CN104836495A - 无刷直流电机及其的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷直流电机及其的控制装置，其中控制装置包括：逆变器；驱动电路；位置检测模块，位置检测模块包括多个位置传感器组，每个位置传感器组分别用于检测无刷直流电机的转子位置；指令接收模块，指令接收模块用于接收给定指令；切换电路，切换电路分别与每个位置传感器组和指令接收模块相连，切换电路根据给定指令对多个位置传感器组进行切换以选择与给定指令相匹配的位置传感器组进行工作；控制电路，控制电路根据给定指令和当前进行工作的位置传感器组检测到的转子位置生成控制信号，并根据控制信号通过驱动电路驱动逆变器，以对无刷直流电机进行控制。该控制装置能够实现无刷直流电机的高效率，保证无刷直流电机稳定运行。

Description

无刷直流电机及其的控制装置

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种无刷直流电机的控制装置以及一种具有该控制装置的无刷直流电机。

背景技术

目前，在无刷直流电机的控制方案中，通常是采用位置传感器来检测电机的转子位置，然后控制逻辑电路根据位置传感器的检测信号来对电机进行控制，以实现无刷直流电机的高效率。

但是，对于需要具有正反转方向的电机，由于其旋转方向相反时，对于同一组位置传感器的检测信号，其反电势的信号与位置传感器信号之间发生了相对180-2*β电角度的变化(β角为正转时反电势与位置传感器的信号边沿的夹角)，从而导致无刷直流电机不能同时保证两个旋转方向的高效率。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的认识和研究做出的：

由于无刷直流电机为感性元件，电机绕组的施加电压与电流存在着相位延迟，根据无刷直流电机的电功率公式P＝1.732*E*I*cosθ可知，相反电势E和相电流I之间的关联θ角决定了输出功率大小，也决定着电机输出效率的高低。

为了控制电机达到高效率的要求，就要控制绕组电流与绕组反电势之间的相位，从而必须对施加电压的时间(相位)进行控制。而在无刷直流电机的控制方案中，其控制逻辑电路通常都是根据位置传感器的检测信号来施加绕组电压的。因此，电机的转子位置决定了绕组电压施加时间，也就决定了绕组电流与反电势之间的关联θ角。

由上述可知，对于需要具有正反转方向的电机，由于其旋转方向相反时，对于同一组位置传感器的检测信号，其反电势的信号与位置传感器信号之间发生了相对180-2*β电角度的变化(β角为正转时反电势与位置传感器的信号边沿的夹角)，因此通过一组位置传感器来检测电机的转子位置是不能同时保证两个旋转方向的高效率。

而相关技术中要么是采取牺牲两个方向效率，双方兼顾的折衷方案，要么是采取选择其中一个方向为高效率方向，另外一个方向效率不予考虑的方案。这两个方案都牺牲了电机的效率，对于双向高能效的要求不能满足，并且在后一个方案中，如果电角度相差太大，会造成电机不能稳定工作。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种无刷直流电机的控制装置，能够实现无刷直流电机的高效率，保证无刷直流电机稳定运行。

本发明的另一个目的在于提出一种无刷直流电机。

为达到上述目的，本发明一方面实施例一种无刷直流电机的控制装置，包括：逆变器，所述逆变器具有正极端、负极端和第一至第三输出端，所述第一至第三输出端与所述无刷直流电机相连，所述正极端和所述负极端分别与直流供电电源相连；用于驱动所述逆变器的驱动电路；位置检测模块，所述位置检测模块包括多个位置传感器组，所述多个位置传感器组中的每个位置传感器组分别用于检测所述无刷直流电机的转子位置；指令接收模块，所述指令接收模块用于接收给定指令；切换电路，所述切换电路分别与所述每个位置传感器组和所述指令接收模块相连，所述切换电路根据所述给定指令对所述多个位置传感器组进行切换以选择与所述给定指令相匹配的位置传感器组进行工作；控制电路，所述控制电路分别与所述驱动电路、所述指令接收模块和所述切换电路相连，所述控制电路根据所述给定指令和当前进行工作的位置传感器组检测到的所述无刷直流电机的转子位置生成控制信号，并根据所述控制信号通过所述驱动电路驱动所述逆变器，以对所述无刷直流电机进行控制。

根据本发明实施例的无刷直流电机的控制装置，通过设置多个位置传感器组来检测直流无刷电机的转子位置，并增加切换电路来对多个位置传感器组进行切换以选择与给定指令相匹配的位置传感器组进行工作，从而控制电路可根据给定指令和选择的与给定指令相匹配的位置传感器组的检测信号来对无刷直流电机进行控制，完全能够实现无刷直流电机的高效率，保证无刷直流电机稳定可靠地运行。

其中，所述给定指令包括方向指令和/或速度指令。

根据本发明的一个实施例，当所述给定指令为所述方向指令时，所述多个位置传感器组为第一位置传感器组和第二位置传感器组，其中，如果所述方向指令为控制所述无刷直流电机正转的指令，所述切换电路选择所述第一位置传感器组检测所述无刷直流电机的转子位置；如果所述方向指令为控制所述无刷直流电机反转的指令，所述切换电路选择所述第二位置传感器组检测所述无刷直流电机的转子位置。

根据本发明的一个实施例，当所述给定指令为所述速度指令时，所述速度指令对应多个速度档位，每个速度档位与每个位置传感器组一一对应。

根据本发明的一个实施例，当所述给定指令为所述方向指令和所述速度指令时，所述方向指令对应的正转方向和反转方向与所述速度指令对应的速度档位进行组合以生成多个切换指令，其中，每个切换指令对应一个位置传感器组。

在本发明的实施例中，所述驱动电路包括上臂驱动单元和下臂驱动单元，所述逆变器包括第一至第六功率管，所述第一至第六功率管构成具有上桥臂和下桥臂的三相桥式电路，所述上桥臂中的第一功率管、第三功率管、第五功率管和所述上臂驱动单元相连，所述下桥臂中的第二功率管、第四功率管、第六功率管和所述下桥臂驱动单元相连。

并且，所述的无刷直流电机的控制装置还包括与所述控制电路相连的过流保护电路，所述过流保护电路在所述无刷直流电机的工作电流大于等于电流保护阈值时输出保护信号至所述控制电路，以使所述控制电路控制所述无刷直流电机停止工作。

此外，本发明的实施例还提出了一种无刷直流电机，其包括上述的控制装置。

本发明实施例的无刷直流电机，通过上述的控制装置，能够完全实现不同旋转方向和不同速度档位的高效率，并且能够稳定可靠地运行。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的无刷直流电机的控制装置的电路示意图；

图2为根据本发明另一个实施例的无刷直流电机的控制装置的电路示意图；以及

图3为根据本发明又一个实施例的无刷直流电机的控制装置的电路示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的无刷直流电机的控制装置以及具有该控制装置的无刷直流电机。

图1为根据本发明一个实施例的无刷直流电机的控制装置的电路示意图。如图1所示，该无刷直流电机的控制装置包括逆变器10、驱动电路20、位置检测模块30、指令接收模块40、切换电路50和控制电路60。

其中，逆变器10具有正极端、负极端和第一至第三输出端，第一至第三输出端与无刷直流电机M相连，正极端和负极端分别与直流供电电源100相连，驱动电路20包括上臂驱动单元201和下臂驱动单元202，驱动电路20用于根据控制电路60输出的控制信号生成驱动信号以驱动逆变器10，并且逆变器10包括第一至第六功率管，所述第一至第六功率管构成具有上桥臂和下桥臂的三相桥式电路，所述上桥臂中的第一功率管、第三功率管、第五功率管和上臂驱动单元201相连，所述下桥臂中的第二功率管、第四功率管、第六功率管和下桥臂驱动单元202相连。在本发明的一个示例中，第一至第六功率管可以为IGBT。

如图1、图2或图3所示，位置检测模块30包括多个位置传感器组，多个位置传感器组中的每个位置传感器组分别用于检测无刷直流电机M的转子位置。指令接收模块40用于接收给定指令，切换电路50分别与每个位置传感器组和指令接收模块40相连，切换电路50根据所述给定指令对所述多个位置传感器组进行切换以选择与所述给定指令相匹配的位置传感器组进行工作。控制电路60分别与驱动电路20、指令接收模块40和切换电路50相连，控制电路60根据所述给定指令和当前进行工作的位置传感器组检测到的所述无刷直流电机的转子位置生成控制信号，并根据所述控制信号通过驱动电路20驱动逆变器10，以对无刷直流电机M进行控制。

其中，所述给定指令包括方向指令和/或速度指令。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，当给定指令为方向指令时，多个位置传感器组为第一位置传感器组1和第二位置传感器组2。其中，如果所述方向指令为控制所述无刷直流电机正转的指令，切换电路50选择第一位置传感器组1检测无刷直流电机M的转子位置，控制电路60根据方向指令控制无刷直流电机正转，同时根据第一位置传感器组1检测的转子位置信号来施加绕组电压以实现对无刷直流电机的控制，从而可保证无刷直流电机正转时的高效率。如果所述方向指令为控制所述无刷直流电机反转的指令，切换电路50选择第二位置传感器组2检测无刷直流电机M的转子位置，控制电路60根据方向指令控制无刷直流电机反转，同时根据第二位置传感器组2检测的转子位置信号来施加绕组电压以实现对无刷直流电机的控制，从而可保证无刷直流电机反转时的高效率。

因此，在本实施例中，在无刷直流电机正转和反转时，通过切换电路选择不同的位置传感器组来检测无刷直流电机的转子位置，控制电路根据不同位置传感器组的检测信号来施加绕组电压以对无刷直流电机进行控制，避免了反电势的信号与位置传感器信号之间发生了相对180-2*β电角度的变化，从而能够保证无刷直流电机在两个旋转方向的高效率，保证无刷直流电机稳定可靠运行。

根据本发明的另一个实施例，如图2所示，当给定指令为速度指令时，速度指令对应多个速度档位，每个速度档位与每个位置传感器组一一对应。也就是说，如果速度指令对应高速、中速和低速三个速度档位，那么多个位置传感器组为第一位置传感器组1、第二位置传感器组2和第三位置传感器组3，这样，需要控制电路根据速度指令控制无刷直流电机以高速档位运行时，切换电路50选择第一位置传感器组1检测无刷直流电机M的转子位置，控制电路60根据第一位置传感器组1检测的转子位置信号来施加绕组电压以实现对无刷直流电机的控制，从而可保证无刷直流电机以高速档位运行时的高效率；需要控制电路根据速度指令控制无刷直流电机以中速档位运行时，切换电路50选择第二位置传感器组2检测无刷直流电机M的转子位置，控制电路60根据第二位置传感器组2检测的转子位置信号来施加绕组电压以实现对无刷直流电机的控制，从而可保证无刷直流电机以中速档位运行时的高效率；需要控制电路根据速度指令控制无刷直流电机以低速档位运行时，切换电路50选择第三位置传感器组3检测无刷直流电机M的转子位置，控制电路60根据第三位置传感器组3检测的转子位置信号来施加绕组电压以实现对无刷直流电机的控制，从而可保证无刷直流电机以低速档位运行时的高效率。

因此，在本实施例中，在无刷直流电机以不同速度档位运行时，通过切换电路选择不同的位置传感器组来检测无刷直流电机的转子位置，控制电路根据不同位置传感器组的检测信号来施加绕组电压以对无刷直流电机进行控制，避免了反电势的信号与位置传感器信号之间发生电角度的变化，从而能够保证无刷直流电机在不同速度档位时的高效率，并保证无刷直流电机稳定可靠运行。

根据本发明的又一个实施例，如图3所示，当给定指令为方向指令和速度指令时，所述方向指令对应的正转方向和反转方向与所述速度指令对应的速度档位进行组合以生成多个切换指令，其中，每个切换指令对应一个位置传感器组。也就是说，位置传感器组的切换是通过速度指令和方向指令的组合来确定的，这样，在无刷直流电机以不同速度档位正转或反转时，通过切换电路选择不同的位置传感器组来检测无刷直流电机的转子位置，控制电路根据不同位置传感器组的检测信号来施加绕组电压以对无刷直流电机进行控制，避免了反电势的信号与位置传感器信号之间发生电角度的变化，从而能够保证无刷直流电机在不同速度档位和不同旋转方向时的高效率，并保证无刷直流电机稳定可靠运行。

并且，如图1、图2或图3所示，上述的无刷直流电机的控制装置还包括与控制电路60相连的过流保护电路70，过流保护电路70在无刷直流电机M的工作电流大于等于电流保护阈值时输出保护信号至控制电路60，以使控制电路60控制无刷直流电机M停止工作，实现对无刷直流电机的过流保护，保证无刷直流电机安全可靠地运行。

根据本发明实施例的无刷直流电机的控制装置，通过设置多个位置传感器组来检测直流无刷电机的转子位置，并增加切换电路来对多个位置传感器组进行切换以选择与给定指令相匹配的位置传感器组进行工作，从而控制电路可根据给定指令和选择的与给定指令相匹配的位置传感器组的检测信号来对无刷直流电机进行控制，完全能够实现无刷直流电机的高效率，保证无刷直流电机稳定可靠地运行。

此外，本发明的实施例还提出了一种无刷直流电机，其包括上述的控制装置。

本发明实施例的无刷直流电机，通过上述的控制装置，能够完全实现不同旋转方向和不同速度档位的高效率，并且能够稳定可靠地运行。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种无刷直流电机的控制装置，其特征在于，包括：

逆变器，所述逆变器具有正极端、负极端和第一至第三输出端，所述第一至第三输出端与所述无刷直流电机相连，所述正极端和所述负极端分别与直流供电电源相连；

用于驱动所述逆变器的驱动电路；

位置检测模块，所述位置检测模块包括多个位置传感器组，所述多个位置传感器组中的每个位置传感器组分别用于检测所述无刷直流电机的转子位置；

指令接收模块，所述指令接收模块用于接收给定指令；

切换电路，所述切换电路分别与所述每个位置传感器组和所述指令接收模块相连，所述切换电路根据所述给定指令对所述多个位置传感器组进行切换以选择与所述给定指令相匹配的位置传感器组进行工作；

控制电路，所述控制电路分别与所述驱动电路、所述指令接收模块和所述切换电路相连，所述控制电路根据所述给定指令和当前进行工作的位置传感器组检测到的所述无刷直流电机的转子位置生成控制信号，并根据所述控制信号通过所述驱动电路驱动所述逆变器，以对所述无刷直流电机进行控制。

2.如权利要求1所述的无刷直流电机的控制装置，其特征在于，所述给定指令包括方向指令和/或速度指令。

3.如权利要求2所述的无刷直流电机的控制装置，其特征在于，当所述给定指令为所述方向指令时，所述多个位置传感器组为第一位置传感器组和第二位置传感器组，其中，

如果所述方向指令为控制所述无刷直流电机正转的指令，所述切换电路选择所述第一位置传感器组检测所述无刷直流电机的转子位置；

如果所述方向指令为控制所述无刷直流电机反转的指令，所述切换电路选择所述第二位置传感器组检测所述无刷直流电机的转子位置。

4.如权利要求2所述的无刷直流电机的控制装置，其特征在于，当所述给定指令为所述速度指令时，所述速度指令对应多个速度档位，每个速度档位与每个位置传感器组一一对应。

5.如权利要求2所述的无刷直流电机的控制装置，其特征在于，当所述给定指令为所述方向指令和所述速度指令时，所述方向指令对应的正转方向和反转方向与所述速度指令对应的速度档位进行组合以生成多个切换指令，其中，每个切换指令对应一个位置传感器组。

6.如权利要求1-5中任一项所述的无刷直流电机的控制装置，其特征在于，所述驱动电路包括上臂驱动单元和下臂驱动单元，所述逆变器包括第一至第六功率管，所述第一至第六功率管构成具有上桥臂和下桥臂的三相桥式电路，所述上桥臂中的第一功率管、第三功率管、第五功率管和所述上臂驱动单元相连，所述下桥臂中的第二功率管、第四功率管、第六功率管和所述下桥臂驱动单元相连。

7.如权利要求6所述的无刷直流电机的控制装置，其特征在于，还包括与所述控制电路相连的过流保护电路，所述过流保护电路在所述无刷直流电机的工作电流大于等于电流保护阈值时输出保护信号至所述控制电路，以使所述控制电路控制所述无刷直流电机停止工作。

8.一种无刷直流电机，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的控制装置。