CN2870300Y

CN2870300Y - 一种无刷直流电机控制器

Info

Publication number: CN2870300Y
Application number: CNU2005201059136U
Authority: CN
Inventors: 芦刚; 李声晋
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2015-12-16

Abstract

一种无刷直流电机控制器，为了克服现有技术电磁兼容性差、可靠性低的缺陷，本实用新型采用每四个功率开关控制一相绕组的正反相工作的方式，与传统永磁无刷直流电机绕组结构的相比，电机各相绕组之间没有任何电气连接，它确保了有限电网的正常工作，降低了大功率无刷电机对外部其他电子设备的干扰。

Description

一种无刷直流电机控制器

(一)所属技术领域

本实用新型涉及一种电机控制器，尤其是一种适用于永磁无刷直流电机的控制器。

(二)背景技术

运动载体(如汽车)的电力作动及自动化需要永磁无刷直流电机能在有限容量供电、低电压(如24VDC、36VDC)条件下大功率、高转速运行，这就造成了永磁无刷直流电动机工作时控制电路的强电磁干扰辐射、控制器容错能力和无刷电机绕组的利用率等问题。

常规的三相无刷电机的控制器逆变结构使用六个开关管、六个二极管分别控制电机的三相绕组。这种逆变控制器和电枢绕组连接方法产生六个电机工作状态，每个状态都是两相绕组同时处于工作状态、另一相处于悬空状态。虽然工作方式简单、控制方法简便，但是在大功率、高转速条件下，常规电枢绕组大电流换相致使无刷电机拖动系统的电磁兼容性问题(传导及辐射)恶化；同时电机一相绕组或控制器一相桥臂故障，则电机及控制器只能停止工作，因此，工作可靠性低，另外，大电流无刷电机致使电机绕组的工艺及可实施性差，同时控制器的功率器件并联的可实施性也很差。

(三)发明内容

为了克服现有技术电磁兼容性差、可靠性低的缺陷，本实用新型提出了一种容错型多相功率桥臂无耦合无刷电机控制器结构，多相功率桥臂独立控制，且始终独立工作，与其他桥臂相互独立。可以有效缓解大电流无刷电机起动、运行过程中对有限电网的冲击，增强了无刷电机控制器的容错性，提高了运行可靠性，改善了无刷电机及其控制器的电磁兼容性等优点。

本实用新型包括若干个功率开关、二极管等主要部件，每四个功率开关控制一相绕组的正反相工作，每一个功率开关和一个二极管并联组成一组电路，并与另外一组串联，将这两组电路的两端分别接到电源的正负极上形成一套电路，同时另外一套电路也接到此电源上，绕组的两端分别接到这两套电路的串联中点，通过不同套电路的开关组合就可以控制绕组内电流的正负。所以如果电机有n相绕组，就有4n个功率开关对其绕组进行控制，与以往4个功率开关同时控制两相或多相绕组的方式不同。功率开关管可以是三极管、IGBT、MOSFET等。在控制拓扑结构中，功率开关管分为两种：上管和下管。举三极管为例：上管的集电极接到供电电源端，基极为PWM信号端，发射极与下管的集电极相连，下管的基极为PWM信号端，发射极与电源负端相连。将一相绕组的两个引出端分别接到两组上管与下管的连接处，第一组上管与第二组的下管开通时，绕组正向通电；第二组上管与第一组的下管开通时，绕组负向通电。

本实用新型更适合于六相桥臂、十二种工作状态电机控制器使用。

它与传统永磁无刷电机控制器结构不同之处在于：

1)电机控制器多相功率桥臂独立控制，增加了无刷电机每个运行状态同时工作的桥臂相数，通过增加桥臂换流的频率、降低了桥臂换相电流的幅值，有效缓解了运动载体用低电压、大电流无刷电机对有限电网的冲击，确保了有限电网其它任务设备的正常工作；同时，及大地改善了大电流无刷电机及PWM控制器运行时产生的传导和辐射电磁干扰性能。

2)与常规的三相桥臂无刷电机控制器结构的间歇工作相比，多相无耦合桥臂控制器始终单独控制、单独工作，提高了控制器各桥臂和电机电枢绕组的利用率；

3)采用多相无耦合功率桥臂结构，各功率桥臂间都相互独立。因此，任何一个功率器件或功率桥臂的损坏不影响其它功率桥臂的正常工作，较以往的耦合型三相功率桥臂控制结构的容错性有很大的改善。

本实用新型技术对运动载体场合(如汽车)低电压有限容量供电条件下，要求永磁无刷直流电机高速、大电流运行，针对多相无耦合电枢绕组无刷直流电动机，提出了多相无耦合功率桥臂控制结构。本实用新型技术既保留了原有无刷直流电机的调速性能好的优点，又具有对有限电网的冲击小、改善无刷电机及控制器的电磁兼容性、提高各功率桥臂和电枢绕组的利用率、改善控制器的工艺可实施性等优点。

(四)附图说明

图1是传统的桥臂耦合型三相无刷电机控制器逆变结构。

图2是本实用新型的多相桥臂无耦合无刷电机控制器的逆变结构示意图，图中只示例其中两相的结构，其它相结构与之相同。

图3是本实用新型的六相无耦合电枢绕组绕组无刷直流电机及控制的原理图。

图4是本实用新型的十二相无耦合电枢绕组绕组无刷直流电机及控制的原理图

(五)具体实施方式

图1是传统的桥臂耦合型三相无刷电机控制器逆变结构。T1、T2、T3、T4、T5、T6六个开关管控制三相绕组六个状态。

如图2所示，对于n相桥臂无耦合无刷电机而言，共有4n个功率开关器件；当无刷电机转子的N磁极进入第一相功率桥臂的工作区间时，通过控制方法使第一相桥臂的T₁与T₄开关管导通，该相绕组流过正方向电流，产生正向驱动转矩，当无刷电机转子的S磁极进入第一相功率桥臂的工作区间时，第一相桥臂的T₂与T₃开关管导通，该相绕组流过反方向电流，仍然产生正向驱动转矩；同样，当无刷电机转子的N磁极进入第i相功率桥臂的工作区间时，第i相桥臂的T_4(i-1)+1与T_4(i-1)+4开关管导通，该相绕组流过正方向电流，产生正向驱动转矩，当无刷电机转子的S磁极进入第i相功率桥臂的工作区间时，第i相桥臂的T_4(i-1)+2与T_4(i-1)+3开关管导通，该相绕组流过反方向电流，仍然产生正向驱动转矩，因此，可确保无刷电机能连续平稳旋转。

图3是根据本实用新型的六相无耦合无刷电机及控制器的结构示意图。图中有6相桥臂和24个功率开关器件；当无刷电机转子的N磁极进入第一相功率桥臂的工作区间时，通过控制方法使第一相桥臂的T₁与T₄开关管导通，该相绕组流过正方向电流，产生正向驱动转矩，当无刷电机转子的S磁极进入第一相功率桥臂的工作区间时，第一相桥臂的T₂与T₃开关管导通，该相绕组流过反方向电流，仍然产生正向驱动转矩；同样，当无刷电机转子的N磁极进入第i相功率桥臂的工作区间时，第i相桥臂的T_4(i-1)+1与T_4(i-1)+4开关管导通，该相绕组流过正方向电流，产生正向驱动转矩，当无刷电机转子的S磁极进入第i相功率桥臂的工作区间时，第i相桥臂的T_4(i-1)+2与T_4(i-1)+3开关管导通，该相绕组流过反方向电流，仍然产生正向驱动转矩，因此，可确保无刷电机能连续平稳旋转。

图4是十二相无耦合电枢绕组绕组无刷直流电机及控制的原理图。图中有12相桥臂和48个功率开关器件；当无刷电机转子的N磁极进入第一相功率桥臂的工作区间时，通过控制方法使第一相桥臂的T₁与T₄开关管导通，该相绕组流过正方向电流，产生正向驱动转矩，当无刷电机转子的S磁极进入第一相功率桥臂的工作区间时，第一相桥臂的T₂与T₃开关管导通，该相绕组流过反方向电流，仍然产生正向驱动转矩；同样，当无刷电机转子的N磁极进入第i相功率桥臂的工作区间时，第i相桥臂的T_4(i-1)+1与T_4(i-1)+4开关管导通，该相绕组流过正方向电流，产生正向驱动转矩，当无刷电机转子的S磁极进入第i相功率桥臂的工作区间时，第i相桥臂的T_4(i-1+2与T_4(i-1)+3开关管导通，该相绕组流过反方向电流，仍然产生正向驱动转矩，因此，可确保无刷电机能连续平稳旋转。

Claims

1、一种无刷直流电机控制器，包括若干个功率开关和二极管，其特征在于：功率开关的数量是绕组数的四倍，每四个功率开关连接一相绕组，每一个功率开关和一个二极管并联组成一组电路，并与另外一组相同的电路串联，将这两组电路的两端分别接到电源的正负极上形成一套电路，同时另外一套相同的电路也接到此电源上，绕组的两端分别接到这两套电路的串联中点。

2、根据权利要求1的一种无刷直流电机控制器，其特征在于：所述的绕组数是六。

3、根据权利要求1的一种无刷直流电机控制器，其特征在于：所述的功率开关可以是三极管或IGBT或MOSFET。