无位置传感器无刷直流电动机及其控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术的无刷直流电动机的特征为，转子磁极部的各回转磁极面分别形成外侧膨胀凸曲面，且其在圆周方向的取定点上与固定磁极面之距离为最小。本发明专利技术的控制装置的特征分别为：在换向定时信号与输出图形模式不重合时，再霞电动机；比较电动机转速和基准信号，并改变限波频率；对应于电动机转速连续改变限波频率；根据流入电动机电流，使向电动机１的换向后的转子的位置检测禁止；根据流入电动机的电流波形检测转子位置。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及由利用随转子的回转而在定子的线圈中产生的反电动势，检测出转子的磁极部的位置而转动的无位置传感器无刷的直流电动机;本专利技术特别涉及这样一种无位置传感器无刷的直流电动机，其转子的形成使转子的各个回转磁极面在其园周方向上取定的一点上，最接近于定子磁极部的内端面，并可正确地检测出转子的磁极位置;本专利技术还涉及用于驱动、控制这种无位置传感器无刷直流电动机的各种控制装置。无刷直流电动机因其效率高、控制性能好，近年来被用于各种机器。又、无刷直流电动机因其转子的结构与由永磁铁构成的同步电机的构造一样，为在驱动时检测出转子的位置，需有霍尔器件等的位置检测器。然而，随着电动机小型化的发展，不能忽视位置检测器占有的空间成为妨碍电动机小型化的因素。因此，近年来，不设置位置传感器的无位置传感器无刷直流电动机已投入实用。图26所示为已知的无位置传感器无刷直流电动机的部分扩大截面图。这种已有的无位置传感器无刷直流电动机81由定子82和转子83构成。定子82在其内侧有被支承着的、可自由回转的转子83，并有向内突起的多个固定磁极部84。在固定磁极部84上绕卷未图示的线圈U.V.W。因电流流入此线圈U.V.W，故固定磁极部84形成所定的磁极。固定磁极部84前端的固定磁极面85分别位于与电动机81的转轴86的轴心等距离的园柱面上。另一方面，转子83由层叠多块硅钢板的轭铁87和一对激磁用-->永久磁铁88构成。轭铁87有向其外圆周面凸起的4个回转磁极部89，在此回转磁极部89的每相隔一个的基部上插入上述的激磁用永久磁铁88，并使其N极互相对置。各回转磁极部89的前端的回转磁极面90形成与转轴86之轴心等距离的曲面，回转磁极面90上的所有的点均与上述固定磁极面85作等距离的相隔而对置。上述转子83由于激磁用永久磁铁88的N极互相排斥，如图中所示，其磁通由未装激磁用永久磁铁的回转磁极面产生，再从装有激磁用永久磁铁的回转磁极进入轭铁内部，因此，具有永久磁铁的转子83的回转磁极部成为S极，相反，不具有永久磁铁的转子83的回转磁极部成为N极。另外，近年来，也有人提出了为驱动无位置传感器无刷直流电动机，通过利用随转子回转而在定子线圈上发生的反电动势，无须位置检测器的、无位置传感器无刷直流电动机的驱动方式（铃木、小笠原、赤木、难波江、长竹、奥山“无位置传感器无刷直流电动机的构成法”昭和63年电气学会产业应用部门全国大会34号）。以此驱动方式，如图27所示，可将120°通电形的电压形交换电路91用于主电路，由限波控制进行速度控制。图中，81表示电动机，82表示定子，83表示转子，U.V.W表示各相的定子线圈，Ta+、Tb+、Tc+、Ta-、Tb-、Tc-表示晶体管，Da+、Db+、Dc+、Da-、Db-、Dc-表示回流二极管。此外，以此驱动方式，各相的反电动势ea、eb、ec和附加于一对晶体管的驱动信号，以如图28所示的关系通过试验被得到，在各U.V.W相上具有在电气角360°期间60°×2次的开路周期（驱动信号未附加于晶体管的期间）。此开路状态相称为开路相。还有，在此驱动方式中，为驱动电动机，根据图29所示的起动程序，首先由任意的激磁图形的驱动信号激磁一定时间（步骤T31），使转子在相对于励磁图形的位置上移动并确定（T32），接着转换为前移120°的励磁图形（T33），这样，电动机转动（T34）。而且，-->因此时随电动机的回转而在定子线圈上产生反电动势，检知开路相的回流二极管的导通状态，从而可间接地检测出转子的磁极部，形成换向信号（T35）。即，当转子的回转在定子线圈上发生反电动势时，则因反电动势，使开路相的端电压发生变化。若P侧的回流二极管的正极电位远高于Ed+，或者，N侧的回流二极管的负极电位远低于Ed-，则回流二极管成导通状态。因此，通过检测出开路相的二极管导通状态，可检测出现在的励磁图形模式，结果可得知转子的磁极部位置。实际上，在图27所示的图形检测电路92中，通过比较基准电压Ed和各二极管的端电压，即可检测出各二极管的导通状态。另外，其结构是开路相的二极管的导通状态在60°开路期间，可在30°附近检测出。即，导通状态可在约30°的超前相位上检测出。为此，在控制回路93中，为进行下一次的换向，使各相皆同样地滞后30°相位（此相位滞后称为移相），形成驱动信号，由此驱动信号进行限波控制。然而，上述的已有的位置传感器无刷电动机，在转子各回转磁极面上的回转磁极面与固定磁极面间的距离，在回转磁极上所有的点上都是一定的。因此，根据转子与定子相对的位置关系，激磁用永久磁铁的磁通集中于从回转磁极部的圆周方向偏向回转方向的位置上。因磁通从回转磁极面的中心偏于回转方向，由此磁通所产生的反电动势在早于实际的回转磁极部的位置被检测，固定磁极部早于规定时间被激磁，使转子回转不正常。又，在已有的将激磁用永久磁铁插入轭铁的无位置传感器无刷电动机中，由于激磁用永久磁铁的横截面大致为矩形，激磁用永久磁铁的外侧磁极面形成一宽平面，易产生上述激磁用永久磁铁磁通的偏移。另外，由上述轭铁和激磁用永久磁铁组成的转子，其问题是，-->在其各回转磁极的基部插入了具有幅宽比回转磁极部幅宽略小的矩形截面的激磁用永久磁铁，所以连接各回转磁极部的基端部与前端部的轭铁的电桥部呈细长形状，而且轭铁的强度不够。另外一个问题是，根据采用上述已有的驱动方式，若以基于起动程序的一次换向即可检测出反电动势，则判断为可正常起动，因从开路回路转换为无传感器运转，所以在负荷上有扭矩变化等时，转子位置不能充分固定而发生转子振动。再有，在反转方向上发生扭矩的状态下，若进行下一次的换向，则没有从所需位置移动，而是在以电气角60°或120°之前反电动势被检测出，转子的位置转换为无传感器的运转。而且当所定的励磁图形被输出时，和根据转子位置定义的本来的励磁图形不同，故电动机往往不能进入正常运转而发生振动。如果即使发生振动，仍可从电动机检测出反电动势的信号，且其信号超过无传感器运转所需范围，则所定的励磁图形仍在继续输出，所以其结果是，电动机既无法进入正常运转，又不能再度起动。再者，在采用上述的驱动方式中，存在的问题是，电动机的回转频率范围宽时，即使在最高回转频率也须设定限波频率，以使检测时的时间滞后不影响换向的定时。例如，在四极电动机中，当每分钟转速达1万转时，电气角60°，相当于时间0.5m/sec，须设定限波频率在10KHz以上。但是提高限波频率，则反相器的开关损耗增大，同时，反相器器件产生高热。再有，在采用上述的驱动方式中，存在的问题是，紧接着在从通电状态过渡至非通电状态之后，由于蓄存于定子线圈的电能被释放出来，因此在开路相上出现电压。此电能被释放的时间变化，取决于定子线圈的电流值即加给电机的负荷。在此电能被释放出的期间，若不禁止检测反电动势，则得不到正确的永久磁铁转子的位置信息，电动机就不转动。-->另外，在采用上述的驱动方式中，存在的问题是，通过检测出现在不通电的定子线圈（以下称开路相）上的反电动势，来检测定子线圈和永久磁铁转子的相对位置。但是，根据永久磁铁转子的结构，当出现在开路相上的反电动势不是直线变化时，则无法检测出正确的相对位置。于是，本专利技术的目的是提供一种无位置传感器无刷直流电动机，它形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无位置传感器无刷直流电动机，该电动机由固定于电动机机体内侧的定子和支承于所述电动机机体、通过一转轴可在定子内侧作自由回转的转子构成；所述定子具有多个向内突出的固定磁极部；固定磁极部的内侧前端的固定磁极面位于距上述转轴大致等距离的圆柱面上；所述的转子在其外周面上具有成偶数的向外突出的回转磁极部；该回转磁极部的外侧前端面形成回转磁极面，所述回转磁极面具有在转子圆周方向上交错不同的磁极；上述固定磁极面和上述回转磁极面仅稍隔距离互为对置，其特征在于：　　所述回转磁极面分别形成外侧为膨胀的凸曲面，各回转磁极面在其圆周方向的取定一点上，形成为使所述的回转磁极面和固定磁极面间的距离为最小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1991-6-21 150144/91;JP 1990-10-19 281536/90;JP 1、一种无位置传感器无刷直流电动机，该电动机由固定于电动机机体内侧的定子和支承于所述电动机机体、通过一转轴可在定子内侧作自由回转的转子构成；所述定子具有多个向内突出的固定磁极部；固定磁极部的内侧前端的固定磁极面位于距上述转轴大致等距离的圆柱面上；所述的转子在其外周面上具有成偶数的向外突出的回转磁极部；该回转磁极部的外侧前端面形成回转磁极面，所述回转磁极面具有在转子圆周方向上交错不同的磁极；上述固定磁极面和上述回转磁极面仅稍隔距离互为对置，其特征在于：所述回转磁极面分别形成外侧为膨胀的凸曲面，各回转磁极面在其圆周方向的取定一点上，形成为使所述的回转磁极面和固定磁极面间的距离为最小。2、如权利要求1所述的无位置传感器无刷的直流电动机，其特征在于：所述转子的回转磁极面的形成使该磁极面在其圆周方向的两个端部上大幅度地离开所述固定磁极面的同时，在其圆周方向中心部位处的一点上最接近于上述的固定磁极面。3、如权利要求1所述的无位置传感器无刷直流电动机，其特征在于：所述转子的回转磁极面的形成使该磁极面在其旋转方向的端部上大幅度地离开上述固定磁极面的同时，在其圆周方向的中心部位处一点上最接近于所述固定磁极面。4、如权利要求1-3任一项所述的无位置传感器无刷直流电动机，其特征在于：所述转子由轭铁及激磁用永久磁铁构成，所述轭铁具有成偶数的、沿半径方向向外突出的回转磁极部，在此回转磁极部的基部上，与上述转轴平行地插入了使转轴和磁极对置的激磁用永久磁铁，各激磁用永久磁铁其侧面形成倾斜，以使各激磁用永久磁铁的外侧磁极的磁极面具有较小的面积。5、一种无位置传感器无刷直流电动机的控制装置，该装置具有以限波控制驱动无刷直流电动机的反相器电路，由利用随转子的回转在各相定子线圈中发生的反电动势，检测转子的位置，得到换向信号，其特征在于：该装置具备：发生换向定时信号的换向定时信号发生电路，发生对所述的定子线圈进行激磁的数种输出图形模式的输出图形模式发生电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：长手隆，植竹昭仁，小池良和，田端邦夫，
申请(专利权)人：精工爱普生股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]