无刷直流电动机的驱动装置制造方法及图纸

目的旨在提供通过总是进行正确的转子位置检测的转子位置检测器可以简单地扩大无刷直流电动机的运转范围的无刷直流电动机的驱动装置。无刷直流电动机的驱动装置的转子位置检测器４４由根据端电压生成线电压的线电压生成器５０ａ～５０ｃ、放大线电压生成器５０ａ～５０ｃ的信号的放大器８０ａ～８０ｃ、将线电压生成器５０ａ的信号与放大器８０ｂ的信号进行比较的比较器６６ａ、将线电压生成器５０ｂ的信号与放大器８０ｃ的信号进行比较的比较器６６ｂ、将线电压生成器５０ｃ的信号与放大器８０ａ的信号进行比较的比较器６６ｃ构成。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
无刷直流电动机的驱动装置本专利技术涉及无刷直流电动机的驱动装置。下面，说明现有的无位置传感器无刷直流电动机的驱动装置。图1是现有的无位置传感器无刷直流电动机的驱动装置的框图。如图所示，现有的无位置传感器无刷直流电动机的驱动装置由整流电路2、用6个半导体开关元件构成的120度通电式的电压式逆变器(逆变器)3、无刷直流电动机4、转子位置检测器5和驱动控制装置7构成。从商用电源1经整流电路2进行整流平滑的直流电源供给逆变器3的输入端。另外，逆变器3的输出端与无刷直流电动机4的定子电枢绕组线连接，由此来接通、断开上述直流电源，使无刷直流电动机4转动。无刷直流电动机4由将多相电枢绕组线进行星形连接的定子和利用永久磁铁构成磁极对的转子构成，因转子转动而在定子电枢绕组线端6产生反电动势。上述反电动势从定子电枢绕组线端6输入转子位置检测器5，由该转子位置检测器5进行转子的位置检测，并作为脉冲信号输入驱动控制装置7。驱动控制装置7由逆变器驱动电路8、输出模式发生电路9和-->PWM控制电路10构成。输出模式发生电路9与从转子位置检测器5输入的检测定时一致地确定驱动逆变器3的各开关元件的触发的模式。进而，输出模式发生电路9将该模式与根据转数指令11确定PWM斩波控制的通/断的占空比的PWM控制电路10的输出进行合成，生成信号，将该信号输入逆变器驱动电路8。并且，利用该逆变器驱动电路8驱动逆变器3的各个触发极。下面，说明上述现有的无位置传感器无刷直流电动机的驱动装置的转子位置检测器5。图2是表示转子位置检测器5中的1相的电路图。如图所示，转子位置检测器5由利用电阻21，22构成的分压电路20；用于除去直流成分的电容器23；利用电阻25和电容器26构成的一次延迟滤波电路24；利用电阻28，29，30和比较器31构成的比较电路27所构成。定子电枢绕组线端6的端电压从输入端输入分压电路20，以上述直流电源的0V为基准，利用电阻21与电阻22的分压比检测该端电压。在该检测的端电压中，除了反电动势的基波成分外，还包含上述PWM斩波控制引起的高频成分、以换向后的回流模式发生的尖峰脉冲电压和由分压电路20的电阻21，22的偏差引起的直流成分的偏移等。为了减轻这些成分，通过连接电容器23用于隔断直流成分，进而利用一次延迟滤波器24减少高频成分，同时，进行90度移相。比较电路27通过将一次延迟滤波器24的输-->出与基准电压34进行比较，将转子位置检测信号作为脉冲信号向输出端输出。基准电压34使用直接将定子电枢绕组线的中性点电压与上述一次延迟滤波器24的端电压合成而得到的中性点电压。由于90度移相的检测信号作为比检测的本身的相落后120度的相的转子位置检测信号使用，所以，在电流相位角基本上为0度的位置进行驱动。例如，以U，V，W的3相驱动时，以U相的端电压检测的检测信号作为W相的转子位置检测信号使用。作为无刷直流电机4的转子，通常使用如图3所示的那样具有形成磁路的转子轭12和瓦状的励磁用永久磁铁13并在转子轭12的外周表面粘接上述瓦状的励磁用永久磁铁13而形成的表面磁铁式的转子和如图4所示的那样转子具有形成磁路的转子轭15和励磁用永久磁铁16并将上述励磁用永久磁铁16插入到设在转子轭15上的槽内而形成的埋入磁铁式的转子。作为这些转子的控制方式，已提出了最佳的方法(森本、上野、武田「埋入磁铁式结构PM电动机的宽范围可变速控制」平成6年电气学会论文志D、114卷6号、p662-p667)。通常，使用用d-q坐标表示的永久磁铁的无刷直流电动机的转矩公式由下式给出。T＝p·{φmag·iq＋(Ld－Lq)·id·iq}...(1)其中，T为转矩，p为极对数，φmag为永久磁铁产生的电枢交链磁通，id、iq分别为电枢电流的d轴分量和q轴分量，Ld、Lq分别为d轴电感和q轴电感。设电枢电流的振幅为I、相对于q轴的电枢电流的相位角(电流相位角)为θ时，则id、iq分别定义为-->id＝-I·sinθ          …(2)iq＝I·cosθ           …(3)其中，I是电枢电流的振幅，θ表示从q轴看到的电流相位角。根据定义式(2)、(3)，转矩式(1)可以变换为下式。【式1】T＝P·(φmag·Icosθ＋L1·I2sin2θ)                            …(4)其中，L1为如下公式：L1＝(Lq-Ld)/2          …(5)在图3所示的表面磁铁式转子的情况下，由于显示出d轴电感和q轴电感相等的非突极性(Ld＝Lq)，所以，转矩式(1)的第2项为0，电动机的转矩与q轴电流iq成正比地产生。另外，在(4)式中同样也可以解得第2项为0，从而获得使电流相位角θ为0度的最大的转矩。即，根据(2)、(3)式使电流相位角θ为0度，令id＝0，对于非突极性即表面磁铁式转子结构的无刷直流电动机是最佳的运转控制法。这就是通常将d轴电流保持为0的控制法，称为id＝0控制。如图3所示，表面磁铁式转子利用非磁性的套筒14将外周面覆盖，防止由于高速转动而引起永久磁铁飞散。另一方面，如图4所示，由于埋入磁铁式转子在叠装多个硅钢片而成的转子轭15的外周设置利用励磁用永久磁铁16而形成的磁极，所以，不必担心磁铁的飞散等，特别是可以实现高速转动。该埋入磁铁式转子由于与d轴方向的磁等效气隙相比，q轴方向的-->磁等效气隙小，所以，显示出q轴电感比d轴电感大的反突极性(Ld＜Lq)。因此，根据转矩式(1)，利用与第1项的q轴电流iq成正比的磁铁引起的转矩和由第2项的反突极性产生的磁阻转矩可以得到产生的电动机的转矩。因此，根据转矩式(4)，利用磁铁引起的转矩与磁阻转矩的合成为最大的电流相位角θ(以后，称为进角θ)进行控制，对于反突极性即埋入磁铁式转子结构的无刷直流电动机，是最佳的运转控制法。这就是通常有效地灵活运用磁阻转矩的控制法，称为最大转矩控制法。图5是进行最大转矩控制时的进角θ与电动机转矩T的关系。另外，作为埋入磁铁式的控制法，已提出了通过积极地利用磁阻转矩的等效减弱磁场控制而扩大高速转动区域的方法。在该方式中，直至加到电机上的最大外加电压与电机的反电动势相等的运转区域，都可以利用上述最大转矩控制进行最佳的运转。通常，在此以上的高速运转区域，由于最大外加电压和电机的反电动势相等，所以，不能进行运转。但是，通过使超前角θ超前，使d轴电流积极地流过，便可利用d轴电枢反应等效地减弱永久磁铁的电枢交链磁通。只要利用该等效减弱磁场控制将电动机输出控制为恒定输出，就可以扩大高速转动区域的运转范围。通常，称之为最大输出控制。在上述现有的转子位置检测器5中，利用一次延迟滤波器24从定子电枢绕组线端6隔断高频成分，同时进行端电压的90度相移，所以，一次延迟滤波器24的截止频率设定为从几赫兹(Hz)到小于几十赫兹(Hz)。另一方面，因转子转动而在定子电枢绕组线端6产生的反电动-->势的基波成分根据电动机转动范围通常可以改变几百赫兹(HZ)左右，所以，通过一次延迟滤波器24的转子位置检测信号的相位将随无刷直流电动机4的转动额率的增加而发生检测延迟，在换向后的回流模式下发生尖峰脉冲电压，脉冲宽度随负荷电流的状况而增加，所以，在检测中将发生超前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有将３相电枢绕组线Ｕ、Ｖ、Ｗ进行星形连接的定子、利用永久磁铁构成磁极对的转子、备有多个半导体开关元件的１２０度通电式的逆变器、检测在上述定子的电枢绕组线端发生的端电压并生成与上述转子的磁极位置对应的信号的转子位置检测器和根据上述转子位置检测器的信号进行由上述逆变器利用ＰＷＭ斩波控制的速度调整的驱动控制装置的无刷直流电动机的驱动装置，其特征在于：上述转子位置检测器具有根据上述定子的电枢绕组线端的端电压生成电枢绕组线Ｗ－Ｕ间的线电压Ｖｗ－ｕ的第１线电压生成器、生成电枢绕组线Ｕ－Ｖ间的线电压Ｖｕ－ｖ的第２线电压生成器、生成电枢绕组线Ｖ－Ｗ间的线电压Ｖｖ－ｗ的第３线电压生成器、放大从上述第１线电压生成器输出的关于线电压Ｖｗ－ｕ的信号的第１放大器、放大从上述第２线电压生成器输出的关于线电压Ｖｕ－ｖ的信号的第２放大器、放大从上述第２线电压生成器输出的关于线电压Ｖｖ－ｗ的信号的第３放大器、将关于上述线电压Ｖｗ－ｕ的信号与从上述第２放大器输出的信号进行比较的第１比较器、将关于上述线电压Ｖｕ－ｖ的信号与从上述第３放大器输出的信号进行比较的第２比较器和将关于上述线电压Ｖｖ－ｗ的信号与从上述第１放大器输出的信号进行比较的第３比较器。...

【技术特征摘要】
JP 1996-1-10 2690/96;JP 1995-3-31 76711/951.一种具有将3相电枢绕组线U、V、W进行星形连接的定子、利用永久磁铁构成磁极对的转子、备有多个半导体开关元件的120度通电式的逆变器、检测在上述定子的电枢绕组线端发生的端电压并生成与上述转子的磁极位置对应的信号的转子位置检测器和根据上述转子位置检测器的信号进行由上述逆变器利用PWM斩波控制的速度调整的驱动控制装置的无刷直流电动机的驱动装置，其特征在于：上述转子位置检测器具有根据上述定子的电枢绕组线端的端电压生成电枢绕组线W-U间的线电压Vw-u的第1线电压生成器、生成电枢绕组线U-V间的线电压Vu-v的第2线电压生成器、生成电枢绕组线V-W间的线电压Vv-w的第3线电压生成器、放大从上述第1线电压生成器输出的关于线电压Vw-u的信号的第1放大器、放大从上述第2线电压生成器输出的关于线电压Vu-v的信号的第2放大器、放大从上述第2线电压生成器输出的关于线电压Vv-w的信号的第3放大器、将关于上述线电压Vw-u的信号与从上述第2放大器输出的信号进行比较的第1比较器、将关于上述线电压Vu-v的信号与从上述第3放大器输出的信号进行比较的第2比较器和将关于上述线电压Vv-w的信号与从上述第1放大器输出的信号进行比较的第3比较器。2.按权利要求1所述的无刷直流电动机的驱动装置，其特征在于：设流过上述定子的电枢绕组线的电流在d-q坐标系中相对于q轴的相位角为电流相位角θ时，上述转子位置检测器检测上述电流相位角θ于电气角超前30度以上的指定的上述转子的磁极位置。3.按权利要求1或2所述的无刷直流电动机的驱动装置，其特征在于：无刷直流电动机的驱动装置的特征在于：当关于上述线电压Vw-u的信号大于从上述第2放大器输出的信号时，上述第1比较器输出高电平的信号，当关于上述线电压Vu-v的信号大于从上述第3放大器输出的信号时，上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：新川修，植竹昭仁，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]