这使其可以简化整流换向装置的限流电路(Current Limiting Circuit),并可以马达扭矩之函数形式来进行控制之用。其亦揭露一种方法,可藉由将马达电流和反电动势之间的相位角加以减少而使有用的功率输出结果成为最大。这是藉着将马达绕组之整流换向动作加以延迟至超过每一次反电动势零交越发生之后,而该延迟动作是各整流换向动作之间的时间的函数。
申请公布号 TW398112 申请公布日期 2000.07.11
申请号 TW087105077 申请日期 1998.04.03
申请人 费雪﹠佩凯尔有限公司 发明人 约翰H波义德;葛拉德.邓肯;麦克T.G.伯理
分类号 H02P1/24 主分类号 H02P1/24
代理机构 代理人 恽轶群 台北巿南京东路三段二四八号七楼;陈文郎 台北巿南京东路三段二四八号七楼
主权项 1.一种电子整流无刷直流马达,其中在任何一瞬间都有一个马达绕组没被供应以电力而可用来侦测反电动势的零交越情形,该项资料可用来启动绕组的整流换向作业,且其中该等用来控制整流换向装置的信号的脉宽调变作业可用来控制马达的加速度,而单向的电流装置则与该等整流换向装置并联连接,其特征在于在电流的供应自该绕组上移走后,由于该单向电流装置所储存之能量的消耗而在该绕组内产生的电流脉波的时间长度系用来提供该马达电流的测量値。2.根据申请专利范围第1项的电子整流无刷直流马达,其中该马达电流的测量値可控制该脉宽调变的任务循环而将马达的电流限制在安全値内。3.一种电子整流马达系统,包含有:一个无刷直流马达,具有一个转子和一个有着至少一相位绕组的定子,一整流换向电路,包括有直流电源供应器、连接至该电源供应器以供应电流至该至少一个绕组或是供应电流至多对选定出来的定子绕组上的切换装置,以及单向电流装置,其可提供一条电流路径,以在经由切换装置来供应之电流中止后,消耗储存在每一个绕组内的能量,一数位器电路,其可感测该至少一绕组内的电压,并将该电压与一参考信号电压相比较,以侦测出因为转子之转动而成应生成在该至少一绕组内之反电动势的零交越,一程式规划的数位处理器,包括有记忆体和输入一输出埠,第一埠系连接至该数位器电路的输出端上,而第二组埠系连接至该整流换向电路上,以供应切换控制信号至其上,软体,系储存在该记忆体内,以使该处理器能够产生该切换控制信号,该软体包括有:(a)一个表格,其内储存(i)该整流换向电路中的每一个切换装置的状态之组合的序列,其如果依序并重覆地施用至该等切换装置上时,会使得该定子绕组产生一个旋转的磁场,(ii)针对该转子之预定角位置的可能的输出状态的序列,其中的每一者均系对应于该等切换装置状态之组合的一者,其会在转子上造成扭矩,以确保在转子位在相关的预定位置上时能够持续地转动,(b)一常式,用来自该表格中选择出每一个储存起来的状态组合,并产生每一个切换装置的数位切换控制信号,其具有对应于在任何给定时间时所选定之特定组合的状态的逻辑位准,(c)一常式,用来脉宽调变该切换控制信号,以控制定子绕组内的RMS电流,(d)一常式,用来根据所储存的任务循环之値来设定脉宽调变的任务循环;(e)一位置决定常式,可读取该数位器的输出信号,并由之决定该转子的角位置,(f)一常式,用来呼叫该选择常式来选出对应于连续旋转中每一个侦测到的转子位置的储存起来的状态组合,(g)一速度决定常式,可读取该数位器的输出信号,并由之决定该转子的角速度,(h)一表格,用来储存所需之转子速度的数値,(i)一常式,用来将所决定的转子速度与所需之转子速度的数値相比较,以产生一个速度误差値,(j)一常式,用来接收该速度误差値,并更新该储存的任务循环,以在该转子速度低于所需速度时增加之,并在该转子速度高于所需速度时减少之,(k)一脉波长度决定常式,可读取该数位器的输出信号,并由之决定在经由切换装置所供应的电流中止之后由于消耗所储存之能量而在每一相位绕组中产生之脉波的时间长度,(l)一常式,用来将如此决定的脉波时闾长度与所储存的最大脉波时间长度之値相比较,以在如此所决定的时间长度大于该最大値时,产生一个数値来将该储存的任务循环値加以设定至一个较小的値,以及(m)一常式,可读取该减量的値,并更新目前所储存的任务循环数値。4.根据申请专利范围第3项的电子整流马达系统,其中该定子至少具有三个相位绕组,该等切换装置系顺序地将所选定的绕组对连接至该电源供应器上,而该数位器是连接至每一个绕组上,以侦测在所有绕组内感应生成的反电动势的零交越。5.根据申请专利范围第3项的电子整流马达系统,其中包括有一个常式,可藉由在该数位化电路侦测到一次零交越时将相位绕组的切换动作加以延迟,以减低电流和反电动势间的相位角。6.根据申请专利范围第5项的电子整流马达系统,其中该延迟常式可造成一次的延迟,其系相当于紧邻于前的整流换向动作之间的时间间隔与在紧邻于前整流换向处理过之相位绕组内在供应至该绕组上的电流中止后由于消耗所储存之能量而产生的电流脉波的时间长度二者间的差値之半。7.根据申请专利范围第3项的电子整流马达系统,其中包括有一个马达启动常式,其可使得该选择常式连续地自该表格内选取所储存起来的状态组合,并将以一个固定的低频率或是低而逐渐增加且不会受到来自该位置决定常式的数据的影响的频率来将切换控制信号供应至每一个切换装置上,直到达到一个预定的速度为止,而在此时该来自位置决定常式的数据则会被用来呼叫该选择常式,以决定该切换装置控制信号。8.根据申请专利范围第3项的电子整流马达系统,其中包括有一个常式,其可将该速度误差値与一个储存起来的临限値相比较,且如果误差値超过该临限値,则该储存的任务循値即会以一个较该误差値未超过该临限値时为大的数値来加以增量或减量。9.根据申请专利范围第3项的电子整流马达系统,其中包括有一个常式,其可将该脉波时间长度与一个较该预定的最大値为小的第二储存预定値相比较,以在脉波时间长度大于第二预定値时将储存的任务循环以一个预定的量加以减量。10.根据申请专利范围第3项的电子整流马达系统,其中包括有一个常式,其可将该更新的任务循环値与一个储存的预定最大値相比较,而如果该更新的数値超过该最大値,则该任务循环値设定成该最大値。11.根据申请专利范围第10项的电子整流马达系统,其中其储存一个任务循环的第二最大値,并在该启动常式执行时使用之。12.根据申请专利范围第3项的电子整流马达系统,其中包括有一个常式,其可根据自该选择常式传来的数据来控制该读取数位器输出信号的常式,以在切换装置控制信号中有着暂态信号之时,不读取该数位器的输出信号。第一图是电子整流三绕组无刷式直流马达的电路图;第二图显示出可使得第一图中之马达做顺时钟旋转的整流换向用切换元件状态的次序;第三图是本发明无刷直流马达和控制器的方法电路图;第四图是波形,显示出第三图之马达中的一个相位上的电压;第五图是一部份电路图,显示出流经绕组的马达电流路径;第六图是在不马达电流时马达性能的图形;第七图波形图,显示出马达绕组电流和反电动势;第八图是第三图中所示之反电动势数位器的电路图。
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