CN1893253A - 三相bldc电机控制器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种控制三相直流无刷(BLDC)电机的方法，包括：(a)通过使电流流向三相中的两相，设置三相BLDC电机的转子；(b)通过换相转动转子；(c)检测位置检测时刻，其中在所述位置检测时刻处，由转子转动在非激励相中产生的感应电动势电压的符号最初改变；以及(d)根据在所述位置检测时刻检测到的非激励相中感应电动势电压的大小计算转子的转速。于是，本发明提供了一种直流无刷(BLDC)电机控制器及其控制方法，准确地检测转子的位置检测时刻，从而确定转子的转速，并最小化初始驱动三相BLDC电机期间的噪声和振动。

Description

三相BLDC电机控制器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种三相直流无刷(BLDC)电机控制器及其控制方法，更具体地，涉及一种能在初始驱动BLDC电机期间减小振动的三相直流无刷(BLDC)电机控制器及其控制方法。
本申请要求2005年6月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0056626的权益，该申请的公开内容在此通过引用并入本申请。
背景技术
一般说来，直流无刷(BLDC)电机指的是机械接触部件如电刷和换向器被电机控制器所代替的直流电机。因为BLDC电机没有机械接触部件，因此它可以提供高转速，并且避免了噪声的产生和电刷的磨损。
因为BLDC电机控制器通过使用了开关元件的逆变器电路进行换向，因此它需要电机转子的位置信息。三相BLDC电机控制器利用其中一相的反电动势电压，即感应电动势电压(在下文中，称作感应电动势电压)来获得位置信息。也就是说，三相BLDC电机控制器可以根据一相的感应电动势电压的大小来计算转子的转速，进而基于计算所得的转速，根据时间确定转子的位置。如果确定了转子的位置，就可以计算出换相时刻，并通过在所计算的换相时刻进行换相来转动三相BLDC电机的转子。
然而，传统的三相BLDC电机控制器在初始驱动三相BLDC电机时采用同步操作来转动转子，而不是基于感应电动势电压的大小来转动转子。
如图1所示，三相BLDC电机控制器给三相中的两相提供电流，以设置转子，并执行同步操作。经过一段时间后，三相BLDC电机控制器将执行标准操作。
在同步操作中，转子根据预设的换相定时和脉冲宽度调制(PWM)占空比来转动。此时，三相BLDC电机的负荷扭矩可能使电机的驱动特性恶化。
例如，在具有BLDC电机的冰箱的往复式压缩机中，在初始驱动期间，负荷扭矩可能因输入部分和输出部分之间的制冷剂压力差而改变。如果根据假设的特定负荷扭矩调整换相定时和PWM占空比来执行同步操作，那么所假设的负荷扭矩和实际负荷扭矩可能不相等。这样将增加所产生的驱动噪声和振动。此外，当换相定时和转子位置之间的同步异常时，可能发生过流而导致初始驱动失败。
现在，参考图2来描述不执行同步操作的三相BLDC电机。
如图2中所示，如果转子在设置到“U+V-”的方向上之后，系统换相到“U+W-”，转子将从位置21转动到位置22和位置23。但是，在到达“U+W-”位置之前，转子并没有经过“V”相即非激励相的线圈。转子转动在“V”相中产生的感应电动势电压的符号没有改变。
即使在非激励相中产生的感应电动势电压的符号不变，如果在非激励相中检测到感应电动势电压的大小，基于所检测的感应电动势电压计算的转子转速仍可能是不正确的。
如果根据错误的转子转速进行换相，三相BLDC电机将产生噪声和振动或者初始驱动失败。
在初始驱动三相BLDC电机期间，如果检测到用于检测感应电动势电压的精确时刻，那么转子将不需要同步操作即可转动，并且可以最小化初始驱动三相BLDC电机期间产生的噪声和振动。
发明内容
据此，本发明的一个方面提供了一种直流无刷(BLDC)电机控制器及其控制方法，准确地检测转子的位置检测时刻，从而确定转子的转速，并最小化初始驱动三相BLDC电机期间的噪声和振动。
本发明的其他方面和/或优点部分将在下述的描述中阐明，部分将从描述中显而易见，还有部分会在实施本发明的过程中认识到。
通过提供了一种控制三相直流无刷(BLDC)电机的方法，也实现了本发明的前述和/或其他方面，根据本发明的实施例，该方法包括：(a)通过使电流流向三相中的两相，设置三相BLDC电机的转子；(b)通过换相转动转子；(c)检测位置检测时刻，其中在所述位置检测时刻，由转子转动在非激励相中产生的感应电动势电压的符号最初改变；以及(d)根据在所述位置检测时刻检测到的非激励相中感应电动势电压的大小计算转子的转速。
根据本发明的另一实施例，(a)包括使电流由第一相流向第二相来设置转子，并且(b)的换相部分包括将电流的流向由第一相流向第二相改变为由第二相流向第三相。
根据本发明的另一实施例，(a)包括使电流由第一相流向第二相来设置转子，并且(b)的换相包括将电流的流向由第一相流向第二相改变为由第一相流向第三相，然后再改变为由第二相流向第三相。
根据本发明的另一实施例，该方法还包括：在进行完(d)之后，根据计算出的转子转速，确定下一换相时刻；以及在所确定的换相时刻换相，使电流由第三相流向第一相。
根据本发明的另一实施例，换相时刻包括转子的转动位置与由第二相流向第三相的电流所形成的磁场方向之间形成大约60°大小的电角度的时刻。
通过提供了一种控制三相直流无刷(BLDC)电机的设备，也实现了本发明的前述和/或其他方面，该设备包括：逆变器，驱动三相BLDC电机；控制器，控制逆变器，通过使电流流向三相中的两相来设置转子，确定换相模式，所述换相模式使初始的位置检测时刻就是非激励相中感应电动势电压符号改变的时刻，并且根据所确定的换相模式进行换相；和速度检测器，在所述位置检测时刻检测非激励相的感应电动势电压的大小，并根据所检测的感应电动势电压大小计算转子的转速。
根据本发明的另一实施例，如果控制器进行控制以使电流由第一相流向第二相来设置转子，则控制器根据换相模式，控制逆变器以使电流由第二相流向第三相来进行换相。
根据本发明的另一实施例，如果控制器进行控制以使电流由第一相流向第二相来设置转子，则控制器根据换相模式，控制逆变器在预定一段时间内使电流由第一相流向第三相然后使电流由第二相流向第三相来进行换相。
根据本发明的另一实施例，控制器控制逆变器，来根据所计算的转子转速确定换相时刻，并且根据所确定的换相时刻，使电流由第三相流向第一相来进行换相。
根据本发明的另一实施例，换相时刻包括转子的转动位置与由第二相流向第三相的电流所形成的磁场方向之间形成大约60°大小的电角度的时刻。
附图说明
根据如下结合附图对实施例的描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得显而易见且更易于理解，附图中：
图1是传统直流无刷(BLDC)电机的控制流程图；
图2图示了根据传统三相BLDC电机转动的位置检测时刻；
图3是根据本发明的BLDC电机控制器的控制框图；
图4图示了根据本发明三相BLDC电机转动的位置检测时刻；
图5A和5B图示了根据本发明的三相BLDC电机的初始驱动期间的换相模式。
具体实施方式
下面将详细说明本发明的实施例，附图中图示了本发明的示例，附图中相似的标号始终表示相似的元件。
如图3所示，三相直流无刷(BLDC)电机控制器包括逆变器31、控制器32和速度检测器33。该三相BLDC电机控制器还可以包括变流器35和电源34。
变流器35将来自电源34的交流电转换成直流电。
逆变器31将经过变流器35转换得到的直流电转换成三相交流电后供给三相BLDC电机36。逆变器31中所包括的开关元件执行类似直流电机中电刷和换向器的功能。
控制器32控制逆变器31来给三相中的两相提供电流，从而设置转子。控制器32确定换相模式，以使初始位置检测时刻即为非激励相的感应电动势电压符号改变的时刻，然后根据确定的换相模式进行换相。
速度检测器33在所述位置检测时刻处检测非激励相的感应电动势电压的大小，并根据所检测的感应电动势电压的大小计算转子的转速。
于是，在初始驱动三相BLDC电机36期间，通过精确检测转子的位置检测时刻来确定转子的转速。根据基于在所述位置检测时刻检测到的非激励相感应电动势电压的大小所计算的转子转速，确定三相BLDC电机36的精确换相时刻。
以下将参照图4具体描述根据本发明的三相BLDC电机控制器的控制方法。规定三相BLDC电机36的各相分别为“U相”、“V相”和“W相”。作为本发明的示例，控制器32控制逆变器31提供从U相流向V相的电流来设置转子。
“U+V-”、“U+W-”、“V+W-”、“V+U-”、“W+U-”、“W+V-”表示电流在三相BLDC电机36各相中的流向类型。比如，“U+V-”表述电流从U相流向V相的换相模式。“W+U-”表示电流从W相流向U相的换相模式。
最初，通过从U相流向V相的电流，将转子设置在“U+V-”的方向上。转子由于换相而转动，当转子经过非激励相时，从非激励相生成的感应电动势电压的信号改变。如果感应电动势电压信号改变的时刻等于检测感应电动势电压大小的位置检测时刻，就可以通过在该位置检测时刻处检测到的感应电动势电压大小来检测转子的转速。
例如，当转子被设置在“U+V-”的方向后，如果电流从V相流向W相，即系统换相到“V+W-”，那么转子将开始逆时针转动。此时，转子的设置方向和“V+W-”换相形成的磁场方向之间形成大约120°大小的电角度。
在转动的过程中，转子将经过U相的线圈。此时，U相中感应电动势电压的符号最初改变，并且由于此时状态已换相到“V+W-”，U相是非激励相，因此感应电动势电压符号改变的时刻就是位置检测时刻。此时转子位置和“V+W-”换相形成的磁场方向之间形成大约90°大小的电角度。
在位置检测时刻检测U相中感应电动势电压的大小，以用于计算转子的转速。这样，可以精确计算转子的转速，并且可以根据计算得到的转子转速，确定换相时刻。
换相时刻可以是转子经过U相后到达“U+W-”的时刻。也就是说，该换相时刻处转子的位置和“V+W-”换相形成的磁场方向之间形成大约60°大小的电角度。
在转子到达“U+W-”方向的时刻，系统将换相到“V+U-”。接下来，如上所述，转子经过W相的时刻也是位置检测时刻。根据在该位置检测时刻处检测到的W相中感应电动势电压，计算转子的转速，并且根据计算得到的转子转速，在转子到达“V+W-”方向的时刻换相到“W+U-”。
由此，三相BLDC电机36精确地检测转子的转速。在根据此精确转速进行换相来转动转子时，可以最小化初始驱动期间所产生的噪声和振动。
图5A图示了与不同的转子设置方向相关的换相模式的示例，可以用来计算初始驱动三相BLDC电机36期间转子的精确转速。
如图中所示，当转子被设置在“U+V-”方向时，系统换相到“V+W-”。如果转子被设置在“U+W-”方向，系统换相到“V+U-”。于是，可以检测位置检测时刻，在该时刻转子转动在非激励相中产生的感应电动势电压的符号最初改变。而且，可以根据在该位置检测时刻检测到的非激励相中感应电动势电压的大小，计算转子的精确转速。
图5A图示了与转子的一个设置方向相对应的一种换相模式。可以提供一种方法来改进三相BLDC电机36的初始加速特性。
例如，如果在转子被设置在“U+V-”方向上时，系统在换相到“V+W-”之前一段较短的时间内换相到“U+W-”，由于换相到“U+W-”，改进了转子的加速特性，并且通过换相到“U+W-”可以计算转子的精确转速。
图5B图示了根据转子转动方向的另一换相模式示例。
如图中所示，如果在转子设置为“U+V-”方向时系统换相到“W+U-”，那么图4中所示的转子将沿顺时针方向转动，并且V相中检测到的感应电动势电压的符号在转子经过V相时改变。于是，可以根据V相中感应电动势电压的大小来计算转子的精确转速。
这里略去根据计算出的转速来换相的过程，这与上面参照图5A所描述的换相过程相对应。
尽管已经示出并描述了本发明的一些实施例，但是本领域技术人员将认识到，在不背离本发明的原理和精神的前提下，可以在这些实施例中做出修改，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种控制三相直流无刷(BLDC)电机的方法，包括：
(a)通过使电流流向三相中的两相，设置三相BLDC电机的转子；
(b)通过换相转动转子；
(c)检测位置检测时刻，其中在所述位置检测时刻，由转子转动在非激励相中产生的感应电动势电压的符号最初改变；以及
(d)根据在所述位置检测时刻检测到的非激励相中感应电动势电压的大小计算转子的转速。
2.根据权利要求1所述的方法，其中(a)包括使电流由第一相流向第二相来设置转子，并且(b)的换相包括将电流的流向由第一相流向第二相改变为由第二相流向第三相。
3.根据权利要求1所述的方法，其中(a)包括使电流由第一相流向第二相来设置转子，并且(b)的换相包括将电流的流向由第一相流向第二相改变为由第一相流向第三相，然后改变为由第二相流向第三相。
4.根据权利要求2或3所述的方法，还包括：在进行完(d)之后，根据计算出的转子转速，确定下一换相时刻；以及在所确定的换相时刻换相，使电流由第三相流向第一相。
5.根据权利要求4所述的方法，其中换相时刻包括转子的转动位置与由第二相流向第三相的电流所形成的磁场方向之间形成大约60°大小的电角度的时刻。
6.一种控制三相直流无刷(BLDC)电机的设备，包括：
逆变器，驱动三相BLDC电机；
控制器，控制逆变器，通过使电流流向三相中的两相来设置转子，确定换相模式，所述换相模式使初始的位置检测时刻就是非激励相中感应电动势电压符号改变的时刻，并且根据所确定的换相模式进行换相；以及
速度检测器，在所述位置检测时刻检测非激励相的感应电动势电压的大小，并根据所检测的感应电动势电压大小计算转子的转速。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，如果控制器进行控制以使电流由第一相流向第二相来设置转子，则控制器根据换相模式，控制逆变器以使电流由第二相流向第三相来进行换相。
8.根据权利要求6所述的设备，其中，如果控制器进行控制以使电流由第一相流向第二相来设置转子，则控制器根据换相模式，控制逆变器在预定一段时间内使电流由第一相流向第三相然后使电流由第二相流向第三相来进行换相。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其中，控制器控制逆变器，来根据所计算的转子转速确定换相时刻，并且根据所确定的换相时刻，使电流由第三相流向第一相来进行换相。
10.根据权利要求9所述的设备，其中换相时刻包括转子的转动位置与由第二相流向第三相的电流所形成的磁场方向之间形成大约60°大小的电角度的时刻。
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