直流无刷电动机转子位置检测器制造技术

本实用新型专利技术是一种用于无位置传感器直流无刷电动机中提供电枢绕组元件与主磁极的相对位置信号的转子位置检测器，为克服位置传感器不能在高温、振动等恶劣条件下使用的缺点，它包括三个分别与三相直流无刷电动机电枢绕组连接的分压滤波器，它们的输出信号分别送入三个积分器和一个积分叠加器，积分器和积分叠加器的输出信号分别送入三个比较器进行比较，三个比较器的输出电平代表转子位置信号。它扩大了直流无刷电动机的使用范围。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于无位置传感器直流无刷电动机中，提供电枢绕组元件与主磁极的相对位置信号的转子位置检测器。直流无刷电动机也叫无换向器直流电动机，是一种采用半导体电子开关线路代替换向器和电刷作用的直流电动机。它既具有传统直流电动机的高运行效率和优良的调速性能，又具有交流电动机结构简单的优点。同时，用于没有换向器与电刷的滑动接触，提高了运行的可靠性。目前直流无刷电动机触发换向的控制方法主要是采用转子位置传感器来实现，例如霍尔效应元件、开口变压器、光电元件等。用这些转子位置传感器输出的转子位置信号来控制触发换向，能够产生很高的电磁转矩。但是，这些转子位置传感器的应用场合受到一定限制，不能在高温、振动等恶劣环境下安装使用。例如，在制冷机的封闭式压缩机中就无法使用上述转子位置传感器，因此，也无法采用性能优良的直流无刷电动机。本技术的目的是，提供一种能够利用转子旋转时在电枢绕组中产生的感生电动势来提取转子转动位置信号的直流无刷电动机转子位置检测器。本技术的目的是这样实现的，直流无刷电动机转子位置检测器，包括三个分压滤波器、三个积分器、三个比较器和一个积分叠加器，它的特殊之处是，积分叠加器有三个输入端；三个分压滤波器的输入端分别与电动机的3相电枢绕组的u、v、w输入端连接，三个分压滤波器的输出端分别与三个积分器的输入端连接；三个积分器的输出端分别与三个比较器的一个输入端连接，三个比较器的另一个输入端都与积分叠加器的输出端连接；积分叠加器的三个输入端分别与三个分压滤波器的输出端连接，三个比较器的输出端分别作为电动机转子位置信号的输出端。转子旋转过程中，必然在电枢绕组中产生感生电动势，该感生电动势和逆变电路加在电枢绕组上的逆变电压共同输入到分压滤波器中。分压滤波器将较高的感生电动势和逆变电压分压降压，输出较低的电压以便后面进一步处理，同时将感生电动势和逆变电压中的高频成份加以滤除。经过三个分压滤波器降压滤波处理的三路u、v、w信号被分别输入到三个积分器中。积分器将含有感生电动势和逆变电压两种成份在内的电压信号进行积分处理，使两种信号在每个半周内线性连续变化，这样在一个周期内，就可以形成一个近似恒流的充电波形和一个近似恒流的放电波形，该充放电波形中均包含感生电动势信号。经过三个分压滤波器降压滤波处理的三路u、v、w信号分别被输入一个积分叠加器的三个输入端。积分叠加器将三路包含感生电动势和逆变电压的信号叠加成小的三角波，即形成恒流充电和放电波形，在u、v、w的一个周期内包含三个这样的小三角波形，该波形中也包含感生电动势的信号。三个积分器的输出信号分别输入到三个比较器的一个输入端，积分叠加器的输出信号都输入到三个比较器的另一个输入端。每一个比较器对一个积分器的输出信号与积分叠加器的输出信号进行比较，输出一路方波信号。三个比较器共输出三路方波信号，这三路方波信号共具有6个边沿信号(三个上升沿，三个下降沿)，6个边沿信号代表了转子的6个位置。本技术的每一个分压滤波器包括两个电阻和一个电容；两个电阻串联，该串联电路的一端作为输入端与电动机的一相电枢绕组的输入端连接，另一端接地；电容并联在接地的电阻的两端，两个电阻的公共端作为输出端与相应的一个积分器的输入端连接。两个电阻串联主要用于对从电动机电枢绕组输入端提取的感生电动势和逆变电压的叠加信号进行降压，从接地的电阻两端提取的电压被降低到所需的大小，便于输入积分器和积分叠加器作进一步处理。本技术的分压滤波器中的电阻的个数不限于两个，只要能降低电压便于后面的积分器和积分叠加器处理就可以。电阻和电容组成阻容滤波，用于将感生电动势和逆变电压中的高频谐波滤除。三个分压滤波器的相应的电阻和电容一般选用相同的参数。本技术的每一个积分器包括一个电阻和一个电容；电阻的一端作为输入端与相应的一个分压滤波器的输出端连接，电阻的另一端与电容的一端连接，电容的另一端接地；电阻与电容的公共端作为输出端，输出端与相应的一个比较器的一个输入端连接。电阻和电容组成积分电路，它对分压滤波器输出的含有电动机电枢绕组感生电动势和逆变电压的叠加信号进行积分处理。经过积分处理后的信号波形在每个半周内线性连续变化，这样在一个周期内就形成一个近似恒流的充电波形和一个近似恒流的放电波形。三个积分器的相应的电阻和电容一般选择相同的参数。本技术的积分叠加器包括三个电阻和一个电容；三个电阻的一端作为三个输入端，三个输入端分别与相应的三个分压滤波器的输出端连接，三个电阻的另一端都与电容的一端连接，电容的另一端接地；三个电阻与电容的公共端作为输出端，输出端与三个比较器的另一个输入端连接。三个分压滤波器输出的三路信号输入积分叠加器进行叠加，即三路信号分别对积分叠加器中的电容进行恒流充电和放电，在u、v、w的一个周期内，积分叠加器的输出信号波形包含3个小三角波形。积分叠加器中的三个电阻的参数相同。本技术中的三个比较器可以采用三个独立的比较器，也可以采用同一块集成电路。每一个比较器都可以同相输入端与积分器的输出端连接，反相输入端与积分叠加器的输出端连接；也可以用相同输入端与积分叠加器的输出端连接，反相输入端与积分器的输出连接。但采用这两种不同的连接方法，比较器的输出端的高低电平对送变电路的触发逻辑关系应相反。为了设计和制造简单，本技术的三个比较器由同一块集成电路IC组成；集成电路(IC)采用LM339，它的3脚与直流电源正极连接，12脚接地，9脚、7脚和11脚作为三个比较器的同相输入端分别与三个积分器的输出端连接，8脚、6脚和10脚作为三个比较器的反相输入端都与积分叠加器的输出端连接，14脚、1脚和13脚分别作为三个比较器的输出端。本技术与现有的直流无刷电动机控制装置相比，省去了转子位置传感器，采用转子旋转时在电枢绕组中产生的感生电动势信号来提取转子位置信号，使直流无刷电动机可以在高温、振动等恶劣条件下使用，扩大了使用范围。本技术用在海信集团技术中心开发的KFR-28GW/ZBP型直流变频空调器的压缩机中对直流无刷电动机进行控制，压缩机采用上海日立公司的SG920DB2-N直流压缩机，额定功率700W，转速范围1000-6200转/分，变频器电源220V/50HZ。实验得出，制冷时能效比达到3.1。而同样的空调器，若使用交流变频电机，制冷时能效比只能达到2.4。因此，本技术用于空调器对直流无刷电动机进行控制，其节能效果非常明显。以下结合附图对本技术的实施例进行详细描述。附图说明图1为本技术用于二极三相直流无刷电动机的控制电路的电路方框图。图2为图1中逆变电器的电路图。图3为本技术(即图1中转子位置检测器)的电路方框图。图4为本技术的电路图。图5为图2中6只LGBT管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6的触发信号VG1T1、VG2T2、VG3T3、VG4T4、VG5T5和VG6T6的波形图。图6为图4中A、B、C、D、E、F和G点的电压信号以及转子位置信号PDU、PDV和PDW的波形图。图1所示是三相直流无刷电动机的控制电路的电路方框图，它包括整流电路、滤波电路、逆变电路、转子位置检测器、微处理器MCU和驱动电路。整流电路的输入端与电网的工频220V单相交流电源连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
直流无刷电动机转子位置检测器，包括三个分压滤波器、三个积分器、三个比较器和一个积分叠加器，其特征是，积分叠加器有三个输入端；三个分压滤波器的输入端分别与电动机的３相电枢绕组的ｕ、ｖ、ｗ输入端连接，三个分压滤波器的输出端分别与三个积分器的输入端连接；三个积分器的输出端分别与三个比较器的一个输入端连接，三个比较器的另一个输入端都与积分叠加器的输出端连接；积分叠加器的三个输入端分别与三个分压滤波器的输出端连接，三个比较器的输出端分别作为电动机转子位置信号的输出端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史文伯，姜晖，陈锋，侯新海，
申请(专利权)人：海信集团公司，青岛海信集团技术中心，
类型：实用新型
国别省市：95[中国|青岛]