用于控制无刷直流电机的设备和方法.pdf

一种用于控制无刷直流电机的设备和方法，它们允许点火相位电流通过提前其点火时间一定的时间而被提前点火，由此在实际相位换向时间给无刷直流电机提供充分增加的相位电流。根据本发明，相位换向期间产生的相位电流的不足得到了补偿，由此降低了相位换向时间发生的无刷直流电机的转矩脉冲。

1、  一种控制装有转子的无刷直流电机的设备，包括：
转换单元，所述转换单元将交流电转换为多相交流电并将多相交流电供给无刷直流电机；
转子运行探测单元，用于探测所述转子的运行信息；及
控制单元，所述控制单元预测多相交流电的相位换向时间并控制点火相位电流的点火时间早于相位换向时间。

2、  根据权利要求1所述的无刷直流电机控制设备，其中所述控制单元利用转子的运行信息或供给到无刷直流电机的多相交流电的变化信息或利用以上两种信息预测多相交流电的相位换向时间。

3、  根据权利要求2所述的无刷直流电机控制设备，其中所述转子的运行信息是转子的位置信息，或速度信息，或以上两种信息。

4、  根据权利要求2所述的无刷直流电机控制设备，其中所述多相交流电的变化信息是供给无刷直流电机的点火相位电压的零交点探测信息。

5、  根据权利要求1所述的无刷直流电机控制设备，其中所述控制单元控制供给到无刷直流电机且将在点火相位电流点火时间和相位换向时间之间的一个期间内传导的多相交流电的所有相位电流。

6、  根据权利要求1所述的无刷直流电机控制设备，其中所述转换单元包括：
将交流电转换为直流电的转换器；
将直流电转换为多相交流电的倒相器；
连接在转换器和倒相器之间的电容器。

7、  根据权利要求6所述的无刷直流电机控制设备，其中所述控制单元通过产生一个倒相器控制信号并将倒相器控制信号输出给倒相器而控制供给到无刷直流电机的点火相位电流的点火时间。

8、  一种控制装有转子并被供给多相交流电的无刷直流电机的方法，包括：
利用所述转子的运行信息预测多相交流电的点火相位换向时间；及
控制点火相位电流的点火时间早于相位换向时间。

9、  根据权利要求8所述的无刷直流电机控制方法，其中利用转子的运行信息，或者供给到无刷直流电机的多相交流电的变化信息，或者以上两种信息预测多相交流电的相位换向时间。

10、  根据权利要求9所述的无刷直流电机控制方法，其中所述转子的运行信息是转子的位置信息，或速度信息，或以上两种信息。

11、  根据权利要求9所述的无刷直流电机控制方法，其中所述多相交流电的变化信息是供给无刷直流电机的点火相位电压的零交点探测信息。

用于控制无刷直流电机的设备和方法
技术领域
本发明总体上涉及一种用于控制电机的设备和方法，尤其是涉及一种用于控制无刷直流电机的设备和方法，它们能够使转矩脉动最小化。
背景技术
一般而言，无刷直流(DC)电机采用一个整流电路，该整流电路包括代替机械元件的转换装置，如电刷和转换器。无刷直流电机的特征在于由于磨损而更换电刷不是必要的，并且存在很小的电磁干扰。
当传统的无刷DC电机被驱动时，由于进行多相交流电的相位换向时相位电流的临时降低产生了转矩脉动。也就是说，无刷DC电机的转矩可以由感应电压和电流的产出表达。在相位换向期间，相位电流临时降低，由此产生转矩脉动。由于转矩脉动导致噪声的产生和振动，因此需要使转矩脉动最小化的设备和方法。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供一种用于控制无刷直流电机的设备和方法，它们通过补偿相位换向(commutation)期间产生的相位电流的不足，使相位换向期间产生的无刷直流电机的转矩脉动最小化。
本发明的其他方面和/或优点将部分在下面的描述中给出，部分从这些描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或其他方面通过提供一种控制装有转子的无刷直流(DC)电机的设备实现，所述设备包括将交流(AC)电转换为多相交流电并将多相交流电供给到无刷直流电机的转换单元，转子运行探测单元，其用于探测转子的运行信息，及控制单元，其用于预测多相交流电的相位换向时间并控制点火相位电流的点火时间早于相位换向时间。
本发明的上述和/或其他方面通过一种控制无刷直流电机的方法实现，所述方法利用转子的运行信息预测多相交流电的点火相位换向时间，并控制点火相位电流的点火时间早于相位换向时间。
附图说明
从下面结合附图对优选实施例的详细描述中，本发明的上述和其他方面和优点将变得更加明显，其中：
图1是根据本发明用于控制无刷直流电机的设备的方框图；
图2和图3A-图3C是图1所示无刷直流电机的相位换向特性的波形图；
图4是根据本发明用于控制无刷直流电机的方法；
图5和图6分别是传统无刷直流电机和本发明无刷直流电机的电流特性的图表。
具体实施方式
下面参考优选实施例描述本发明，它们的实例示于附图中，其中整个描述中相同的标号表示相同的元件。
图1是根据本发明用于控制无刷直流电机的设备的方框图。如图1所示，电能转换单元包括转换器104，电容器108和倒相器106，电能转换单元将从交流电源单元102供给的交流电转换为脉冲形3相(U，V和W)交流电，并将3相交流电供给到直流电机110。从倒相器106供给到无刷直流电机110的3相(U，V和W)交流电的各个相位电流的强度通过第一和第二电流传感器112a和112b探测到。探测到的相位电流的信息提供给控制单元114，倒相控制信号以探测到的相位电流信息为基础。转子运行探测单元116探测无刷直流电机110的转子的位置和转速并将探测到的结果提供给控制单元114。倒相器控制信号也以提供给控制单元114的转子运行信息为基础。控制单元114参考从无刷直流电机控制设备外面输入的速度控制信号，相位电流信息，转子运行信息等控制无刷直流电机110的转速以便符合速度控制信号的要求。
由控制单元114产生的倒相器控制信号用于控制从倒相器106输出的3相(U，V和W)交流电的相位换向时间。具体而言，当需要时，在实际相位换向时间的点火相位电流的强度通过提前点火相位电流的点火时间而得到充分地增加，由此补偿相位换向期间产生的相位电流的不足。结果，无刷直流电机的转矩脉冲降低。
图2和图3A-图3C是图1所示无刷直流电机的相位换向特性地波形图。参考图2，由典型的3相交流电操作的无刷直流电机的相位换向时间是这样一个时间，当相位换向完全发生时，其对应30°，90°，150°，210°，270°和330°。相反，当控制本发明的无刷直流电机时，点火相位电流通过提前其点火时间分别在早于30°，90°，150°，210°，270°和330°一个时间TL的时间被点火。因此，当相位换向实际发生时在30°，90°，150°，210°，270°和330°的时间，点火相位电流充分增大，由此降低由于相位电流的临时不足引起的无刷直流电机的转矩脉动。
参考图3B，探测到点火相位电压Vv的零交点tZ，点火相位电流iV的点火时间关于转子的当前转速从150°提前了时间tL，由此允许点火相位电流iV早于150°点火。因此，在150°的实际相位换向时间，相位换向期间产生的相位电流的不足通过预先某种程度增加的点火相位电流补偿，由此降低由于相位电流不足引起的转矩脉冲。
图4是根据本发明的控制无刷直流电机的方法的流程图。如图4所示，转子的运行信息通过转子运行探测单元116在操作402得到，并且在操作404利用转子运行信息确定当前的时间是否是相位换向时间。如果确定当前的时间是相位换向时间，那么执行相位换向以便在操作406执行一个新的2相激励。在执行了新的2相激励之后，在操作408确定当前的位置是否是用于3相激励时间的参考位置。3相激励时间参考位置是一个通过预测点火相位电流的相位换向时间确定点火时间的参考位置。3相激励时间参考位置可以通过利用点火相位电压的零交点，或设定单独的参考位置并利用电流传感器等确定。如果当前的位置不是3相激励时间参考位置，所述方法返回到转子运行信息取得操作402，如果当前位置是3相激励时间参考位置，那么在操作412计算转子的当前速度并且根据转子的当前速度确定3相激励时间。
如果在操作404当前时间不是相位换向时间，那么在操作414确定当前时间是否到达了3相激励时间。如果当前时间没有到达3相激励时间，所述方法返回到3相激励时间参考位置确定操作408，并在操作416维持2相激励状态。如果当前时间已经到达3相激励时间，那么在操作418执行3相激励以便降低相位换向期间产生的相位电流不足引起的转矩脉冲。
图5和图6分别是传统无刷直流电机和本发明无刷直流电机的电流特性的图表。从图5中可以看出在传统无刷直流电机的相位换向期间电流的波形是不一致的，而图6中的本发明无刷直流电机的相位换向期间电流波形相对一致。
从上面的描述很明显，本发明提供一种用于控制无刷直流电机的设备和方法，它们允许点火相位电流通过提前其点火时间一定的时间而被提前点火，由此在实际相位换向时间给无刷直流电机提供充分增加的相位电流。结果，本发明补偿了相位换向期间产生的相位电流的不足，由此降低了相位换向时间发生的无刷直流电机的转矩脉冲。
尽管示出和描述了本发明的优选实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离由权利要求限定的本发明范围的情况下，可以对这些实施例进行变化。