CN103107751B - 一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置。无刷电机在运转时会出现电磁转矩脉动，会严重无刷直流电机的转速和运转效率，影响其应用到对电机性能要求较高的领域。本发明包括直流电源、无刷直流电机和设在无刷直流电机上的霍尔传感器，所述的无刷直流电机由桥式驱动电路驱动，所述的霍尔传感器的位置信号输出端连接了脉冲调制发生器和缩减时间发生器，所述的缩减时间发生器的信号输出端连接了脉冲调制发生器，所述的脉冲调制发生器信号输出端连接了桥式驱动电路。通过霍尔传感器的信号克服定子电流波动以及换相时产生阻碍电机运转转矩的电磁转矩脉动，提高电机运转效率。

Description

一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置
【技术领域】
本发明涉及电机电路技术领域，具体是指一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置。
【背景技术】
在应用无刷直流电机，但是由于其自身的缺陷，在运转时会出现电磁转矩脉动，由于电磁转矩脉动的存在会严重无刷直流电机的转速和运转效率，进而影响其应用到对电机性能要求较高的领域。
产生电磁转矩脉动的原因主要有两个方面：1、当转子转到换相位置，即转子磁极中心线与由定子励磁电流产生的磁极中心线相重叠时，转子所受的电磁力最大（同样的定子励磁电流条件下）但这个电磁力的方向为径向，与电机的运转方向相垂直，即此时电磁转矩为零，且电磁力必将阻碍转子的运转。
2、电磁功率Pe，它等于反电动势与线电流之积，即：
Pe=e*I
式中：e—反电动势
      I—线电流
不计转子的机械损耗和杂散损耗，电磁功率全部转化为转子动能，所以
Pe=T*Ω
式中：T—电磁转矩
      Ω—电机机械角速度
由上述两式可知：
T=e*I/Ω
由上式可知当电机的转速恒定时，定子电流的突变，必然导致反电动势的改变，进而改变电机的电磁转矩。若在换相时刻，将定子电流变为零，使换相时刻的电磁阻力减到最少，且节省电能、提高效率，但电流的突变，必然导致很大的瞬时反电动势，以维持原电流方向，使得阻碍转子的运转电磁阻力仍然存在。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明提供了一种可以克服定子电流波动以及换相时产生阻碍电机运转转矩的电磁转矩脉动抑制装置，可以有效抑制因为上述两者原因产生电磁转矩脉动，提高电机运转效率。
本发明的技术方案如下：一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，包括直流电源、无刷直流电机和设在无刷直流电机上的霍尔传感器，所述的无刷直流电机由桥式驱动电路驱动，所述的霍尔传感器的位置信号输出端连接了脉冲调制发生器和缩减时间发生器，所述的缩减时间发生器的信号输出端连接了脉冲调制发生器，所述的脉冲调制发生器信号输出端连接了桥式驱动电路。在无刷直流电机上的霍尔传感器，将转子磁体的位置信息传递给脉冲调制发生器和缩减时间发生器，以产生相应的PWM信号和缩减时间T信号，这两个信号叠加后得到电机的控制信号，以控制桥式驱动电路，使得换相前后的定子电流均缓慢的减少和增加，并且在换相点的电流为零。
作为优选，所述的缩减时间发生器包括控制芯片Ⅰ，控制芯片Ⅰ信号输出端连接了二级管的负极，所述的脉冲调制发生器PWM信号输出端连接了二极管的正极。经过二极管将缩减时间T信号和PWM信号叠加。
作为优选，所述的控制芯片Ⅰ信号输出端经一三极管放大之后连接了二极管的负极。
作为优选，所述的脉冲调制发生器包括了控制芯片Ⅱ，所述的控制芯片输出两组PWM信号。
作为优选，所述的桥式驱动电路包括驱动芯片和场效应管，所述的驱动芯片输入端连接了脉冲调制发生器的PWM信号输出端，输出端连接了场效应管，所述的场效应管连接电机。经过叠加之后的PWM信号作为控制信号经驱动芯片控制桥式驱动电路，进而控制定子电流的变化。
作为优选，所述的场效应管有四个分两组，所述的驱动芯片有两个，分别连接两组场效应管。
作为优选，所述的霍尔传感器输出两组位置信号，两个位置信号的输出端分别连接电阻和电容串接而成的滤波电路。经过滤波电路滤波可以稳定霍尔传感器输出的位置信号。
与现有技术相比，本发明的突出优点是：能根据无刷直流电机上霍尔传感器提供的转子磁体位置信号，调节脉冲调制发生器的输出信号，并叠加了缩减时间发生器输出的缩短时间T信号，然后由桥式驱动电路控制定子电流的变化，从而实现换相前后的定子电流均缓慢的减少和增加，且在换相点的定子电流为零，减少能耗，并且使阻碍转子的运转的电磁力减到最少，最终使直流无刷电机运转中的转矩脉动大为减少，进而提高电机转速、运转效率。
【附图说明】
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细描述：
图1为本发明原理框图；
图2为桥式驱动电路具体连接图；
图3为缩短时间发生器电路的具体连接图；
图4为脉冲调制发生器电路的具体连接图；
图5为霍尔传感器电路的具体连接图。
【具体实施方式】
参见图1，一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，包括直流电源、无刷直流电机（图中标有M的圆形符号）和设在无刷直流电机上的霍尔传感器，所述的无刷直流电机由桥式驱动电路驱动，所述的霍尔传感器的位置信号输出端连接了脉冲调制发生器和缩减时间发生器，所述的缩减时间发生器的信号输出端连接了脉冲调制发生器，所述的脉冲调制发生器信号输出端连接了桥式驱动电路。在无刷直流电机上的霍尔传感器，将转子磁体的位置信息传递给脉冲调制发生器和缩减时间发生器，以产生相应的PWM信号和缩减时间T信号，这两个信号叠加后得到电机的控制信号，以控制桥式驱动电路，使得换相前后的定子电流均缓慢的减少和增加，并且在换相点的电流为零。
参见图2-5，所述的缩减时间发生器包括控制芯片ⅠU1，控制芯片ⅠU1信号输出端经一三极管Q1放大之后连接了二级管D1、D2的负极所述的脉冲调制发生器包括了控制芯片ⅡU2，所述的控制芯片ⅡU2输出两组PWM信号，分别为PWM0、OUT0和PWM1和OUT1两组，其中，所述的脉冲调制发生器的输出信号PWM1和PWM0连接了二极管D1、D2的正极。
所述的桥式驱动电路包括驱动芯片和场效应管，所述的驱动芯片输入端连接了脉冲调制发生器的PWM信号输出端，输出端连接了场效应管，所述的场效应管连接电机。所述的场效应管有四个分两组，分别为Q2、Q3和Q4、Q5，所述的驱动芯片有两个分别为U3、U4，分别连接两组场效应管Q2、Q3、Q4、Q5。
所述的霍尔传感器输出两组位置信号H1、H2，两个位置信号的输出端分别连接电阻和电容R1、C1和R2、C2串接而成的滤波电路。
在无刷直流电机上的霍尔传感器，将转子磁体的位置信息H1、H2经过R1、R2、C1、C2组成的滤波电路滤波后，送到控制芯片ⅠU1和控制芯片ⅡU2，其中控制芯片ⅡU2产生桥式驱动电路所需的PWM信号，分别为：PWM0、OUT0和PWM1和OUT1两组，而控制芯片ⅠU1则产生相应缩减时间T信号，由于该信号的驱动能力不足，所以先经过三极管Q5放大后，再通过二极管D1、D2连接到PWM0和PWM1信号端，以进行信号叠加，最后桥式驱动电路的驱动芯片U3、U4得到完整的控制信号，并通过由4个场效应管Q2、Q3、Q4、Q5组成的驱动电路，控制无刷直流电机的定子电流，使该电流在换相前后均缓慢的减少和增加，并且在换相点的电流为零，其中缩减时间T信号是根据电机的转速、极数、负载来决定，当定子电流以正弦或近似正弦的规律变化时效果最好。

Claims (5)

1.一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，包括直流电源、无刷直流电机和设在无刷直流电机上的霍尔传感器，所述的无刷直流电机由桥式驱动电路驱动，其特征在于：所述的霍尔传感器的位置信号输出端连接了脉冲调制发生器和缩减时间发生器，所述的缩减时间发生器的信号输出端连接了脉冲调制发生器，所述的脉冲调制发生器信号输出端连接了桥式驱动电路，所述的缩减时间发生器包括控制芯片Ⅰ，控制芯片Ⅰ（U1）信号输出端连接了二级管（D1、D2）的负极，所述的脉冲调制发生器PWM信号输出端连接了二极管（D1、D2）的正极，所述的控制芯片Ⅰ（U1）信号输出端经一三极管（Q1）放大之后连接了二极管（D1、D2）的负极。
2.根据权利要求1所述的无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，其特征在于：所述的脉冲调制发生器包括了控制芯片Ⅱ（U2），所述的控制芯片Ⅱ（U2）输出两组PWM信号。
3.根据权利要求1或2所述的无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，其特征在于：所述的桥式驱动电路包括驱动芯片和场效应管，所述的驱动芯片输入端连接了脉冲调制发生器的PWM信号输出端，输出端连接了场效应管，所述的场效应管连接电机。
4.根据权利要求3所述的无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，其特征在于：所述的场效应管有四个分两组，所述的驱动芯片有两个，分别连接两组场效应管。
5.根据权利要求1或4所述的无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，其特征在于：所述的霍尔传感器输出两组位置信号，两个位置信号的输出端分别连接电阻和电容串接而成的滤波电路。
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