CN104953905A - 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
一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，包括：一驱动电路，用于驱动一无刷直流电机；一传感器，用于探测所述无刷直流电机的一转子位置，由此产生一转子位置信号；一驱动信号发生器，接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换成一驱动信号；一电机效率提高器，接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换为一换相控制信号；及一直流电源；其中，所述驱动电路叠加所述驱动信号及所述换相控制信号以产生一拟合信号，上述拟合信号的特点为：关闭换相点前后的控制电压，并通过所述桥式驱动电路控制一输出电流，使电机在换相点的所述定子电流为零。
Description
技术领域
本发明涉及电机电路技术领域，尤其是一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置。
背景技术
无刷直流电机应用广泛，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影响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：
第一、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。
第二、现有霍尔传感器的安装方法，不能保证霍尔传感器能准确地将转子的位置信息传给控制芯片，总会出现小许误差，加上转子的磁极分界线不整齐，所以在换相时刻总会出现电磁转矩脉动和阻碍转子运转的电磁阻力。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，以克服上述原因产生的电磁转矩脉动和阻碍转子运转的电磁阻力，并提高电机转速和运转效率。
为达到以上目的，本发明提供一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，包括：
一驱动电路，用于驱动一无刷直流电机；
一传感器，设在所述无刷直流电机上，用于探测所述无刷直流电机的一转子位置，由此产生一转子位置信号；
一驱动信号发生器，接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换成一驱动信号，其中，所述驱动信号发生器的一信号输入端与所述传感器的一位置信号输出端连接，所述驱动信号发生器的一信号输出端与所述驱动电路的一第一输入端连接；
一电机效率提高器，接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换为一换相控制信号，其中，所述电机效率提高器的一信号输入端与所述传感器的所述位置信号输出端连接，所述电机效率提高器的一信号输出端与所述驱动电路的一第二输入端连接；及
一直流电源，为所述无刷直流电机，所述传感器，所述驱动信号发生器及所述电机效率提高器供电；
其中，所述驱动电路叠加所述驱动信号及所述换相控制信号以产生一拟合信号，并通过所述拟合信号控制一输出电流，使换相点的一定子电流为零。
与现有技术相比，本发明的突出优点是：
第一、增加了所述电机效率提高器，所述电机效率提高器能根据所述霍尔传感器提供的所述转子位置信号来关闭换相点前后的控制电压，然后通过所述桥式驱动电路，使换相时刻的定子电流为零，从而轻松解决因霍尔传感器安装位置不准确和转子磁极分界线不整齐造成的换相时刻不准确的问题，进而有效避免在换相时刻出现的转矩脉动和阻碍转子运转的电磁阻力，同时因换相时刻的定子电流为零，所以能有效减少换相时刻阻碍转子运转的径向电磁力，从而减少电机能耗，并且使阻碍转子的运转的电磁力减到最少，提高电机转速和运转效率。
第二、增加了所述电机效率提高器，使所述驱动信号发生器可以专注于所述驱动信号的产生，而不需在产生所述驱动信号的同时进行过多的内部运算，并且不需做相应的驱动信号调整。
综上所述，本发明可以在提高电机转速和电机效率的同时，减少控制系统的复杂程度，进而提高系统的可靠性，并降低系统的成本。
本发明的这些目的，特点，和优点将会在下面的具体实施方式，附图，和权利要求中详细的揭露。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的电路原理图。
图3为本发明的驱动电路图。
图4为本发明的控制逻辑时序图。
具体实施方式
请参见图1，本发明为一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，包括：
一驱动电路1，用于驱动一无刷直流电机2；
一传感器3，设在所述无刷直流电机2上，用于探测所述无刷直流电机2的一转子位置，由此产生一转子位置信号；
一驱动信号发生器4，接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换成一驱动信号，其中，所述驱动信号发生器4的一信号输入端与所述传感器3的一位置信号输出端连接，所述驱动信号发生器4的一信号输出端与所述驱动电路1的一第一输入端连接；
一电机效率提高器5，接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换为一换相控制信号，其中，所述电机效率提高器5的一信号输入端与所述传感器3的所述位置信号输出端连接，所述电机效率提高器5的一信号输出端与所述驱动电路1的一第二输入端连接；及
一直流电源6，为所述无刷直流电机2，所述传感器3，所述驱动信号发生器4及所述电机效率提高器5供电；
其中，所述驱动电路1叠加所述驱动信号及所述换相控制信号以产生一拟合信号，上述拟合信号的特点为：关闭换相点前后的控制电压，并通过所述驱动电路控制一输出电流，使电机在换相点的所述定子电流为零。
优选的，所述驱动电路1是一桥式驱动电路。
优选的，所述传感器3是一霍尔效应传感器。
优选的，所述霍尔效应传感器连续输出所述转子位置信号，其中，所述转子位置信号为一方波信号；所述驱动信号发生器4接收所述转子位置信号后，将根据所述转子位置信号不断输出固定的所述驱动信号；同时，所述电机效率提高器5也根据所述转子位置信号不断输出所述换相控制信号，其中，所述换相控制信号的周期变化范围均在前一个所述转子位置信号的周期范围内。
本发明还提供了一种无刷直流电机系统，包括：
一无刷直流电机2；
一驱动电路1，安装在所述无刷直流电机2上，用于驱动所述无刷直流电机2；
一传感器3，设在所述无刷直流电机2上，用于探测所述无刷直流电机2的一转子位置，由此产生一转子位置信号；
一驱动信号发生器4，接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换成一驱动信号，其中，所述驱动信号发生器4的一信号输入端与所 述传感器3的一位置信号输出端连接，所述驱动信号发生器4的一信号输出端与所述驱动电路1的一第一输入端连接；
一电机效率提高器5，接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换为一换相控制信号，其中，所述电机效率提高器5的一信号输入端与所述传感器3的所述位置信号输出端连接，所述电机效率提高器5的一信号输出端与所述驱动电路1的一第二输入端连接；及
一直流电源6，为所述无刷直流电机2，所述传感器3，所述驱动信号发生器4及所述电机效率提高器5供电；
其中，所述驱动电路1叠加所述驱动信号及所述换相控制信号以产生一拟合信号，上述拟合信号的特点为：关闭换相点前后的控制电压，并通过所述驱动电路控制一输出电流，使电机在换相点的所述定子电流为零。
优选的，所述驱动电路1是一桥式驱动电路。
优选的，所述传感器3是一霍尔效应传感器。
本发明还提供了一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制方法，包括步骤：
a)用一传感器3探测一无刷直流电机2的一转子位置，由此产生一转子位置信号；
b)用一驱动信号发生器4接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换成一驱动信号，之后，将所述驱动信号输入一驱动电路1；
c)用一电机效率提高器5接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换为一换相控制信号，之后，将所述换相控制信号输入所述驱动电路1；及
d)用所述驱动电路1驱动所述无刷直流电机2，其中所述驱动电路1叠加所述驱动信号及所述换相控制信号以产生一拟合信号，上述拟合信号的特点为：关闭换相点前后的控制电压，并通过所述驱动电路控制一输出电流，使电机在换相点的所述定子电流为零。
优选的，所述驱动电路1是一桥式驱动电路。
优选的，所述传感器3是一霍尔效应传感器。
请参见图2和图3，该电路的工作过程为：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送到电路的H1端子上，经过R12、R13、C1、C2组成的滤波电路滤波后，送到控制芯片U3和IC1后，其中控制芯片U3产生桥式驱动电路所需的驱动信号，分别为：UP0、DW0和UP1和DW1两组，而控制芯片IC1则产生相应电机效率提高信号，该信号由控制芯片IC1的6脚输出，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D3、D4连接到UP0和UP1信号端，以进行信号叠加，最后桥式电路的驱动IC—U1、U2得到完整的控制信号，并通过由4个开关控制元件(Q1、Q2、Q3、Q4)组成的驱动电路，控制无刷直流电机的定子电流，使该电流在换相点为零，其中电机效率提高信号是根据电机的转速、极数、负载状况来决定，并在0-90度的电角度范围内变化。
根据上述控制方案而设计的控制逻辑时序图，如图4所示，由图4可知，当霍尔传感器连续输出方波波信号并送到控制芯片U3和IC1后，控制芯片U3将根据霍尔信号而不断输出固定的驱动信号，如上管Q1、Q2波形，同时控制芯片IC1也根据霍尔信号而不断输出效率提高信号，如Ta-F、Tb-F、Tc-F、Td-F……其中Ta-F的时间值按前一个霍尔信号的时间值来制定，在图4中Ta-F的时间值是根据前一个霍尔信号Ta的时间值来制定，同理Tb-F的变化范围是根据前一个霍尔信号Tb的时间值来制定，这里的换相控制信号如Ta-F、Tb-F、Tc-F、Td-F……的变化范围均根据前一个霍尔信号对应的时间来制定，且都在0-90度电角度对应的时间值范围内变化，接着输出驱动信号和效率提高信号经叠加处理后得到完整的上管Q1、Q2波形，且在图4可以看出，在换相时刻a、b、c、d……的前后上管Q1、Q2波形信号都会出现一段关闭，这样的控制方式可以使无刷直流电机在换相点的定子电流为零，从而达到减少电磁转矩脉动，提高电机转速和运转效率的目的。
通过上述实施例，本发明的目的已经被完全有效的达到了。熟悉该项技艺的人士应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (10)
1.一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，包括：
一驱动电路，用于驱动一无刷直流电机；
一传感器，设在所述无刷直流电机上，用于探测所述无刷直流电机的一转子位置，由此产生一转子位置信号；
一驱动信号发生器，接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换成一驱动信号，其中，所述驱动信号发生器的一信号输入端与所述传感器的一位置信号输出端连接，所述驱动信号发生器的一信号输出端与所述驱动电路的一第一输入端连接；
一电机效率提高器，接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换为一换相控制信号，其中，所述电机效率提高器的一信号输入端与所述传感器的所述位置信号输出端连接，所述电机效率提高器的一信号输出端与所述驱动电路的一第二输入端连接；及
一直流电源，为所述无刷直流电机，所述传感器，所述驱动信号发生器及所述电机效率提高器供电；
其中，所述驱动电路叠加所述驱动信号及所述换相控制信号以产生一拟合信号，所述拟合信号的特点为：关闭换相点前后的一控制电压，并通过所述驱动电路控制一输出电流，使电机在所述换相点的一定子电流为零。
2.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，其中，所述驱动电路是一桥式驱动电路。
3.据权利要求1所述的一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，其中，所述传感器是一霍尔效应传感器。
4.据权利要求3所述的一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置，其中，所述霍尔效应传感器连续输出所述转子位置信号，其中，所述转子位置信号为一方波信号；所述驱动信号发生器接收所述转子位置信号后，将根据所述转子位置信号不断输出固定的所述驱动信号；同时，所述电机效率提高器也根据所述转子位置信号不断输出所述换相控制信号，其中，所述换相控制信号是根据所述电机的转速、极数、负载状况来决定，且所述换相控制信号的一时间值按前一个霍尔信号的一时间值来制定，并在一0-90度电角度对应的一时间值范围内变化。
5.一种无刷直流电机系统，包括：
一无刷直流电机；
一驱动电路，安装在所述无刷直流电机上，用于驱动所述无刷直流电机；
一传感器，设在所述无刷直流电机上，用于探测所述无刷直流电机的一转子位置，由此产生一转子位置信号；
一驱动信号发生器，接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换成一驱动信号，其中，所述驱动信号发生器的一信号输入端与所述传感器的一位置信号输出端连接，所述驱动信号发生器的一信号输出端与所述驱动电路的一第一输入端连接；
一电机效率提高器，接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换为一换相控制信号，其中，所述电机效率提高器的一信号输入端与所述传感器的所述位置信号输出端连接，所述电机效率提高器的一信号输出端与所述驱动电路的一第二输入端连接；及
一直流电源，为所述无刷直流电机，所述传感器，所述驱动信号发生器及所述电机效率提高器供电；
其中，所述驱动电路叠加所述驱动信号及所述换相控制信号以产生一拟合信号，所述拟合信号的特点为：关闭换相点前后的一控制电压，并通过所述驱动电路控制一输出电流，使电机在所述换相点的一定子电流为零。
6.根据权利要求5所述的一种无刷直流电机系统，其中，所述驱动电路是一桥式驱动电路。
7.据权利要求5所述的一种无刷直流电机系统，其中，所述传感器是一霍尔效应传感器。
8.一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制方法，包括步骤：
a)用一传感器探测一无刷直流电机的一转子位置，由此产生一转子位置信号；
b)用一驱动信号发生器接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换成一驱动信号，之后，将所述驱动信号输入一驱动电路；
c)用一电机效率提高器接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号转换为一换相控制信号，之后，将所述换相控制信号输入所述驱动电路；及
d)用所述驱动电路驱动所述无刷直流电机，其中所述驱动电路叠加所述驱动信号及所述换相控制信号以产生一拟合信号，所述拟合信号的特点为：关闭换相点前后的一控制电压，并通过所述驱动电路控制一输出电流，使电机在所述换相点的一定子电流为零。
9.根据权利要求8所述的一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制方法，其中，所述驱动电路是一桥式驱动电路。
10.据权利要求8所述的一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制方法，其中，所述传感器是一霍尔效应传感器。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| CN201410113711.XA CN104953905A (zh) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | 一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置 |
| PCT/CN2014/074985 WO2015143737A1 (zh) | 2014-03-25 | 2014-04-09 | 一种无刷直流电机的提高效率装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201410113711.XA CN104953905A (zh) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | 一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置 |
Publications (1)
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| CN201410113711.XA Pending CN104953905A (zh) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | 一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑制装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108933504A (zh) * | 2017-05-26 | 2018-12-04 | 茂达电子股份有限公司 | 电动机以及电动机控制方法 |
| CN113615069A (zh) * | 2019-07-29 | 2021-11-05 | 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 | 一种无刷直流电机换相控制方法、装置及存储介质 |
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| CN108933504B (zh) * | 2017-05-26 | 2020-05-12 | 茂达电子股份有限公司 | 电动机以及电动机控制方法 |
| CN113615069A (zh) * | 2019-07-29 | 2021-11-05 | 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 | 一种无刷直流电机换相控制方法、装置及存储介质 |
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