CN111654211B - 无刷直流电机用的驱动装置及电机系统 - Google Patents

Abstract

本发明在抑制低转速时转矩下降的同时抑制噪音或振动的产生。波形控制部在从上位装置取得旋转开始的信号后，在直到最初从元件取得检测出旋转基准的旋转位置的信号为止的期间，向波形输出部输出用于对无刷直流电机进行中间值通电驱动的信号，在从元件取得检测出旋转基准的旋转位置的信号后，向波形输出部输出用于对无刷直流电机进行正弦波通电驱动的信号，波形控制部在对无刷直流电机进行中间值通电驱动时，对n相的绕组中的一个相的绕组，输出用于施加与角度θM(其中，角度θM是转子停止时旋转基准所位于的旋转范围中包含的角度)的正弦值相当的电压的信号，对剩余的相的绕组，输出用于施加与相对于角度θM而具有与正弦波通电驱动时同样的相位差的角度的正弦值相当的电压的信号。

Description

无刷直流电机用的驱动装置及电机系统

技术领域

本发明涉及无刷直流电机用的驱动装置及电机系统。

背景技术

作为无刷直流电机的驱动方式，已知有正弦波通电驱动。正弦波通电驱动比矩形波通电驱动效率高。

然而，作为无刷直流电机中的转子的位置检测元件，采用了霍尔元件。通过采用霍尔元件，能够实现无刷直流电机的低成本化。

但是，在采用霍尔元件的无刷直流电机中，例如，在启动时等的低转速时，会在通电时序中产生偏差(滞后或提前)。作为其结果，会发生转矩下降。

为了解决上述问题，已知有下述专利文献1中记载的无刷直流电机驱动装置。在该驱动装置中，在电机启动后直到成为一定转速为止实施矩形波通电驱动，在成为一定转速后实施正弦波通电驱动。由此，能够抑制转矩下降。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-242432号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在所述以往的无刷直流电机用的驱动装置中，低转速时(矩形波通电驱动时)噪音或振动变大。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，在抑制低转速时转矩下降的同时，抑制噪音或振动的产生。

解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明提出以下方案。

本发明的一形态涉及的无刷直流电机用的驱动装置，其是对无刷直流电机进行驱动的装置，该无刷直流电机具备：转子；使所述转子旋转的n相的绕组；以及以规定间隔检测设置于所述转子的旋转基准的旋转位置的元件，其中n为2以上的自然数，该无刷直流电机用的驱动装置具备：旋转位置取得部，其从所述元件取得信号；波形控制部，其分别从上位装置和所述旋转位置取得部取得信号；以及波形输出部，其基于来自所述波形控制部的信号对所述n相的绕组施加电压，所述波形控制部在从所述上位装置取得旋转开始的信号后，在直到从所述元件最初取得检测出所述旋转基准的旋转位置的信号为止的期间，向所述波形输出部输出用于对所述无刷直流电机进行中间值通电驱动的信号，所述波形控制部在从所述元件取得检测出所述旋转基准的旋转位置的信号后，向所述波形输出部输出用于对所述无刷直流电机进行正弦波通电驱动的信号，所述波形控制部在对所述无刷直流电机进行所述中间值通电驱动时，对所述n相的绕组中的一个相的绕组，输出用于施加与角度θM的正弦值相当的电压的信号，对剩余的相的绕组，输出用于施加与相对于所述角度θM而具有与所述正弦波通电驱动时同样的相位差的角度的正弦值相当的电压的信号，其中，所述角度θM是利用由所述元件检测出的旋转位置区划的多个旋转范围中的、所述转子停止时所述旋转基准所位于的所述旋转范围中包含的规定的角度。

在该情况下，例如，与无刷直流电机在旋转开始时被矩形波通电驱动的情况相比，可以将对各相绕组施加的电压值设定为从输出效率的观点来看适宜的值。由此，能够在抑制低转速时转矩下降的同时，抑制噪音或振动的产生。

也可以是，对于所述多个旋转范围的每个，在所述正弦波通电驱动时，从其旋转范围的起点θS到终点θE为止，对所述n相的绕组分别施加的电压值单调增加或单调减少，所述角度θM是在所述转子停止时所述旋转基准所位于的所述旋转范围的中间角度。

在该情况下，转子的旋转基准在旋转范围内位于起点θS侧还是位于终点θE侧，都可以将对各相绕组施加的电压值设定为从输出效率的观点来看适宜的值。

此外，旋转范围的中间角度不限于旋转范围的起点θS和终点θE的中央值(即(θS+θE)/2)。旋转范围的中间角度也可以相对于所述中央值具有从输出效率的观点来看没有问题程度的差(例如，(θE-θS)的10％左右)。

也可以是，所述波形控制部基于所述旋转位置取得部的信号，判定所述转子停止时所述旋转基准所位于的所述旋转范围。

在该情况下，例如，不需要预先存储转子停止时旋转基准所位于的旋转范围，能够实现装置结构(存储装置)的简化等。

也可以是，所述n相的绕组是3相的绕组，所述元件以电角度60°间隔检测所述旋转基准的旋转位置。

在该情况下，例如，也可以将驱动装置适用于一般的三相两极的无刷直流电机等。

所述元件也可以是霍尔元件。

在该情况下，例如，能够实现驱动装置的低价格化等。

本发明的一形态涉及的电机系统具备无刷直流电机、以及所述无刷直流电机用的驱动装置，该无刷直流电机具备：转子；使所述转子旋转的n相的绕组；以及以规定间隔检测设置于所述转子的旋转基准的旋转位置的元件，其中n为2以上的自然数。

发明效果

根据本发明，能够在抑制低转速时转矩下降的同时，抑制噪音或振动的产生。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的电机系统的控制框图。

图2是说明图1所示的电机系统的驱动电压的时序图。

图3是说明图1所示的电机系统的控制方法的流程图。

附图标记说明

10 电机系统

20 无刷直流电机

21 转子

21a 旋转基准

22 绕组

23 霍尔元件

30 驱动装置

31 旋转位置取得部

32 波形控制部

33 波形输出部

40 上位装置。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一实施方式涉及的电机系统10进行说明。

如图1所示，电机系统10具备无刷直流电机20(以下称为“电机20”)、以及电机20用的驱动装置30。电机系统10也可以是电机20和驱动装置30成为一体的结构(所谓的智能电机)，还可以是电机20与驱动装置30不是一体的结构。

电机20具备：转子21；与转子21在径向对置的、使转子21旋转的n相(n为2以上的自然数)的绕组22(线圈)；以及霍尔元件23(元件)，其以规定的电角度θR间隔检测设置于转子21的旋转基准21a的旋转位置。

转子21具有2极的磁极。该电机20中，机械角度与电角度一致。将转子21的旋转基准21a例如设为2极的磁极的交界。此外，转子21也可以具有4极以上的磁极。转子21既可以是内转子，也可以是外转子。转子21既可以是嵌入磁铁式，也可以是表面磁铁式。

电机20具备3相的绕组22。换言之，所述n＝3。绕组22具备U相的绕组22、V相的绕组22、和W相的绕组22。绕组22卷缠于定子。此外，可以将定子的槽数(齿数)例如设定为相数(本实施方式中为3)的任意倍数(本实施方式中为3、6、9等)。

霍尔元件23以电角度60°间隔检测转子21的旋转基准21a的旋转位置。换言之，所述θR＝60°。在本实施方式中，机械角度与电角度一致，霍尔元件23以机械角度60°间隔检测转子21的旋转位置。由于霍尔元件23以电角度60°间隔检测转子21的旋转位置，从而，在电角度1周360°间，

按每个60°，区划了6个(多个)旋转范围。

驱动装置30例如包含微机。驱动装置30基于来自上位装置40的信号使电机20旋转。驱动装置30具备旋转位置取得部31、波形控制部32以及波形输出部33。

旋转位置取得部31从霍尔元件23取得信号。旋转位置取得部31例如包含霍尔放大器。旋转位置取得部31将来自霍尔元件23的信号(输出)放大后向波形控制部32输出。

波形控制部32例如包含PWM驱动电路和PWM比较器。波形控制部32分别从上位装置40和旋转位置取得部31取得信号。波形控制部32从上位装置40取得用于进行电机20的启动/停止的ON/OFF信号及作为电机20的转速目标值的信号。波形控制部32从旋转位置取得部31取得关于转子21的旋转基准21a的旋转位置的信号。

波形控制部32基于分别来自上位装置40和旋转位置取得部31的信号，例如决定占空比等。波形控制部32基于分别来自上位装置40和旋转位置取得部31的信号，向波形输出部33输出用于使绕组22通电的信号。

波形输出部33例如包含前置驱动器和逆变器电路(驱动器)。波形输出部33基于来自波形控制部32的信号向3相的绕组22施加电压，使转子21旋转。

接着，参照图2和图3，对电机系统10中的电机20的驱动方法(电机系统10的控制方法)进行说明。在该驱动方法中，作为驱动方式将正弦波通电驱动设为基本。下面，首先对正弦波通电驱动进行说明。

如图2的下部所示，正弦波通电驱动中，向各相的绕组22输入相位错开的正弦波电压。在图示的例中，以对U相的绕组22施加的正弦波电压为基准。对V相的绕组22施加相对于U相的正弦波电压使相位错开电角度-120°的正弦波电压。对W相的绕组22施加相对于U相的正弦波电压使相位错开电角度-240°的正弦波电压。此外，对于这些正弦波电压的施加，例如，通过施加调整了占空比的脉冲电压等来实现。

如图2的上部所示，与3相的绕组22对应地设置了三个霍尔元件23。三个霍尔元件23在转子21的旋转方向上，每隔电角度120°(本实施方式中，由于是二极对，也可以每隔机械角度120°)隔开间隔(等间隔)而配置。三个霍尔元件23具备U相的霍尔元件23、V相的霍尔元件23和W相的霍尔元件23。

三个霍尔元件23根据转子21的旋转基准21a的位置切换输出值。U相的霍尔元件23在旋转基准21a位于30°和210°的位置时切换输出值(图2所示的Hu)。V相的霍尔元件23在旋转基准21a位于150°和330°的位置时切换输出值(图2所示的Hv)。W相的霍尔元件23在旋转基准21a位于90°和270°的位置时切换输出值(图2所示的Hw)。

通过将三个霍尔元件23的输出值合成，将电角度的1周360°区划为：(1)30°～90°的第1旋转范围R1；(2)90°～150°的第2旋转范围R2；(3)150°～210°的第3旋转范围R3；(4)210°～270°的第4旋转范围R4；(5)270°～330°的第5旋转范围R5；和(6)330°～30°(390°)的第6旋转范围R6这六个旋转范围。此外，即使在这些第1旋转范围R1到第6旋转范围R6的任意一个中，都如图2的下部所示那样，对U相的绕组22、V相的绕组22、W相的绕组22所施加的正弦波电压的电压值从其旋转范围的起点θS到终点θE，为单调增加或单调减少。

接着，参照图2和图3，对电机20的驱动方法的流程进行说明。

此外，在下面，以在转子21停止时转子21的旋转基准21a位于(属于)第1旋转范围R1内的位置P(参照图2)的情况为前提来进行说明。但是，即使旋转基准21a位于其他旋转范围(第2旋转范围R2到第6旋转范围R6)的情况，也可以采用同样的方法。

如图3所示，波形控制部32在从上位装置40取得旋转开始的信号(启动信号)(S1)后，基于来自旋转位置取得部31的信号判定转子21的旋转基准21a所位于的旋转范围(S2)。此外，可以基于由多个霍尔元件23检测的信号的值的组合来估计旋转基准21a位于第1旋转范围R1到第6旋转范围R6中的哪个旋转范围。

在旋转位置的判定(S2)之后，在直到最初从霍尔元件23取得检测出旋转基准21a的旋转位置的信号为止的期间(S4：“否”)，向波形输出部33输出用于对电机20进行中间值通电驱动的信号(S3)。

如图2所示，波形控制部32在对电机20进行中间值通电驱动时(S3)，对3相的绕组22中的一个相的绕组22，输出用于施加与角度θM的正弦值相当的电压的信号。对3相的绕组22中的剩余的相的绕组22，输出用于施加与相对于角度θM而具有与正弦波通电驱动时同样的相位差的角度的正弦值相当的电压的信号。这时，在本实施方式中，对U相的绕组22施加与sinθM相当的恒压。对V相的绕组22施加与sin(θM-120°)相当的恒压。对W相的绕组22施加与sin(θM-240°)相当的恒压。

在此，角度θM是转子21停止时旋转基准21a所位于的旋转范围即第1旋转范围R1中包含的规定角度。具体地，角度θM是第1旋转范围R1的中间角度。第1旋转范围R1的起点θS是30°，第1旋转范围R1的终点θE是90°。在本实施方式中，θM是第1旋转范围R1的起点θS和终点θE的中央值、即(θS+θE)/2＝60°。

由此，本实施方式中的中间值通电驱动中，对U相的绕组22施加与sin60°(＝cos30°，图2所示的Pu)相当的恒压。对V相的绕组22施加与sin(-60°)(＝sin300°，图2所示的Pv)相当的恒压。对W相的绕组22施加与sin(-180°)(＝sin180°，图2所示的Pw)相当的恒压。

如图3所示，波形控制部32在从霍尔元件23取得检测出旋转基准21a的旋转位置的信号后(S4：“是”)，向波形输出部33输出用于对电机20进行正弦波通电驱动的信号(S5)。波形控制部32直到从上位装置40取得使电机20停止的信号为止(S6：“否”)，继续对电机20的正弦波通电驱动(S5)。

波形控制部32在从上位装置40取得了电机20的停止信号后(S6：“是”)，波形输出部33停止向绕组22的电压施加，电机20(转子21的旋转)停止。

如以上说明的那样，根据本实施方式的电机系统10，波形控制部32在从上位装置40取得旋转开始的信号后，在直到最初从霍尔元件23取得检测出旋转基准21a的旋转位置的信号为止的期间，向波形输出部33输出用于对电机20进行中间值通电驱动的信号。这时，对3相的绕组22中的一个相的绕组22施加与角度θM的正弦值相当的电压。另外，对3相的绕组22中的剩余的相的绕组22，施加与相对于角度θM而具有与正弦波通电驱动时同样的相位差的角度的正弦值相当的电压。因此，例如，与旋转开始时对电机20进行矩形波通电驱动的情况相比，可以将对各相的绕组22施加的电压值设定为从输出效率的观点来看适宜的值。由此，能够在抑制低转速时转矩下降的同时，抑制噪音或振动的产生。

角度θM是转子21停止时旋转基准21a所位于的旋转范围的中间角度。因此，转子21的旋转基准21a在旋转范围内位于起点θS侧还是位于终点θE侧，都可以将对各相的绕组22施加的电压值设定为从输出效率的观点来看适宜的值。

此外，旋转范围的中间角度不限于旋转范围的起点θS和终点θE的中央值(即(θS+θE)/2)。旋转范围的中间角度也可以相对于所述中央值，具有从输出效率的观点来看没有问题程度的差(例如，(θE-θS)的10％左右)。如本实施方式那样，在以规定的电角度60°间隔检测旋转基准21a的旋转位置的情况下，旋转范围的中间角度也可以相对于所述中央值具有6°左右的差。例如，第1旋转范围R1的中间角度也可以是54°～66°，作为所述角度θM，可以适宜地采用54°～66°中的任意一个值。

此外，本发明的技术范围不限定于所述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种改变。

角度θM也可以不是转子21停止时旋转基准21a所位于的旋转范围的中间角度。例如，角度θM也可以是转子21停止时旋转基准21a所位于的旋转范围中包含的其他角度。

电机20不限于三相两极。

其他，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以适宜地将所述实施方式中的构成要素置换为公知的构成要素，另外，也可以适当地组合所述的变形例。

Claims (6)

1.一种无刷直流电机用的驱动装置，其是对无刷直流电机进行驱动的装置，该无刷直流电机具备：转子；使所述转子旋转的n相的绕组；以及以规定位置间隔检测设置于所述转子的旋转基准的旋转位置并且发出信号的元件，其中n为2以上的自然数，该无刷直流电机用的驱动装置具备：

旋转位置取得部，其从所述元件取得信号；

波形控制部，其分别从上位装置和所述旋转位置取得部取得信号；以及

波形输出部，其基于来自所述波形控制部的信号对所述n相的绕组施加电压，

所述波形控制部在从所述上位装置取得旋转开始的信号后，在直到最初从所述元件通过旋转位置取得部取得由所述元件检测出所述旋转基准的旋转位置的信号为止的期间，向所述波形输出部输出用于对所述无刷直流电机进行中间值通电驱动的信号，

所述波形控制部在从所述元件通过旋转位置取得部取得由所述元件检测出所述旋转基准的旋转位置的信号后，向所述波形输出部输出用于对所述无刷直流电机进行正弦波通电驱动的信号，

所述波形控制部在对所述无刷直流电机进行所述中间值通电驱动时，对所述n相的绕组中的一个相的绕组输出信号，该信号用于通过所述波形输出部施加与角度θM的正弦值相当的电压，对剩余的相的绕组输出信号，该信号用于通过所述波形输出部施加与相对于所述角度θM而具有与所述正弦波通电驱动时同样的相位差的角度的正弦值相当的电压，

其中，所述角度θM是利用由所述元件检测出的所述旋转基准的旋转位置按照相同角度在电角度1周360°间划分出的多个旋转范围中的、所述转子停止时所述旋转基准所位于的所述旋转范围中包含的规定的电角度。

2.如权利要求1所述的无刷直流电机用的驱动装置，其中，

对于所述多个旋转范围的每个，在所述正弦波通电驱动时，从其旋转范围的起点θS到终点θE为止，对所述n相的绕组分别施加的电压值单调增加或单调减少，

所述角度θM是在所述转子停止时所述旋转基准所位于的所述旋转范围的中间角度。

3.如权利要求1或2所述的无刷直流电机用的驱动装置，其中，

所述波形控制部基于来自所述旋转位置取得部的信号判定所述转子停止时所述旋转基准所位于的所述旋转范围。

4.如权利要求1或2所述的无刷直流电机用的驱动装置，其中，

所述n相的绕组是3相的绕组，

所述元件以电角度60°间隔检测所述旋转基准的旋转位置。

5.如权利要求1或2所述的无刷直流电机用的驱动装置，其中，

所述元件是霍尔元件。

6.一种电机系统，其具备无刷直流电机、以及权利要求1至5中任意一项所述的无刷直流电机用的驱动装置，

该无刷直流电机具备：转子；使所述转子旋转的n相的绕组；以及以规定位置间隔检测设置于所述转子的旋转基准的旋转位置的元件，其中n为2以上的自然数。