CN205453574U - 直线电机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种直线电机的控制装置，包括：控制单元控制逆变桥电路中的第一开关器件和第二开关器件导通，从而给直线电机输出正方向的直流电；控制单元控制逆变桥电路中的第三开关器件和第四开关器件导通，从而给直线电机输出负方向的直流电。控制单元通过逆变桥电路中开关器件的导通和断开顺序，向直线电机施加正负交替的断续直流电压，从而使直线压缩机自然换向，实现谐振频率的自动跟随，因此无需再使用复杂的算法来检测谐振频率，大大降低了控制单元的开发难度。

Description

直线电机的控制装置

技术领域

本实用新型涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种直线电机的控制装置。

背景技术

目前直线电机和直线压缩机多采用正弦波控制，即控制器输出给电机两端的电压是经过正弦调制的PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)波，如图1所示。在使用正弦波控制时，控制器给定的正弦调制波频率就是电机的运行频率，该频率需要与直线压缩机的谐振频率保持一致，才能使电机的效率最高。目前通常采用位置传感器检测直线压缩机的谐振频率方法使直线电机的运行频率和直线压缩机的谐振频率保持一致，但压缩机内部的空间有限，不适合安装位置传感器，且位置传感器检测的可靠性也不高，因此逐渐被淘汰。而在没有位置传感器的情况下检测直线压缩机谐振频率的方法通常比较复杂，控制器的开发难度比较大。

实用新型内容

鉴于此，有必要针对传统的检测直线压缩机谐振频率方法复杂的问题，提供一种无需复杂的算法就能使直线压缩机自然换向、实现谐振频率自动跟随的直线电机的控制装置。

为达到实用新型目的，提供一种直线电机的控制装置，所述装置包括：

控制单元，用于控制逆变桥电路中的第一开关器件和第二开关器件导通，从而给直线电机输出正方向的直流电；

所述控制单元，还用于控制所述逆变桥电路中的第三开关器件和第四开关器件导通，从而给所述直线电机输出负方向的直流电；

其中，所述第一开关器件的第一端与所述控制单元的正极连接，第二端与所述直线电机的第一端连接；所述第二开关器件的第一端与所述直线电机的第二端连接，第二端与所述控制单元的负极连接；所述第三开关器件的第一端与所述控制单元的正极连接，第二端与所述直线电机的第二端连接；所述第四开关器件的第一端与所述直线电机的第一端连接，第二端与所述控制单元的负极连接。

在其中一个实施例中，所述控制单元用于控制所述第一开关器件和所述第二开关器件导通第一预设导通时间；

所述控制单元用于控制所述第三开关器件和所述第四开关器件导通第二预设导通时间。

在其中一个实施例中，所述控制单元，还用于控制逆变桥电路中的第一开关器件和第二开关器件导通第一预设导通时间之后，控制所述第一开关器件关断，所述直线电机通过所述第二开关器件和所述逆变桥导通电路中的第四单向导通器件放电；或者所述控制单元控制所述第二开关器件关断，所述直线电机通过所述第一开关器件和所述逆变桥导通电路中的第三单向导通器件放电，直至放电结束；

所述控制单元，还用于在所述控制单元控制所述逆变桥电路中的第三开关器件和第四开关器件导通第二预设导通时间之后，控制所述第三开关器件关断，所述直线电机通过所述第四开关器件和所述逆变桥电路中的第二单向导通器件放电，或者所述控制单元控制所述第四开关器件关断，所述直线电机通过所述第三开关器件和所述逆变桥电路中的第一单向导通器件放电，直至放电结束；

其中，所述第一单向导通器件与所述第一开关器件并联，所述第二单向导通器件与所述第二开关器件并联，所述第三单向导通器件与所述第三开关器件并联，所述第四单向导通器件与所述第四开关器件并联。

在其中一个实施例中，所述控制单元还用于在所述直线电机通过所述第二开关器件和所述第四单向导通器件放电或者通过所述第一开关器件和所述第三单向导通器件放电，直至放电结束之后，控制所有的开关器件关断，并检测所述直线电机的第一反电动势，在检测到所述第一反电动势过零点时，控制所述第三开关器件和所述第四开关器件导通第二预设导通时间；

所述控制单元还用于在所述直线电机通过所述第四开关器件和所述第二单向导通器件放电或者所述直线电机通过所述第三开关器件和所述第一单向导通器件放电，直至放电结束之后，控制所有的开关器件关断，并检测所述直线电机的第二反电动势，在检测到所述第二反电动势过零点时，控制所述第一开关器件和所述第二开关器件导通第一预设导通时间。

在其中一个实施例中，所述控制单元还用于在检测到所述第一反电动势过零点之后，延时第一预设延时时间；

所述控制单元还用于在检测到所述第二反电动势过零点之后，延时第二预设延时时间。

在其中一个实施例中，所述控制单元还用于检测所述直线电机的第一电流，判断所述第一电流是否为0；若是，则判定所述直线电机放电结束，并计算所述第一电流的第一放电时间；

所述控制单元还用于检测所述直线电机的第二电流，判断所述第二电流是否为0；若是，则判定所述直线电机放电结束；并计算所述第二电流的第二放电时间。

本实用新型的有益效果包括：

上述直线电机的控制装置，控制单元通过逆变桥电路中开关器件的导通和断开顺序，向直线电机施加正负交替的断续直流电压，从而使直线压缩机自然换向，实现谐振频率的自动跟随，因此无需再使用复杂的算法来检测谐振频率，大大降低了控制单元的开发难度。同时，还克服了无位置传感器谐振频率检测响应慢、抗干扰性差、精度低的问题。并且制单元输出的是正负交替的直流电，与直线的电机的功率因数无关，因此无需增加电容，降低了成本。

附图说明

图1为一个实施例中的直线电机正弦控制时端电压波形示意图；

图2为一个实施例中的直线电机的控制装置的结构示意图；

图3为一个实施例中的直线电机的控制装置中的逆变桥电路的示意图；

图4为一个实施例中的直线电机的控制装置的工作过程示意图；

图5为另一个实施例中的直线电机的控制装置的工作过程示意图；

图6为一个实施例中的直线电机的电压波形示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型直线电机的控制装置进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在一个实施例中，提供一种直线电机的控制装置，参见图2、图3，该装置包括：控制单元100，用于控制逆变桥电路200中的第一开关器件VT1和第二开关器件VT2导通，从而给直线电机输出正方向的直流电。控制单元100，还用于控制逆变桥电路中的第三开关器件和第四开关器件导通，从而给直线电机输出负方向的直流电。其中，第一开关器件VT1的第一端与控制单元的正极连接，第二端与直线电机M的第一端连接；第二开关器件VT2的第一端与所述直线电机的第二端连接，第二端与控制单元的负极连接；第三开关器件VT3的第一端与所述控制单元的正极连接，第二端与所述直线电机的第二端连接；第四开关器件VT4的第一端与所述直线电机M的第一端连接，第二端与控制单元的负极连接。

控制单元通过逆变桥电路中开关器件的导通和断开顺序，向直线电机施加正负交替的断续直流电压，从而使直线压缩机自然换向，实现谐振频率的自动跟随，因此无需再使用复杂的算法来检测谐振频率，大大降低了控制单元的开发难度。同时，还克服了无位置传感器谐振频率检测响应慢、抗干扰性差、精度低的问题。其中，开关器件为开关管。

值得说明的是，传统的直线电机的电压方程为其中，U是端电压，i是线圈电流，x是动子的位移，R是线圈电阻，L是线圈电感，K₀是反电势系数。在使用正弦交流电驱动直线电机时，由于直线电机的功率因数低(由于直线电机本身的特性，其电感系数比较大)，因此，控制单元输出的电压很大一部分都消耗在电感上，尤其是在直线电机的线圈电流i和运行频率比较大时，直线电机的电压很容易达到饱和。为了解决此问题，通常串联一个交流电容以改善直线电机的功率因数，串联电容后，直线电机的电压方程变为其中，C是串联的电容的容值，但使用串联电容，往往增加了成本。而本实施例中控制单元输出的是正负交替的直流电，与直线的电机的功率因数无关，因此无需增加电容，降低了成本。

在一个实施例中，控制单元100用于控制第一开关器件VT1和第二开关器件VT2导通第一预设导通时间t1。控制单元100用于控制第三开关器件VT3和第四开关器件VT4导通第二预设导通时间t4。

第一预设导通时间t1和第二预设导通时间t4是控制单元向直线电机M输出直流电的时间，第一预设导通时间t1和第二预设导通时间t4决定了直线压缩机活塞的行程，在实际的操作中，通过调节第一预设导通时间t1和第二预设导通时间t4的长短来控制活塞的行程，从而实现直线压缩机运动行程和上止点的控制。在直线电机M刚启动时，为了防止撞缸情况的发生，将第一预设导通时间t1设置的尽量小些。

在一个实施例中，控制单元100，还用于控制逆变桥电路中的第一开关器件和第二开关器件导通第一预设导通时间之后，控制第一开关器件VT1关断，直线电机M通过第二开关器件VT2和逆变桥导通电路中的第四单向导通器件D4放电；或者控制第二开关器件VT2关断，直线电机M通过第一开关器件VT1和逆变桥导通电路中的第三单向导通器件D3放电，直至放电结束。

控制单元100，还用于在控制逆变桥电路中的第三开关器件和第四开关器件导通第二预设导通时间之后，控制第三开关器件VT3关断，直线电机M通过第四开关器件VT4和逆变桥电路中的第二单向导通器件D2放电，或者控制第四开关器件VT4关断，直线电机M通过第三开关器件VT3和逆变桥电路中的第一单向导通器件D1放电，直至放电结束。

其中，第一单向导通器件D1与第一开关器件VT1并联，第二单向导通器件D2与第二开关器件VT2并联，第三单向导通器件D3与第三开关器件VT3并联，第四单向导通器件D4与第四开关器件VT4并联。

将直线电机中的电流进行放电，以使直线电机中没有电流，便于后续检测直线电机的反对电动势。其中，单向导通器件为二极管。优选的，二极管为续流二极管。

在一个实施例中，控制单元100还用于在直线电机M通过第二开关器件和第四单向导通器件放电或者通过第一开关器件和所述第三单向导通器件放电，直至放电结束之后，控制所有的开关器件关断，并检测所述直线电机的第一反电动势，在检测到所述第一反电动势过零点时，控制第三开关器件和所述第四开关器件导通。

控制单元100还用于在所述直线电机通过所述第四开关器件和所述第二单向导通器件放电或者所述直线电机通过所述第三开关器件和所述第一单向导通器件放电，直至放电结束之后，控制所有的开关器件关断，并检测所述直线电机的第二反电动势，在检测到所述第二反电动势过零点时，控制所述第一开关器件和所述第二开关器件导通。

由以上的描述中可知，控制单元是断续的向直线电机施加直流电的，在没有施加直流电的时间直线电机是在弹簧力和气体力的作用下自由振动的，因此，检测到反电动势过零点实际上已经包含了系统的谐振频率信息，控制单元无需再利用传感器或复杂的算法来检测谐振频率，大大降低了控制单元的开发难度。

在一个实施例中，控制单元100还用于在检测到第一反电动势过零点之后，延时第一预设延时时间t3。控制单元100还用于在检测到所述第二反电动势过零点之后，延时第二预设延时时间t6。

第一预设延时时间t3和第二预设延时时间t6是检测到直线电机的反电动势过零点后到控制单元输出电压的时间，在此期间，直线电机M是靠弹簧力牵引运动的，因此第一预设延时时间t3和第二预设延时时间t6不能太长，否则会导致直线电机停止运行或者再次换向。

在一个实施例中，控制单元100还用于检测直线电机M的第一电流，判断第一电流是否为0；若是，则判定直线电机M放电结束，并计算第一电流的第一放电时间t2。控制单元100还用于检测直线电机M的第二电流，判断第二电流是否为0；若是，则判定直线电机M放电结束，并计算第二电流的第二放电时间t5。

获得直线电机M的第一放电时间t2和第二放电时间t5能够较容易的获得直线电机的电压波形，直线电机的电压波形如图6所示。同时在放电时间结束后才检测直线电机的反电动势，避免非必要的检测。

为了更清楚的说明本实用新型直线电机的控制装置，以下结合直线电机的控制装置的工作过程进行详细的说明：

在一个实施例中，直线电机的控制装置的工作过程，如图4所示，包括：

S100，控制单元控制逆变桥电路中的第一开关器件VT1和第二开关器件VT2导通，从而给直线电机M输出正方向的直流电。

S200，控制单元控制逆变桥电路中的第三开关器件VT3和第四开关器件VT4导通，从而给直线电机M输出负方向的直流电。

其中，第一开关器件VT1的第一端与控制单元的正极连接，第二端与直线电机M的第一端连接；第二开关器件VT2的第一端与所述直线电机的第二端连接，第二端与控制单元的负极连接；第三开关器件VT3的第一端与所述控制单元的正极连接，第二端与所述直线电机的第二端连接；第四开关器件VT4的第一端与所述直线电机M的第一端连接，第二端与控制单元的负极连接。

本实施例中，控制单元通过逆变桥电路中开关器件的导通和断开顺序，向直线电机施加正负交替的断续直流电压，从而使直线压缩机自然换向，实现谐振频率的自动跟随，因此无需再使用复杂的算法来检测谐振频率，大大降低了控制单元的开发难度。同时，还克服了无位置传感器谐振频率检测响应慢、抗干扰性差、精度低的问题。并且本实施例中控制单元输出的是正负交替的直流电，与直线的电机的功率因数无关，因此无需增加电容，降低了成本。

在一个实施例中，控制单元控制第一开关器件VT1和第二开关器件VT2导通第一预设导通时间t1。控制单元控制第三开关器件VT3和第四开关器件VT4导通第二预设导通时间t4。

在一个实施例中，参见图5，步骤S100之后，还包括：

S110，控制单元控制第一开关器件VT1关断，直线电机M通过第二开关器件VT2和逆变桥导通电路中的第四单向导通器件D4放电；或者控制单元控制第二开关器件VT2关断，直线电机M通过第一开关器件VT1和逆变桥导通电路中的第三单向导通器件D3放电，直至放电结束。

步骤S200之后，还包括：

S210，控制单元控制第三开关器件VT3关断，直线电机M通过第四开关器件VT4和逆变桥电路中的第二单向导通器件D2放电，或者控制单元控制第四开关器件VT4关断，直线电机M通过第三开关器件VT3和逆变桥电路中的第一单向导通器件D1放电，直至放电结束。

其中，第一单向导通器件D1与第一开关器件VT1并联，第二单向导通器件D2与第二开关器件VT2并联，第三单向导通器件D3与第三开关器件VT3并联，第四单向导通器件D4与第四开关器件VT4并联。

在一个实施例中，在步骤S110之后，还包括：

S120，控制单元控制所有的开关器件关断，并检测所述直线电机的第一反电动势，在检测到第一反电动势过零点时，控制单元执行步骤S200。

在步骤S210之后，还包括：S220，控制单元控制所有的开关器件关断，并检测直线电机的第二反电动势，在检测到第二反电动势过零点时，执行步骤S100。

在一个实施例中，在步骤S120之后，还包括S130，延时第一预设延时时间t3。

在步骤S220之后，还包括S230：延时第二预设延时时间t6。

在一个实施例中，步骤S110包括：检测所述直线电机的第一电流，判断所述第一电流是否为0；若是，则判定直线电机放电结束，计算第一电流的第一放电时间t2。

步骤S210包括：检测直线电机的第二电流，判断第二电流是否为0；若是，则判定直线电机M放电结束，计算第二电流的第二放电时间t5。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例装置的工作过程中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种直线电机的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

控制单元(100)，用于控制逆变桥电路(200)中的第一开关器件和第二开关器件导通，从而给直线电机输出正方向的直流电；

所述控制单元(100)，还用于控制所述逆变桥电路(200)中的第三开关器件和第四开关器件导通，从而给所述直线电机输出负方向的直流电；

其中，所述第一开关器件的第一端与所述控制单元的正极连接，第二端与所述直线电机的第一端连接；所述第二开关器件的第一端与所述直线电机的第二端连接，第二端与所述控制单元的负极连接；所述第三开关器件的第一端与所述控制单元的正极连接，第二端与所述直线电机的第二端连接；所述第四开关器件的第一端与所述直线电机的第一端连接，第二端与所述控制单元的负极连接。

2.根据权利要求1所述的直线电机的控制装置，其特征在于，所述控制单元(100)用于控制所述第一开关器件和所述第二开关器件导通第一预设导通时间；

所述控制单元(100)用于控制所述第三开关器件和所述第四开关器件导通第二预设导通时间。

3.根据权利要求2所述的直线电机的控制装置，其特征在于，还包括第一单向导通器件，第二单向导通器件，第三单向导通器件和第四单向导通器件；所述第一单向导通器件与所述第一开关器件并联，所述第二单向导通器件与所述第二开关器件并联，所述第三单向导通器件与所述第三开关器件并联，所述第四单向导通器件与所述第四开关器件并联。