无电刷直流电动机的电子式换向系统技术方案

三相绕组（ｕ，ｖ，ｗ）相位上彼此相差１２０度的无电刷直流电动机（１）的一种电子式换向系统，系统由一个半导体电桥（４）、一个控制部分（６）和一个转子放置位置检测器组成。半导体电桥由六个功率半导体（Ｓ↓［１］至Ｓ↓［６］）组成，驱动着相绕组以产生定子的旋转磁场。控制部分（６）相应驱动着功率半导体（Ｓ↓［１］至Ｓ↓［６］）。转子呈永磁磁轮的形式。转子位置检测器构成无传感器的测定部分（８），供测定旋转磁轮感应出的可在电动机当时不受驱动的绕组端子测定的电压。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
无电刷直流电动机的电子式换向系统本专利技术涉及三相绕组电气上彼此相差120度的无电刷直流电动机的一种电子式换向系统，系统由一个六个功率半导体组成的半导体电桥、一个控制部分和一个转子旋转位置检测器组成，半导体电桥驱动产生定子旋转磁场的相绕组，控制部分相应驱动着各功率半导体，转子呈永磁磁轮的形式，转子旋转位置检测器构成无传感器的测定装置，从而可以检测和测定出旋转磁轮感应出的电压，在各情况下这个电压可在当时不受驱动的相绕组端测出。无换向器的直流电动机进行电子式换向时，驱动半导体电桥的控制部分一般必须给其提供永磁转子当时相对于定子旋转位置的信息以便可以驱动各适当的相绕组使其在所要求的旋转方向上产生转矩，从而产生最佳的定子旋转磁场。通常，转子位置是用转子位置传感器特别是霍耳传感器借助于转子永磁磁场测定的。然而，在许多情况下，电动机及其有关的换向电子线路在空间上必须彼此分开，从而需要电气连接线路，通过这些线路一方面给各相绕组供应电流，另一面将转子位置传感器的信号传送给电子控制线路。然而，连接线路和所需的接线(例如插入式接线)会使成本开销特高，特别是生产(装配)和物料方面的开销，而且还提高了发生事故的可能性。相比之下，在一般系统中不用传感器检测转子的位置既可以取消(霍耳)传感器又可以取消相应分立的线路接线。这时，转子永磁磁场在电动机各绕组中感应出的电压(内部电压或各自的EMF=电动势)，其极性或极性的变化(零过渡)通过各不受驱动无电流的绕组端检测并加以测定。这类无传感器换向系统的现有技术有例如欧洲专利EP0 881 761A1。在该专利的方案中，电动机三绕组端的电压由一个EMF检测电-->路检测，由此产生三个相应的二元输出信号，供无传感器转子的位置确定。这样转子电气上每转一圈就产生这些输出信号的六种不同组合，从而可以60度扇形确定转子的位置。各组合或各转子位置扇形分别与电桥半导体的开关状态有关(一个半导体以脉宽调制的方式通上脉冲以调定各开关状态下的速度)。于是转子电气上转一圈就有六个不同的开关状态，各状态相差60度。在这种方案中，定子励磁过程(定子磁场)在转子电气上每转一圈按六步换向，因而这是六步换向。此外，在欧洲专利EP082948A1、德国专利DE3934139C2、DE3306642C2和DE3602227A1诸文件中也介绍了六步换向类似的换向电路。美国专利US-A 5491393中介绍了无电刷直流电动机的一种换向控制，这原则上也是个六步换向，因为电动机电气上每转一圈定子励磁方向的改变就分成基本的六步进行。虽然这些基本步骤各个又分成两部分，但在这两部分之间在各情况下以脉宽调制方式通上脉冲的功率半导体只变化一次。然而，在各步中，功率电桥电路的六个半导体开关元件中只有两个在各情况下工作，因而三个绕组端中总是只有两个有效地通过开关元件与直流源的正端或负端连接。因此，定子的励磁只能有六种不同的方向，因而显然这是六步换向。美国专利US-A5 835 992中也公开了与美国专利US-A5 491393极其类似的现有技术，这个现有技术同样也提出了6×2个开关状态或开关组合，但其中定子励磁的方向也只按六步变化(=6步换向)。本专利技术是根据制造开头所述的那种系统的目的提出的，通过本专利技术可以减少运行和换向时的噪音，同时保持无传感器的转子位置检测开销不大，不容易出故障。按照本专利技术，上述目的是通过这样的措施达到的：控制部分根据转子的各位置借助于直流电动机电气上转一圈以上的12步换向以12种不同的开关状态驱动诸功率半导体。本专利技术的这12步以这样的-->方式进行，使得这些12种开关状态各使定子就其中产生的磁场方向产生不同的励磁状态。为达到此目的，令半导体电桥的两功率半导体受驱动的开关状态和三个功率半导体受驱动的开关状态连续交替进行。相比之下，6步换向中的功率半导体都是在必然导致定子以六种不同的状态励磁的开关状态下驱动的。在12步换向中，定子的励磁在各情况下是以各步间的相角比6步换向小的步骤换向的，从而产生连续环行的定子磁场。本专利技术起初是根据这样的发现提出的，即采用6步换向由于换向期间定子的励磁突然变化而致使电动机发出噪音，即“换向干扰声”。电动机用作通风机或鼓风机的驱动部分时，这些换向噪音，特别是在气流噪音降低的低速的范围中，是非常明显和扰人，因而在许多应用场合不能令人接受。相比之下，本专利技术(尤其是在外转子式电动机的情况下)显然能减小这些噪音，具体作法是，转子电气上每转一圈，换向不是以6种开关状态进行，而是以两倍电桥功率半导体的开关状态数进行，即定子的励磁在360度旋转电角内不是以六步而是以十二步换向的。虽然这种12步换向本来是众所周知的，但那完全是在检测转子位置的传感器分立的情况下进行的。原因在于，迄今专家总认为，在没有传感器的情况下检测转子位置总是以在各情况下一绕组端没有电流为先决条件，即一个绕组端与直流源分隔开以便完全可以用无传感器的测定部分检测感应出的内部电压(EMF)，因而没有传感器的12步换向结构是不可能的。然而，与6步换向不同，通常情况会不适用于12步换向，原因是后者有绕组电流重叠区，使所有三个绕组端子带电。因此，本专利技术是根据这样的另一发现提出的，即12步换向只有小心使内部电压在相应的绕组端在各情况下与直流源分隔开从而可用来检测有关控制量期间(在12步换向情况下大大地缩短)极性及时变化或及时零过渡才可能实现。-->实际上要达到上述目的最好由EMF测定部分在各情况下检测和测定电动机绕组端与公用基准点之间的内压。这里基准点可以是电动机真正的中性点(若电动机绕组是星形连接可通过导线引出)或等效中性点。当然在这方面应该指出的是，电动机的三角形接线可以设想转换成星形接线。按照本专利技术，因此EMF测定部分实际上检测的是星形系统中相应的相电压或“相EMF”而不是相间的“线EMF”，这个线电动势可在两绕组端之间测出，且相比之下相移了30度。按照本专利技术，正是由于这个措施使内部电压的零过渡完全可以检测出来，因为它们正好是在各情况下绕组端通常在30度短范围内没有电流的步骤中进行的。相反，12步换向就不适宜检测和测定各情况下电动机各绕组端之间的电压，因为在这种方案中，感应出的内部电压其零过渡总是在所有三个绕组端都传送电流(即与直流源连接)时发生的，因而完全不可能检测。本专利技术设计上的其它优点见从属权利要求。现在参阅附图以举例的方式更详细地说明本专利技术。附图中：图1示出了本专利技术换向系统的基本电路图；图2示出了EMF测定部分一最佳实施例的电路图；图3示出了用来说明使用本专利技术的换向系统时各顺序的不同示意图；图4示出了本专利技术换向系统控制程序的流程图；图5示出了特别是启动过程相应的流程图；图6示出了启动和正常操作的示意图；图7示出了图6时域Ⅶ的放大图。首先，从图1中可以看到三相直流电动机1由本专利技术的换向系统(换向电子线路)2驱动，电动机1只示出了三相绕组u,v,w在电气相位上相差120度的定子，有关的永磁转子(磁轮)没有示出。在所示的实例中，相绕组u,v,w接成星形，但按照本专利技术也不难接成三角形。相绕组u,v,w通过相端子U,V,W与制成半导体电桥4-->的电源部分连接。半导体电桥4由六个功率半导体S1至S6组成，这些功率半导体则根据转子相应的旋转位本文档来自技高网...

【技术保护点】
三相绕组（ｕ，ｖ，ｗ）相位上彼此电气上相差１２０度的无电刷直流电动机（１）的一种电子式换向系统，包括一个半导体电桥（４）、一个控制部分（６）和一个转子旋转位置检测器，半导体电桥（４）由六个功率半导体（Ｓ↓［１］至Ｓ↓［６］）组成，驱动着相绕组（ｕ，ｖ，ｗ）以产生定子旋转磁场，控制部分（６）相应驱动着功率半导体（Ｓ↓［１］至Ｓ↓［６］），转子呈永磁磁轮的形式，转子位置检测器构成无传感器的测定部分（８），供测定旋转的磁轮感应出的可在电动机当时不受驱动的绕组端子上的测出的电压，所述系统的特征在于，控制部分（６）用１２步换向以不同的１２种开关状态在直流电动机（１）电气上每转一圈根据转子的位置驱动功率半导体（Ｓ↓［１］至Ｓ↓［６］）。

【技术特征摘要】
DE 2000-5-12 10023370.81．三相绕组(u,v,w)相位上彼此电气上相差120度的无电刷直流电动机(1)的一种电子式换向系统，包括一个半导体电桥(4)、一个控制部分(6)和一个转子旋转位置检测器，半导体电桥(4)由六个功率半导体(S1至S6)组成，驱动着相绕组(u,v,w)以产生定子旋转磁场，控制部分(6)相应驱动着功率半导体(S1至S6)，转子呈永磁磁轮的形式，转子位置检测器构成无传感器的测定部分(8)，供测定旋转的磁轮感应出的可在电动机当时不受驱动的绕组端子上的测出的电压，所述系统的特征在于，控制部分(6)用12步换向以不同的12种开关状态在直流电动机(1)电气上每转一圈根据转子的位置驱动功率半导体(S1至S6)。2．如权利要求1所述的系统，其特征在于，由于功率半导体(S1至S6)的12种不同开关状态，电动机(1)的定子磁场通过绕组(u,v,w)预定为12种在磁场方向上不同的励磁状态，其中具体地说，两个功率半导体受驱动的开关状态和三个功率半导体受驱动的开关状态连续交替进行。3．如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，测定部分(8)在各情况下检测和测定电动机绕组端子(u,v,w,)与公用基准点(x)之间的电压。4．如权利要求3所述的系统，其特征在于，公用基准点(x)确定得使测出的电压在相位上扩展到旋转磁轮在星形连接的相绕组中感应出的电压或与三角形连接转换成等效的星形连接时得出的虚拟相电压同相。5．如权利要求3或4所述的系统，其特征在于，基准点(x)直接从电动机的实际绕组中性点得出。6．如权利要求3或4所述的系统，其特征在于，基准点(x)为电动机绕组中性点的外部模拟点。7．如权利要求1至6中任一权利要求所述的系统，其特征在于，测定部分(8)设计得使其就极性特别是零过渡方面检测分别感应出的内部电压(Eu,Ev,Ew)。并根据检测结果产生二元输出信号(ⅡEu,ⅡEv,ⅡEw)作为控制部分(6)的控制输入信号。8．如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：J克罗特施，T基利安，
申请(专利权)人：埃布姆工厂股份有限两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]