CN1318897A

CN1318897A - 开关型磁阻电动机的驱动设备及驱动方法

Info

Publication number: CN1318897A
Application number: CN00106829A
Authority: CN
Inventors: 郑润澈
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2001-10-24
Anticipated expiration: 2020-04-19
Also published as: DE10006607B4; JP2001008479A; KR100296308B1; DE10006607A1; ITMI20000115A1; IT1316308B1; CN1199343C; ITMI20000115A0; KR20010001442A; US6411060B1

Abstract

本发明涉及开关型磁阻电动机的驱动,尤其涉及能用少于相数的传感器检测SR电动机转子位置并能根据检测结果驱动SR电动机的驱动设备。在SR电动机起动的初始阶段,不执行位置检测,微处理器顺序输出多个控制信号,从而校准转子。起动后,微处理器根据位置检测单元的检测结果顺序输出所述多个控制信号。

Description

开关型磁阻电动机的驱动设备及驱动方法

本发明涉及开关型磁阻电动机(以下称为‘SR电动机’)的驱动，尤其涉及能利用少于相数的传感器检测SR电动机转子位置的SR电动机驱动设备，该驱动设备能根据检测结果驱动SR电动机。

为了准确驱动SR电动机，需要检测SR电动机转子的位置。为此，传感器的数量需要与相数一样多。根据传感器的检测结果，通过驱动转子来控制转子速度。

为方便起见，下面以三相SR电动机为例。图1是现有SR电动机驱动设备的电路图。标号10表示微处理器，20表示驱动电路，40表示位置检测单元。驱动电路30包括第一至第三驱动单元31、32、33。第一至第三驱动单元31、32、33分别将电流加到电动机定子的A相绕组La、B相绕组Lb和C相绕组Lc上。位置检测单元40包括检测转子每一相位置的第一至第三关传感器Sa、Sb、Sc，以及与三个光传感器Sa、Sb、Sc的操作相对应并将预定电压(5V)分别输出到驱动电路的第一至第三驱动单元31、32、33的三个开关晶体管Q7、Q8、Q9。另一方面，将带槽的传感器盘(未示出)插入SR电动机中，用于传感器Sa、Sb、Sc的操作。

下面描述现有SR电动机驱动设备的操作。

微处理器10将控制信号输出到SMP20。SMP20根据该控制信号将具有预定电平的直流电压输出到驱动电路30中。该直流电压经电容器C1和电阻R1转换后，施加到第一至第三驱动单元31、32、33上。在这种状态下，当位置检测单元40检测转子位置时，根据检测结果使第一至第三驱动单元31、32、33的其中之一工作。因此，电流被加到定子的A相、B相或C相绕组上，从而使转子旋转。

例如，当第一光传感器Sa被接通时，开关晶体管Q7导通。这样，5V的电压就被加到第一驱动单元31的下部开关晶体管Q4上。因此，下部开关晶体管Q4导通，且上部开关晶体管Q1也导通，于是形成由上部晶体管Q1、转子的A相绕组和下部开关晶体管Q4组成的电流路径。SMP20输出的直流电压加到A相绕组La上，由此使转子旋转。当转子被旋转预定角度时，断开第一光传感器Sa，接通第二光传感器Sb。开关晶体管Q8由于第二光传感器Sb的接通状态而导通，于是，使第二驱动单元32的下部开关晶体管Q5和上部开关晶体管Q2顺序导通。因此，SMP20输出的直流电压加到B相绕组Lb上，由此使转子不断地旋转。另一方面，通过第一驱动单元31的两个单向传动的二极管D1、D2除去A相绕组La产生的磁通，从而使转子平稳地旋转。

重复执行上述位置检测及驱动步骤，从而使转子不断地旋转。另一方面，为了改变电动机的转速，SMPS20可以根据来自微处理器10的控制信号改变直流电压的电平。根据直流电压电平改变转子的转速。

但是，现有的SR电动机驱动设备需要位置检测传感器例如光传感器的数量与相数一样多，以便检测转子每一相的位置。位置检测传感器价格很高。此外，增加了将位置检测传感器安装在SR电动机上的步骤。在任一位置检测传感器出现故障的情况下，SR电动机都不能正常运行。

因此，本发明的一个目的是用少于相数的位置检测传感器驱动开关型磁阻(SR)电动机。

为了实现本发明的上述目的，提供一种开关型磁阻(SR)电动机的驱动设备，所述设备包括：位置检测单元，用于利用一个位置检测传感器检测SR电动机的转子位置；以及微处理器，用于通过在SR电动机起动的初始阶段顺序输出多个控制信号来校准转子，并在起动SR电动机之后根据所述位置检测单元的检测结果顺序输出多个控制信号。

参考附图可以更好地理解本发明，这些附图仅用于图解，因此并不限制本发明。

图1是现有的SR电动机驱动设备的电路图；

图2是根据本发明第一实施例所述的SR电动机驱动设备的电路图；

图3是显示根据本发明第一实施例所述的SR电动机起动时的校准操作的流程图；

图4是显示根据本发明第二实施例所述的SR电动机起动时的校准操作的流程图；

图5是根据本发明第三实施例所述的SR电动机驱动设备的电路图；

图6是根据本发明第三实施例所述的SR电动机驱动方法的流程图；

图7是从图5中微处理器输出的控制信号波形图；以及

图8是说明根据本发明操作的SR电动机的剖面图。

图2是根据本发明第一实施例所述的开关型磁阻(SR)电动机驱动设备的电路图。如图所示，SR电动机驱动设备包括：整流平滑单元50，通过整流和平滑交流电源输出直流电压；驱动电路60，具有六个开关晶体管Q1-Q6，并将整流平滑后的直流电压施加到SR电动机每一相的绕组上；位置检测单元70，利用一个位置检测传感器Sa检测SR电动机的转子位置，并输出预定电压(5V)；微处理器80，接收预定电压(5V)，并输出顺序开关驱动电路60的六个开关晶体管Q1-Q6的控制信号C1-C3；以及缓冲器90，转换控制信号C1-C3的电平，并将控制信号C1-C3加到六个开关晶体管Q1-Q6中下部的三个晶体管Q4-Q6上。

整流平滑单元50包括普通电感器L1，电容器C2，二极管电桥BD1，以及与二极管电桥BD1并联连接的电容器C1和电阻R1。驱动电路60包括第一至第三驱动单元61、62、63。第一至第三驱动单元61、62、63分别将电流加到电动机定子的A相绕组La、B相绕组Lb和C相绕组Lc上。第一驱动单元61包括上部开关晶体管Q1，下部开关晶体管Q4，单向传动二极管D1、D2，用于稳定开关晶体管Q1、Q4运行的多个电阻R7、R21和电容器C11。两个开关晶体管Q1、Q4和A相绕组La形成一条电流路径。第二驱动单元62和第三驱动单元63的结构与第一驱动单元61相同。位置检测单元70包括光传感器Sa和开关晶体管Q7，光传感器Sa是检测转子位置的位置检测传感器，开关晶体管Q7根据光传感器Sa的操作进行切换，并向微处理器80输出预定电压(5V)。

现在描述根据本发明第一实施例所述的SR电动机驱动设备的操作。

现有的SR电动机驱动设备的位置检测单元使用三个传感器，因此，不管转子的位置如何，都能检测它的位置。但是，由于本发明所述的SR电动机驱动设备使用一个传感器，所以转子的位置检测受到限制，这影响到SR电动机的起动。在本发明的第一实施例中，在电动机起动的初始阶段，需要将转子校准在预定位置上，即位置检测单元70能够检测转子位置的位置。即，在SR电动机起动的初始阶段，在第一相上施加相电流，这样，转子被校准在与第一相相对应的定子的一个位置上。相电流加到与第一相相邻的第二相上，这样，转子被校准在与第二相相对应的定子的一个位置上。相电流加到与第二相相邻的第三相上，这样，转子被校准在与第三相相对应的定子位置上。因此，完成了转子的校准。现在参考图3来说明校准操作。

图3是本发明第一实施例所述的SR电动机起动时的校准操作的流程图。在步骤ST1中，微处理器80输出第一控制信号C1。第一控制信号C1的电平通过缓冲器90进行转换。将第一控制信号C1加到第一驱动单元61的下部开关晶体管Q4上，由此，下部开关晶体管Q4和上部开关晶体管Q1在预定时间内导通。因此，经整流平滑单元50整流平滑后的直流电压被加到转子的A相绕组La上，从而使转子旋转预定角度。这里，第一控制信号C1使脉宽调制(下文称为PWM)信号。通过第一PWM控制信号C1导通的下部开关晶体管Q4的导通时间足够长，使得转子凸极能够被拉向缠绕有A相绕组的定子凸极。

接着，在步骤ST2中，微处理器80输出第二PWM控制信号C2，由此将直流电压加到转子的B相绕组Lb上，从而使转子旋转预定角度。在步骤ST3中，微处理器80输出第三PWM控制信号C3，由此将直流电压加到转子的C相绕组Lc上，从而使转子旋转预定角度。结果，转子运动到位置检测单元40能检测其位置的位置上。在本发明中，直流电压顺序地加到A相绕组、B相绕组和C相绕组上。但是，这种顺序必须通过考察SR电动机起动后转子正常旋转期间的旋转方向来确定。在SR电动机具有图8所示的12×8的结构的情况下，并且在电动机起动后转子逆时针方向旋转的情况下，必须按A相绕组、B相绕组和C相绕组的顺序施加直流电压。相反，当转子顺时针方向旋转时，必须按定子的C相绕组、B相绕组和A相绕组的顺序施加直流电压。

当SR电动机的转子运动到预定位置时，即完成转子校准后，根据位置检测单元70检测到的结果，微处理器80输出使SR电动机转子旋转的控制信号C1、C2、C3。下面说明该操作。

当位置检测单元70的传感器Sa接通时，开关晶体管Q7导通，由此将预定电压(5V)输入到微处理器80中。微处理器80以预先设定的顺序依次输出控制信号C1、C2、C3。在缓冲器中对顺序输出的控制信号C1、C2、C3的电平进行转换。控制信号C1、C2、C3分别加到驱动电路60的第一驱动单元61的下部开关晶体管Q4、第二驱动单元62的下部开关晶体管Q5、第三驱动单元63的下部开关晶体管Q6上。另一方面，以控制信号C1、C2、C3的输出顺序确定SR电动机转子的旋转方向。因此，当输入预定电压(5V)时，微处理器80通过考察SR电动机当前的旋转方向确定控制信号C1、C2、C3的输出顺序。

本发明所述的转子转速由驱动单元61、62、63的下部开关晶体管Q4、Q5、Q6的导通时间确定。导通时间由控制信号C1、C2、C3确定。因此，与转子转速相对应的控制信号C1、C2、C3的图形是在微处理器80中预先设定的。当由位置检测单元70施加预定电压(5V)时，微处理器80以预定顺序输出具有预定图形的控制信号C1、C2、C3。

另一方面，在转子和定子的位置异常的情况下(通常不会出现)，即使根据本发明的第一实施例来完成转子的校准，转子也不运动，因此不能被校准。例如，当缠绕有A相绕组的定子凸极定位在两个转子凸极之间的中部时，并且在A相绕组上施加直流电压时，就不能通过本发明第一实施例的方法使转子运动。

本发明的第二实施例提供了一种在上述情况下校准转子的方法。根据本发明的第二实施例，与第一实施例相比，可以在更短的时间内完成校准操作(短期校准)，在不管转子位置的情况下，将短期校准执行几次，由此准确地完成校准。下面参照图4详细描述这项操作。

图4是显示本发明第二实施例所述SR电动机起动时校准操作的流程图。步骤ST12，ST13是执行短期校准的步骤，步骤ST11、ST14、ST15是重复短期校准的步骤。在执行步骤ST11-ST15之后，转子定位在能实现校准的位置上。此外，步骤ST16、ST17是执行第一实施例所提出的正常校准的步骤。

在步骤ST11中，微处理器80将标记值设为‘0’，并在步骤ST12中输出第一控制信号C1。因此，第一驱动单元61的下部开关晶体管Q4导通，由此将直流电压加到转子的A相绕组La上，从而使转子旋转预定角度。这里，与第一控制信号C1相对应的下部开关晶体管Q4的导通时间比图3所示的本发明第一实施例方法中与第一PWM控制信号C1相对应的下部开关晶体管Q4的导通时间短。即，由第一PWM控制信号C1控制的下部开关晶体管Q4的导通时间足够长，使得转子的凸极能够被拉向缠有A相绕组的定子凸极。相反，转子的凸极仅能稍微向缠有A相绕组的定子凸极运动。在步骤ST13中，微处理器80输出第二控制信号C2，由此使第二驱动单元32的下部开关晶体管Q5导通。直流电压加到转子的B相绕组Lb上，从而使转子旋转预定角度。在步骤ST14中，微处理器80增大标记值。

在重复执行步骤ST12-ST13之后，微处理器80将预设标记值与当前标记值相比较。预设标记值相当于执行步骤ST12-ST13的次数。

当步骤ST15的条件得到满足时，微处理器80在步骤ST16以低电平输出第一PWM控制信号C1，并在步骤ST17中在预定时间之后以高电平输出该信号。这里，第一PWM控制信号C1与第一实施例提到的第一PWM控制信号C1相同。如上所述，施加第一PWM控制信号C1，由此将转子校准在缠有A相绕组的定子的特定位置上。

根据本发明的第二实施例，短期校准被执行几次，由此使转子运动到能够被校准的位置。于是，转子离开不能执行校准的位置。此后，当转子进入能够执行校准的位置时，完成校准。

下面描述根据本发明第三实施例所述的SR电动机驱动设备。利用两个传感器检测转子的位置，并根据检测结果驱动转子。图5是根据本发明第三实施例所述的SR电动机驱动设备的电路图。如图5所示，位置检测单元70包括两个位置检测传感器Sa、Sb，利用这两个位置检测传感器Sa、Sb检测SR电动机的转子位置，并输出预定电压(5V)。微处理器80根据这两个位置检测传感器Sa、Sb检测出的结果分别输出相应的控制信号。在一段预定时间之后没有来自位置检测单元的检测结果被输入的情况下，微处理器80通过考察转子的旋转方向来判断转子的当前位置，并输出最终的控制信号。

下面参照图6和图7来说明根据本发明第三实施例所述的SR电动机驱动设备的详细操作。图6是本发明第三实施例所述的SR电动机驱动方法的流程图。图7是从图5中微处理器输出的控制信号的波形图。

在图6所示的步骤ST21中，当通过位置检测单元70的位置检测传感器Sa检测与定子A相相对应的转子的位置时，通过接线端11向微处理器80输入预定电压(5V)，由此，微处理器80在步骤ST22输出第一控制信号C1。即，如图7所示，假设在定子A相的电感开始增大的点Ta通过位置检测传感器Sa检测转子位置时，在点Ta通过接线端l1将预定电压5V输入到微处理器80中。则微处理器80以高电平输出第一控制信号C1。

此外，在步骤ST23中，当通过位置检测传感器Sb检测与定子B相相对应的转子的位置时，微处理器80在步骤ST24中通过接线端12输出第二控制信号C2。即，当预定电压(5V)在点Tb通过接线端12被输入时，微处理器80输出第二控制信号C2。

在预定时间之后即在点Tc之后没有通过接线端11或12输入预定电压(5V)的情况下，微处理器80判断与定子C相相对应的转子的位置，并在步骤ST25中在第二控制信号C2之后输出第三控制信号C3。

如上所述，根据本发明，利用比SR电动机相数少的位置检测传感器直接驱动SR电动机，从而降低位置传感器的成本。

由于本发明可以通过不脱离其实质或必要特征的不同方式来实现，因此应当理解，除非特别指出，否则本发明不受上述实施例中任何具体细节的限制，而是可以在权利要求限定的范围内广泛构建本发明，所以在权利要求范围内或等价于权利要求的任何修改都包括在权利要求之内。

Claims

1．一种开关型磁阻(SR)电动机驱动设备，包括：

驱动电路，包括多个开关晶体管，通过切换多个开关晶体管为SR电动机定子的每相绕组提供直流电压；

位置检测单元，用于利用一个位置检测传感器检测SR电动机的转子位置；以及

微处理器，用于通过在SR电动机起动的初始阶段顺序输出多个控制信号来校准转子，并在起动SR电动机之后根据所述位置检测单元的检测结果顺序输出多个控制信号，通过所述多个控制信号切换驱动电路的多个开关晶体管。

2．根据权利要求1所述的驱动设备，其中，转子被校准在能够被位置检测单元检测到的位置上。

3．根据权利要求1所述的驱动设备，其中，根据控制信号，多个开关晶体管在足够的时间内处于导通状态，使得转子凸极能够被拉向定子凸极。

4．根据权利要求1所述的驱动设备，其中，微处理器根据起动SR电动机之后转子的旋转方向顺序地输出控制信号。

5．根据权利要求1所述的驱动设备，其中，在SR电动机起动的初始阶段，微处理器在短时间内几次重复顺序输出控制信号的步骤，从而校准转子。

6．一种开关型磁阻(SR)电动机驱动设备，包括：

驱动电路，包括多个开关晶体管，通过切换多个开关晶体管将直流电压加到SR电动机定子的每相绕组上；

位置检测单元，用于利用两个位置检测传感器检测SR电动机的转子位置；以及

微处理器，用于根据两个检测传感器的检测结果输出相应的控制信号，以及根据转子的旋转方向判断转子的当前位置并输出最终的控制信号，当来自位置检测单元的检测结果在预定时间之后未被输入时，通过控制信号开关驱动电路的多个开关晶体管。

7．一种开关型磁阻(SR)电动机驱动方法，包括：

微处理器在SR电动机起动的初始阶段顺序地输出多个控制信号的步骤；

通过开关驱动电路的多个开关晶体管来校准转子并根据多个控制信号将直流电压加到定子绕组上的步骤；

在SR电动机起动之后，当通过一个位置检测传感器检测SR电动机的转子位置时，微处理器根据检测结果顺序地输出多个控制信号的步骤；以及

通过开关驱动电路的多个开关晶体管并根据多个控制信号将直流电压加到定子绕组上而使转子正常旋转的步骤。

8．根据权利要求7所述的方法，其中，转子被校准到能被一个位置检测传感器检测到的位置上。

9．根据权利要求7所述的方法，其中，根据控制信号，多个开关晶体管在足够的时间内处于导通状态，使得转子凸极能被拉向定子凸极。

10．根据权利要求7所述的方法，其中，微处理器根据起动SR电动机之后转子的旋转方向顺序地输出控制信号。

11．根据权利要求7所述的方法，其中，在SR电动机起动的初始阶段，微处理器在短时间内几次重复顺序输出控制信号的步骤，从而校准转子。