專利名稱：一種無刷直流電機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)控制器，尤其是一種適用于永磁無刷直流電機(jī)的控制器。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)載體(如汽車)的電力作動(dòng)及自動(dòng)化需要永磁無刷直流電機(jī)能在有限容量供電、低電壓(如24VDC、36VDC)條件下大功率、高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，這就造成了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)控制電路的強(qiáng)電磁干擾輻射、控制器容錯(cuò)能力和無刷電機(jī)繞組的利用率等問題。
常規(guī)的三相無刷電機(jī)的控制器逆變結(jié)構(gòu)使用六個(gè)開關(guān)管、六個(gè)二極管分別控制電機(jī)的三相繞組。這種逆變控制器和電樞繞組連接方法產(chǎn)生六個(gè)電機(jī)工作狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)都是兩相繞組同時(shí)處于工作狀態(tài)、另一相處于懸空狀態(tài)。雖然工作方式簡單、控制方法簡便，但是在大功率、高轉(zhuǎn)速條件下，常規(guī)電樞繞組大電流換相致使無刷電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的電磁兼容性問題(傳導(dǎo)及輻射)惡化；同時(shí)電機(jī)一相繞組或控制器一相橋臂故障，則電機(jī)及控制器只能停止工作，因此，工作可靠性低，另外，大電流無刷電機(jī)致使電機(jī)繞組的工藝及可實(shí)施性差，同時(shí)控制器的功率器件并聯(lián)的可實(shí)施性也很差。

發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)電磁兼容性差、可靠性低的缺陷，本實(shí)用新型提出了一種容錯(cuò)型多相功率橋臂無耦合無刷電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)，多相功率橋臂獨(dú)立控制，且始終獨(dú)立工作，與其他橋臂相互獨(dú)立。可以有效緩解大電流無刷電機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行過程中對(duì)有限電網(wǎng)的沖擊，增強(qiáng)了無刷電機(jī)控制器的容錯(cuò)性，提高了運(yùn)行可靠性，改善了無刷電機(jī)及其控制器的電磁兼容性等優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型包括若干個(gè)功率開關(guān)、二極管等主要部件，每四個(gè)功率開關(guān)控制一相繞組的正反相工作，每一個(gè)功率開關(guān)和一個(gè)二極管并聯(lián)組成一組電路，并與另外一組串聯(lián)，將這兩組電路的兩端分別接到電源的正負(fù)極上形成一套電路，同時(shí)另外一套電路也接到此電源上，繞組的兩端分別接到這兩套電路的串聯(lián)中點(diǎn)，通過不同套電路的開關(guān)組合就可以控制繞組內(nèi)電流的正負(fù)。所以如果電機(jī)有n相繞組，就有4n個(gè)功率開關(guān)對(duì)其繞組進(jìn)行控制，與以往4個(gè)功率開關(guān)同時(shí)控制兩相或多相繞組的方式不同。功率開關(guān)管可以是三極管、IGBT、MOSFET等。在控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，功率開關(guān)管分為兩種上管和下管。舉三極管為例上管的集電極接到供電電源端，基極為PWM信號(hào)端，發(fā)射極與下管的集電極相連，下管的基極為PWM信號(hào)端，發(fā)射極與電源負(fù)端相連。將一相繞組的兩個(gè)引出端分別接到兩組上管與下管的連接處，第一組上管與第二組的下管開通時(shí)，繞組正向通電；第二組上管與第一組的下管開通時(shí)，繞組負(fù)向通電。
本實(shí)用新型更適合于六相橋臂、十二種工作狀態(tài)電機(jī)控制器使用。
它與傳統(tǒng)永磁無刷電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)不同之處在于1)電機(jī)控制器多相功率橋臂獨(dú)立控制，增加了無刷電機(jī)每個(gè)運(yùn)行狀態(tài)同時(shí)工作的橋臂相數(shù)，通過增加橋臂換流的頻率、降低了橋臂換相電流的幅值，有效緩解了運(yùn)動(dòng)載體用低電壓、大電流無刷電機(jī)對(duì)有限電網(wǎng)的沖擊，確保了有限電網(wǎng)其它任務(wù)設(shè)備的正常工作；同時(shí)，及大地改善了大電流無刷電機(jī)及PWM控制器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的傳導(dǎo)和輻射電磁干擾性能。
2)與常規(guī)的三相橋臂無刷電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)的間歇工作相比，多相無耦合橋臂控制器始終單獨(dú)控制、單獨(dú)工作，提高了控制器各橋臂和電機(jī)電樞繞組的利用率；3)采用多相無耦合功率橋臂結(jié)構(gòu)，各功率橋臂間都相互獨(dú)立。因此，任何一個(gè)功率器件或功率橋臂的損壞不影響其它功率橋臂的正常工作，較以往的耦合型三相功率橋臂控制結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)性有很大的改善。
本實(shí)用新型技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)載體場合(如汽車)低電壓有限容量供電條件下，要求永磁無刷直流電機(jī)高速、大電流運(yùn)行，針對(duì)多相無耦合電樞繞組無刷直流電動(dòng)機(jī)，提出了多相無耦合功率橋臂控制結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型技術(shù)既保留了原有無刷直流電機(jī)的調(diào)速性能好的優(yōu)點(diǎn)，又具有對(duì)有限電網(wǎng)的沖擊小、改善無刷電機(jī)及控制器的電磁兼容性、提高各功率橋臂和電樞繞組的利用率、改善控制器的工藝可實(shí)施性等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是傳統(tǒng)的橋臂耦合型三相無刷電機(jī)控制器逆變結(jié)構(gòu)。
圖2是本實(shí)用新型的多相橋臂無耦合無刷電機(jī)控制器的逆變結(jié)構(gòu)示意圖，圖中只示例其中兩相的結(jié)構(gòu)，其它相結(jié)構(gòu)與之相同。
圖3是本實(shí)用新型的六相無耦合電樞繞組繞組無刷直流電機(jī)及控制的原理圖。
圖4是本實(shí)用新型的十二相無耦合電樞繞組繞組無刷直流電機(jī)及控制的原理圖具體實(shí)施方式
圖1是傳統(tǒng)的橋臂耦合型三相無刷電機(jī)控制器逆變結(jié)構(gòu)。T1、T2、T3、T4、T5、T6六個(gè)開關(guān)管控制三相繞組六個(gè)狀態(tài)。
如圖2所示，對(duì)于n相橋臂無耦合無刷電機(jī)而言，共有4n個(gè)功率開關(guān)器件；當(dāng)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的N磁極進(jìn)入第一相功率橋臂的工作區(qū)間時(shí)，通過控制方法使第一相橋臂的T1與T4開關(guān)管導(dǎo)通，該相繞組流過正方向電流，產(chǎn)生正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的S磁極進(jìn)入第一相功率橋臂的工作區(qū)間時(shí)，第一相橋臂的T2與T3開關(guān)管導(dǎo)通，該相繞組流過反方向電流，仍然產(chǎn)生正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；同樣，當(dāng)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的N磁極進(jìn)入第i相功率橋臂的工作區(qū)間時(shí)，第i相橋臂的T4(i-1)+1與T4(i-1)+4開關(guān)管導(dǎo)通，該相繞組流過正方向電流，產(chǎn)生正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的S磁極進(jìn)入第i相功率橋臂的工作區(qū)間時(shí)，第i相橋臂的T4(i-1)+2與T4(i-1)+3開關(guān)管導(dǎo)通，該相繞組流過反方向電流，仍然產(chǎn)生正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此，可確保無刷電機(jī)能連續(xù)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。
圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的六相無耦合無刷電機(jī)及控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有6相橋臂和24個(gè)功率開關(guān)器件；當(dāng)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的N磁極進(jìn)入第一相功率橋臂的工作區(qū)間時(shí)，通過控制方法使第一相橋臂的T1與T4開關(guān)管導(dǎo)通，該相繞組流過正方向電流，產(chǎn)生正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的S磁極進(jìn)入第一相功率橋臂的工作區(qū)間時(shí)，第一相橋臂的T2與T3開關(guān)管導(dǎo)通，該相繞組流過反方向電流，仍然產(chǎn)生正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；同樣，當(dāng)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的N磁極進(jìn)入第i相功率橋臂的工作區(qū)間時(shí)，第i相橋臂的T4(i-1)+1與T4(i-1)+4開關(guān)管導(dǎo)通，該相繞組流過正方向電流，產(chǎn)生正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的S磁極進(jìn)入第i相功率橋臂的工作區(qū)間時(shí)，第i相橋臂的T4(i-1)+2與T4(i-1)+3開關(guān)管導(dǎo)通，該相繞組流過反方向電流，仍然產(chǎn)生正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此，可確保無刷電機(jī)能連續(xù)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。
圖4是十二相無耦合電樞繞組繞組無刷直流電機(jī)及控制的原理圖。圖中有12相橋臂和48個(gè)功率開關(guān)器件；當(dāng)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的N磁極進(jìn)入第一相功率橋臂的工作區(qū)間時(shí)，通過控制方法使第一相橋臂的T1與T4開關(guān)管導(dǎo)通，該相繞組流過正方向電流，產(chǎn)生正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的S磁極進(jìn)入第一相功率橋臂的工作區(qū)間時(shí)，第一相橋臂的T2與T3開關(guān)管導(dǎo)通，該相繞組流過反方向電流，仍然產(chǎn)生正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；同樣，當(dāng)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的N磁極進(jìn)入第i相功率橋臂的工作區(qū)間時(shí)，第i相橋臂的T4(i-1)+1與T4(i-1)+4開關(guān)管導(dǎo)通，該相繞組流過正方向電流，產(chǎn)生正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的S磁極進(jìn)入第i相功率橋臂的工作區(qū)間時(shí)，第i相橋臂的T4(i-1+2與T4(i-1)+3開關(guān)管導(dǎo)通，該相繞組流過反方向電流，仍然產(chǎn)生正向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此，可確保無刷電機(jī)能連續(xù)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求1.一種無刷直流電機(jī)控制器，包括若干個(gè)功率開關(guān)和二極管，其特征在于功率開關(guān)的數(shù)量是繞組數(shù)的四倍，每四個(gè)功率開關(guān)連接一相繞組，每一個(gè)功率開關(guān)和一個(gè)二極管并聯(lián)組成一組電路，并與另外一組相同的電路串聯(lián)，將這兩組電路的兩端分別接到電源的正負(fù)極上形成一套電路，同時(shí)另外一套相同的電路也接到此電源上，繞組的兩端分別接到這兩套電路的串聯(lián)中點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種無刷直流電機(jī)控制器，其特征在于所述的繞組數(shù)是六。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種無刷直流電機(jī)控制器，其特征在于所述的功率開關(guān)可以是三極管或IGBT或MOSFET。
專利摘要一種無刷直流電機(jī)控制器，為了克服現(xiàn)有技術(shù)電磁兼容性差、可靠性低的缺陷，本實(shí)用新型采用每四個(gè)功率開關(guān)控制一相繞組的正反相工作的方式，與傳統(tǒng)永磁無刷直流電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)的相比，電機(jī)各相繞組之間沒有任何電氣連接，它確保了有限電網(wǎng)的正常工作，降低了大功率無刷電機(jī)對(duì)外部其他電子設(shè)備的干擾。
文檔編號(hào)H02P6/08GK2870300SQ20052010591
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者蘆剛, 李聲晉 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)