CN1074205C - 开关磁阻电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种开关磁阻电动机驱动装置，该装置包括：位置检测单元，用于当开关磁阻电动机被驱动时检测转子的位置；反相器，用于根据开关元件的开关操作提供电压以驱动开关磁阻电机；以及控制单元，用于合并转子位置信号和自生的脉宽调制信号，以输出具有逐渐减小的工作周期的开关元件的栅极信号，作为开关元件的栅极信号。

Description

开关磁阻电动机驱动装置
本发明涉及开关磁阻电动机，特别涉及适用于减小当开关磁阻电动机被驱动时产生的径向力的开关磁阻电动机。
现有的开关磁阻电动机(在下文中称为SRM)具有图1中所示的定子2和转子4，其中在定子2上的+A级-A级、+B级和-B级、以及+C级和-C级分别由A相线圈(LA)、B相线圈(LB)和C相线圈(LC)所缠绕。
如图2中所示，这样构成的SRM的驱动电路具有用于产生直流DC电压的平滑电容器(c)，用于把电压提供给线圈(LA,LB,LC)的六个开关元件(QA+,QA-,QB+,QB-,QC+,QC-)，以及六个二极管(DA1,DA2,DB1,DB2,DC1,DC2)，其用于在电压被提供给线圈(LA,LB,LC)之后，返回在各个开关元件(QA+,QA-,QB+,QB-,QC+,QC-)截止时产生的反电动势。
在此时，用于产生控制A相上的开关元件(QA+,QA-)的栅极信号的设备，如图3中所示，包括用于产生脉宽调制(PWM)信号的振荡器12，以及“与”门16，其用于当由振荡器12所产生的脉宽调制信号和转子4都位于定子2的A相磁级处时，把从A相位置传感器14输出的转子位置信号和该脉宽调制信号相“与”，并输出其结果，其中当从A相位置传感器14输出的信号被输入到下开关元件(QA-)的栅极端时，从“与”门16输出的信号被输入到上开关元件(QA+)的栅极端。
换句话说，如图4中所示，为了向所述的SRM的A相供电，当栅极信号被提供给开关元件(QA+,QA-)的栅极端以激励该开关元件时，电流(i)在定子2的A相线圈(LA)中流动，从而磁化定子2的+A级和-A级，这样产生斥力推动磁化的A相磁极附近的转子4，从而使转子4旋转。
同理，电流在B相线圈(LB)和C相线圈(LC)中与A相线圈(LA)相同的方式流动，定子2被按照A相、B相、和C相的次序磁化，从而使转子4旋转，这样SRM保持旋转。
但是，在所述的常规SRM中存在问题，如图4中所示，当开关元件(QA+,QA-)截止时产生径向力，使得上开关元件(QA+)和下开关元件(QA-)都同时截止，从而在开关元件(QA+,QA-)不动作时产生较大的径向力，以及由于径向力增加而造成的较大噪声。
本发明针对于解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种适用于减小当开关磁阻电动机被驱动时产生的径向力，从而减小开关磁阻电动机的噪声。
根据本发明的这一目的，在此提供一种开关磁阻电动机(SRM)驱动装置，该装置包括：
位置检测单元，用于当SRM被驱动时检测转子的位置；
逆变器，用于根据开关元件的开关操作提供电能以驱动SRM；以及
控制单元，用于在开关元件闭合之后的预定时间内合并从位置检测单元输出的转子位置信号和自生的脉宽调制信号，以把开关元件的栅极信号输出，并且输出作为开关元件的栅极信号的具有预定工作周期的脉宽调制信号。
根据本发明的另一个方面，在此提供一种开关磁阻电动机(SRM)驱动装置，该装置包括：
位置检测单元，用于当开关磁阻电动机被驱动时检测转子的位置；
逆变器，用于根据开关元件的开关操作提供电压以驱动开关磁阻电机；以及
控制单元，用于合并转子位置信号和自生的脉宽调制信号，以输出作为开关元件的栅极信号的具有逐渐降低的工作周期的脉宽调制信号。
为了更加充分地理解本发明的实质和目的，下面结果附图具体描述，其中：
图1为现有技术的开关磁阻电动机的示意结构图；
图2为现有技术的开关磁阻电动机的驱动电路图；
图3为在图2所示开关元件中门控制电路的示意方框图；
图4为用于说明从现有技术的开关磁阻电动机产生径向力的过程的波形图；
图5为用于说明本发明的开关磁阻电动机的示意方框图；
图6为本发明的开关磁阻电动机驱动装置中的逆变器和电流检测单元的方框图；
图7为用于说明在本发明第一实施例的开关磁阻电动机中径向力减弱的过程的波形图；以及
图8为用于说明在本发明第一实施例的开关磁阻电动机中径向力减弱的过程的波形图。
在此，将参照附图具体描述本发明的优选实施例。
图5为用于说明本发明的开关磁阻电动机驱动装置的示意方框图，并且图6为本发明的开关磁阻电动机驱动电路中的逆变器和电流检测单元的方框图，其中根据本发明的开关磁阻电动机(SRM)驱动装置包括按键输入单元30、位置检测单元40、电流检测单元50、逆变器60和控制单元70。
按键输入单元30用于向控制单元70输入启动命令信号和停止命令信号，用于选择是否启动SRM 20。
当SRM 20被驱动时，位置检测单元40检测转子位置，从而把转子位置输入到控制单元70，并且电流检测单元50在SRM 20的工作过程中检测在SRM 20中流动的电流，并把其输入到控制单元70。
逆变器60根据从控制单元70中输出的栅极信号操作开关元件，以把电压提供给SRM 20，从而驱动SRM 20。
在此时逆变器60包括，如图6中所示，包括用于产生直流DC电压的平滑电容器(C)，用于把电压提供给线圈(LA,LB,LC)的六个开关元件(QA+,QA-,QB+,QB-,QC+,QC-)，以及六个二极管(DA1,DA2,DB1,DB2,DC1,DC2)，其用于在电压被提供给线圈(LA,LB,LC)之后，返回在各个开关元件(QA+,QA-,QB+,QB-,QC+,QC-)截止时产生的反电动势。
另外，如图6中所示，电流检测单元50具有用于在A相开关元件(QA+,QA-)导通时检测电流的第一检测电阻RS1，用于在A相开关元件(QA+,QA-)截止时检测电流的第二检测电阻RS2，用于差分放大由第一和第二检测电阻RS1和RS2所检测的电流值的差分放大器(运算放大器)，以及用于调节从差分放大器(运算放大器)输出的电流值的电阻(R1,R2,R3,R4)。
同时，控制单元70根据从电流检测单元50输出的检测电流信号确定工作周期，以产生PWM信号，并且把PWM信号与从位置检测单元40输出的转子位置信号相合并，以输出用于对开关元件(QA+,QA-,QB+,QB-,QC+,QC-)进行开关操作的栅极信号，在开关元件(QA+,QA-,QB+,QB-,QC+,QC-)截止之后，控制单元70输出具有预定工作周期的PWM信号作为开关元件(QA+,QA-,QB+,QB-,QC+,QC-)的栅极信号，并保持预定的时间。
另外，在根据本发明第二实施例的SRM驱动装置中，控制单元70输出具有逐渐减小的工作周期的PWM信号作为开关元件(QA+,QA-,QB+,QB-,QC+,QC-)的栅极信号。
现在，参照图7和8具体说明根据本发明这样构成的SRM驱动装置的工作效果。
如图7中所示，在根据本发明第一实施例的SRM驱动装置中的控制单元70根据从电流检测单元50输出的所检测电流信号确定工作周期，从而产生PWM信号，并把该PWM信号与从位置检测单元40输入的转子位置信号相合并，以输出具有预定工作周期的PWM信号作为最上方开关元件(QA+)的栅极信号，以输出具有100％的工作周期的PWM信号作为最下方开关元件(QA-)的栅极信号。
另外，在开关元件(QA+,QA-)截止之后，控制单元70在预定时间段内(T2:100μs-200μs；由电动机形状、材料和尺寸等所决定)输出具有预定工作周期的PWM信号，作为开关元件(QA+,QA-)的栅极信号。
接着，开关元件(QA+,QA-)根据从控制单元70输出的栅极信号进行开关操作，从而使电流(i)在开关磁阻电动机20中流动。
在此时，在开关元件(QA+,QA-)的“导通”区域(T1)结束的时间点处(换句话说，即，开关元件(QA+,QA-)截止的时间点)，产生第一径向力；并且在预定时间段(T2)结束的时间点处，产生第二径向力，其中，由于第二径向力的产生比第一径向力滞后180度相位，因此，第一径向力和第二径向力相互抵消以减小最终的径向力，从而减小由于径向力所产生的噪声。
尽管上文中已经对A相操作进行的描述，但是由B相和C相的操作过程与A相相同，因此，根据连续减小的径向力，由径向力所产生的开关磁阻电动机的噪声被减弱。
同时，如图8中所示，在本发明第二实施例的SRM驱动装置中，控制单元70把从位置检测单元40输出的转子位置信号与自生的PWM信号相合并，以输出具有逐步减小的工作周期的PWM信号作为最上方开关元件(QA+)和最下方开关元件(QA-)的栅极信号。接着，开关元件(QA+,QA-)根据从控制单元70输出的栅极信号而进行开关操作，从而使电流(i)在开关磁阻电动机20中流动。
在此时，由于从控制单元70中输出的栅极信号是工作周期在T1和T2区域上逐步减小的PWM信号，因此，不存在开关元件(QA+,QA-)都截止的区域。
因此，在开关磁阻电动机20驱动过程中产生的径向力被减弱，使得由径向力产生的噪声减小。
另外，尽管上文描述已经解释了A相的操作，由于B相和C相的操作过程与A相操作相同，因此，根据连续减小的径向力，由径向力所产生的开关磁阻电动机的噪声被减弱。
从上文显然可以看出，本发明的开关磁阻电动机的优点在于，当开关磁阻电动机被驱动时产生的径向力被减弱，从而降低开关磁阻电动机的噪声。

Claims (2)

1．一种开关磁阻电动机驱动装置，其特征在于，该装置包括：
位置检测单元，用于当SRM被驱动时检测转子的位置；
逆变器，用于根据开关元件的开关操作提供电能以驱动开关磁阻电动机；以及
控制单元，用于在开关元件闭合之后的预定时间内合并从位置检测单元输出的转子位置信号和自生的脉宽调制信号，以把开关元件的栅极信号输出，并且输出作为开关元件的栅极信号的具有预定工作周期的脉宽调制信号。
2．一种开关磁阻电动机驱动装置，其特征在于，该装置包括：
位置检测单元，用于当开关磁阻电动机被驱动时检测转子的位置；
逆变器，用于根据开关元件的开关操作提供电压以驱动开关磁阻电机；以及
控制单元，用于合并转子位置信号和自生的脉宽调制信号，以输出具有逐渐减小的工作周期的开关元件的栅极信号，作为开关元件的栅极信号。
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