專利名稱：三相bldc電機(jī)控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相直流無刷(BLDC)電機(jī)控制器及其控制方法，更具體地，涉及一種能在初始驅(qū)動BLDC電機(jī)期間減小振動的三相直流無刷(BLDC)電機(jī)控制器及其控制方法。
本申請要求2005年6月28日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請No.10-2005-0056626的權(quán)益，該申請的公開內(nèi)容在此通過引用并入本申請。
背景技術(shù)：
一般說來，直流無刷(BLDC)電機(jī)指的是機(jī)械接觸部件如電刷和換向器被電機(jī)控制器所代替的直流電機(jī)。因為BLDC電機(jī)沒有機(jī)械接觸部件，因此它可以提供高轉(zhuǎn)速，并且避免了噪聲的產(chǎn)生和電刷的磨損。
因為BLDC電機(jī)控制器通過使用了開關(guān)元件的逆變器電路進(jìn)行換向，因此它需要電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息。三相BLDC電機(jī)控制器利用其中一相的反電動勢電壓，即感應(yīng)電動勢電壓(在下文中，稱作感應(yīng)電動勢電壓)來獲得位置信息。也就是說，三相BLDC電機(jī)控制器可以根據(jù)一相的感應(yīng)電動勢電壓的大小來計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而基于計算所得的轉(zhuǎn)速，根據(jù)時間確定轉(zhuǎn)子的位置。如果確定了轉(zhuǎn)子的位置，就可以計算出換相時刻，并通過在所計算的換相時刻進(jìn)行換相來轉(zhuǎn)動三相BLDC電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
然而，傳統(tǒng)的三相BLDC電機(jī)控制器在初始驅(qū)動三相BLDC電機(jī)時采用同步操作來轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，而不是基于感應(yīng)電動勢電壓的大小來轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子。
如圖1所示，三相BLDC電機(jī)控制器給三相中的兩相提供電流，以設(shè)置轉(zhuǎn)子，并執(zhí)行同步操作。經(jīng)過一段時間后，三相BLDC電機(jī)控制器將執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)操作。
在同步操作中，轉(zhuǎn)子根據(jù)預(yù)設(shè)的換相定時和脈沖寬度調(diào)制(PWM)占空比來轉(zhuǎn)動。此時，三相BLDC電機(jī)的負(fù)荷扭矩可能使電機(jī)的驅(qū)動特性惡化。
例如，在具有BLDC電機(jī)的冰箱的往復(fù)式壓縮機(jī)中，在初始驅(qū)動期間，負(fù)荷扭矩可能因輸入部分和輸出部分之間的制冷劑壓力差而改變。如果根據(jù)假設(shè)的特定負(fù)荷扭矩調(diào)整換相定時和PWM占空比來執(zhí)行同步操作，那么所假設(shè)的負(fù)荷扭矩和實際負(fù)荷扭矩可能不相等。這樣將增加所產(chǎn)生的驅(qū)動噪聲和振動。此外，當(dāng)換相定時和轉(zhuǎn)子位置之間的同步異常時，可能發(fā)生過流而導(dǎo)致初始驅(qū)動失敗。
現(xiàn)在，參考圖2來描述不執(zhí)行同步操作的三相BLDC電機(jī)。
如圖2中所示，如果轉(zhuǎn)子在設(shè)置到“U+V-”的方向上之后，系統(tǒng)換相到“U+W-”，轉(zhuǎn)子將從位置21轉(zhuǎn)動到位置22和位置23。但是，在到達(dá)“U+W-”位置之前，轉(zhuǎn)子并沒有經(jīng)過“V”相即非激勵相的線圈。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動在“V”相中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢電壓的符號沒有改變。
即使在非激勵相中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢電壓的符號不變，如果在非激勵相中檢測到感應(yīng)電動勢電壓的大小，基于所檢測的感應(yīng)電動勢電壓計算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速仍可能是不正確的。
如果根據(jù)錯誤的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行換相，三相BLDC電機(jī)將產(chǎn)生噪聲和振動或者初始驅(qū)動失敗。
在初始驅(qū)動三相BLDC電機(jī)期間，如果檢測到用于檢測感應(yīng)電動勢電壓的精確時刻，那么轉(zhuǎn)子將不需要同步操作即可轉(zhuǎn)動，并且可以最小化初始驅(qū)動三相BLDC電機(jī)期間產(chǎn)生的噪聲和振動。

發(fā)明內(nèi)容
據(jù)此，本發(fā)明的一個方面提供了一種直流無刷(BLDC)電機(jī)控制器及其控制方法，準(zhǔn)確地檢測轉(zhuǎn)子的位置檢測時刻，從而確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，并最小化初始驅(qū)動三相BLDC電機(jī)期間的噪聲和振動。
本發(fā)明的其他方面和/或優(yōu)點(diǎn)部分將在下述的描述中闡明，部分將從描述中顯而易見，還有部分會在實施本發(fā)明的過程中認(rèn)識到。
通過提供了一種控制三相直流無刷(BLDC)電機(jī)的方法，也實現(xiàn)了本發(fā)明的前述和/或其他方面，根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法包括(a)通過使電流流向三相中的兩相，設(shè)置三相BLDC電機(jī)的轉(zhuǎn)子；(b)通過換相轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子；(c)檢測位置檢測時刻，其中在所述位置檢測時刻，由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動在非激勵相中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢電壓的符號最初改變；以及(d)根據(jù)在所述位置檢測時刻檢測到的非激勵相中感應(yīng)電動勢電壓的大小計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，(a)包括使電流由第一相流向第二相來設(shè)置轉(zhuǎn)子，并且(b)的換相部分包括將電流的流向由第一相流向第二相改變?yōu)橛傻诙嗔飨虻谌唷?br> 根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，(a)包括使電流由第一相流向第二相來設(shè)置轉(zhuǎn)子，并且(b)的換相包括將電流的流向由第一相流向第二相改變?yōu)橛傻谝幌嗔飨虻谌?，然后再改變?yōu)橛傻诙嗔飨虻谌唷?br> 根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該方法還包括在進(jìn)行完(d)之后，根據(jù)計算出的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，確定下一換相時刻；以及在所確定的換相時刻換相，使電流由第三相流向第一相。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，換相時刻包括轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動位置與由第二相流向第三相的電流所形成的磁場方向之間形成大約60°大小的電角度的時刻。
通過提供了一種控制三相直流無刷(BLDC)電機(jī)的設(shè)備，也實現(xiàn)了本發(fā)明的前述和/或其他方面，該設(shè)備包括逆變器，驅(qū)動三相BLDC電機(jī)；控制器，控制逆變器，通過使電流流向三相中的兩相來設(shè)置轉(zhuǎn)子，確定換相模式，所述換相模式使初始的位置檢測時刻就是非激勵相中感應(yīng)電動勢電壓符號改變的時刻，并且根據(jù)所確定的換相模式進(jìn)行換相；和速度檢測器，在所述位置檢測時刻檢測非激勵相的感應(yīng)電動勢電壓的大小，并根據(jù)所檢測的感應(yīng)電動勢電壓大小計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，如果控制器進(jìn)行控制以使電流由第一相流向第二相來設(shè)置轉(zhuǎn)子，則控制器根據(jù)換相模式，控制逆變器以使電流由第二相流向第三相來進(jìn)行換相。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，如果控制器進(jìn)行控制以使電流由第一相流向第二相來設(shè)置轉(zhuǎn)子，則控制器根據(jù)換相模式，控制逆變器在預(yù)定一段時間內(nèi)使電流由第一相流向第三相然后使電流由第二相流向第三相來進(jìn)行換相。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，控制器控制逆變器，來根據(jù)所計算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速確定換相時刻，并且根據(jù)所確定的換相時刻，使電流由第三相流向第一相來進(jìn)行換相。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，換相時刻包括轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動位置與由第二相流向第三相的電流所形成的磁場方向之間形成大約60°大小的電角度的時刻。


根據(jù)如下結(jié)合附圖對實施例的描述，本發(fā)明的上述和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見且更易于理解，附圖中圖1是傳統(tǒng)直流無刷(BLDC)電機(jī)的控制流程圖；圖2圖示了根據(jù)傳統(tǒng)三相BLDC電機(jī)轉(zhuǎn)動的位置檢測時刻；圖3是根據(jù)本發(fā)明的BLDC電機(jī)控制器的控制框圖；圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明三相BLDC電機(jī)轉(zhuǎn)動的位置檢測時刻；圖5A和5B圖示了根據(jù)本發(fā)明的三相BLDC電機(jī)的初始驅(qū)動期間的換相模式。
具體實施例方式
下面將詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例，附圖中圖示了本發(fā)明的示例，附圖中相似的標(biāo)號始終表示相似的元件。
如圖3所示，三相直流無刷(BLDC)電機(jī)控制器包括逆變器31、控制器32和速度檢測器33。該三相BLDC電機(jī)控制器還可以包括變流器35和電源34。
變流器35將來自電源34的交流電轉(zhuǎn)換成直流電。
逆變器31將經(jīng)過變流器35轉(zhuǎn)換得到的直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電后供給三相BLDC電機(jī)36。逆變器31中所包括的開關(guān)元件執(zhí)行類似直流電機(jī)中電刷和換向器的功能。
控制器32控制逆變器31來給三相中的兩相提供電流，從而設(shè)置轉(zhuǎn)子。控制器32確定換相模式，以使初始位置檢測時刻即為非激勵相的感應(yīng)電動勢電壓符號改變的時刻，然后根據(jù)確定的換相模式進(jìn)行換相。
速度檢測器33在所述位置檢測時刻處檢測非激勵相的感應(yīng)電動勢電壓的大小，并根據(jù)所檢測的感應(yīng)電動勢電壓的大小計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
于是，在初始驅(qū)動三相BLDC電機(jī)36期間，通過精確檢測轉(zhuǎn)子的位置檢測時刻來確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。根據(jù)基于在所述位置檢測時刻檢測到的非激勵相感應(yīng)電動勢電壓的大小所計算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，確定三相BLDC電機(jī)36的精確換相時刻。
以下將參照圖4具體描述根據(jù)本發(fā)明的三相BLDC電機(jī)控制器的控制方法。規(guī)定三相BLDC電機(jī)36的各相分別為“U相”、“V相”和“W相”。作為本發(fā)明的示例，控制器32控制逆變器31提供從U相流向V相的電流來設(shè)置轉(zhuǎn)子。
“U+V-”、“U+W-”、“V+W-”、“V+U-”、“W+U-”、“W+V-”表示電流在三相BLDC電機(jī)36各相中的流向類型。比如，“U+V-”表述電流從U相流向V相的換相模式?！癢+U-”表示電流從W相流向U相的換相模式。
最初，通過從U相流向V相的電流，將轉(zhuǎn)子設(shè)置在“U+V-”的方向上。轉(zhuǎn)子由于換相而轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)子經(jīng)過非激勵相時，從非激勵相生成的感應(yīng)電動勢電壓的信號改變。如果感應(yīng)電動勢電壓信號改變的時刻等于檢測感應(yīng)電動勢電壓大小的位置檢測時刻，就可以通過在該位置檢測時刻處檢測到的感應(yīng)電動勢電壓大小來檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子被設(shè)置在“U+V-”的方向后，如果電流從V相流向W相，即系統(tǒng)換相到“V+W-”，那么轉(zhuǎn)子將開始逆時針轉(zhuǎn)動。此時，轉(zhuǎn)子的設(shè)置方向和“V+W-”換相形成的磁場方向之間形成大約120°大小的電角度。
在轉(zhuǎn)動的過程中，轉(zhuǎn)子將經(jīng)過U相的線圈。此時，U相中感應(yīng)電動勢電壓的符號最初改變，并且由于此時狀態(tài)已換相到“V+W-”，U相是非激勵相，因此感應(yīng)電動勢電壓符號改變的時刻就是位置檢測時刻。此時轉(zhuǎn)子位置和“V+W-”換相形成的磁場方向之間形成大約90°大小的電角度。
在位置檢測時刻檢測U相中感應(yīng)電動勢電壓的大小，以用于計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。這樣，可以精確計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，并且可以根據(jù)計算得到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，確定換相時刻。
換相時刻可以是轉(zhuǎn)子經(jīng)過U相后到達(dá)“U+W-”的時刻。也就是說，該換相時刻處轉(zhuǎn)子的位置和“V+W-”換相形成的磁場方向之間形成大約60°大小的電角度。
在轉(zhuǎn)子到達(dá)“U+W-”方向的時刻，系統(tǒng)將換相到“V+U-”。接下來，如上所述，轉(zhuǎn)子經(jīng)過W相的時刻也是位置檢測時刻。根據(jù)在該位置檢測時刻處檢測到的W相中感應(yīng)電動勢電壓，計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，并且根據(jù)計算得到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)子到達(dá)“V+W-”方向的時刻換相到“W+U-”。
由此，三相BLDC電機(jī)36精確地檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。在根據(jù)此精確轉(zhuǎn)速進(jìn)行換相來轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子時，可以最小化初始驅(qū)動期間所產(chǎn)生的噪聲和振動。
圖5A圖示了與不同的轉(zhuǎn)子設(shè)置方向相關(guān)的換相模式的示例，可以用來計算初始驅(qū)動三相BLDC電機(jī)36期間轉(zhuǎn)子的精確轉(zhuǎn)速。
如圖中所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子被設(shè)置在“U+V-”方向時，系統(tǒng)換相到“V+W-”。如果轉(zhuǎn)子被設(shè)置在“U+W-”方向，系統(tǒng)換相到“V+U-”。于是，可以檢測位置檢測時刻，在該時刻轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動在非激勵相中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢電壓的符號最初改變。而且，可以根據(jù)在該位置檢測時刻檢測到的非激勵相中感應(yīng)電動勢電壓的大小，計算轉(zhuǎn)子的精確轉(zhuǎn)速。
圖5A圖示了與轉(zhuǎn)子的一個設(shè)置方向相對應(yīng)的一種換相模式?？梢蕴峁┮环N方法來改進(jìn)三相BLDC電機(jī)36的初始加速特性。
例如，如果在轉(zhuǎn)子被設(shè)置在“U+V-”方向上時，系統(tǒng)在換相到“V+W-”之前一段較短的時間內(nèi)換相到“U+W-”，由于換相到“U+W-”，改進(jìn)了轉(zhuǎn)子的加速特性，并且通過換相到“U+W-”可以計算轉(zhuǎn)子的精確轉(zhuǎn)速。
圖5B圖示了根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向的另一換相模式示例。
如圖中所示，如果在轉(zhuǎn)子設(shè)置為“U+V-”方向時系統(tǒng)換相到“W+U-”，那么圖4中所示的轉(zhuǎn)子將沿順時針方向轉(zhuǎn)動，并且V相中檢測到的感應(yīng)電動勢電壓的符號在轉(zhuǎn)子經(jīng)過V相時改變。于是，可以根據(jù)V相中感應(yīng)電動勢電壓的大小來計算轉(zhuǎn)子的精確轉(zhuǎn)速。
這里略去根據(jù)計算出的轉(zhuǎn)速來換相的過程，這與上面參照圖5A所描述的換相過程相對應(yīng)。
盡管已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的一些實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，在不背離本發(fā)明的原理和精神的前提下，可以在這些實施例中做出修改，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種控制三相直流無刷(BLDC)電機(jī)的方法，包括(a)通過使電流流向三相中的兩相，設(shè)置三相BLDC電機(jī)的轉(zhuǎn)子；(b)通過換相轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子；(c)檢測位置檢測時刻，其中在所述位置檢測時刻，由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動在非激勵相中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢電壓的符號最初改變；以及(d)根據(jù)在所述位置檢測時刻檢測到的非激勵相中感應(yīng)電動勢電壓的大小計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中(a)包括使電流由第一相流向第二相來設(shè)置轉(zhuǎn)子，并且(b)的換相包括將電流的流向由第一相流向第二相改變?yōu)橛傻诙嗔飨虻谌唷?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中(a)包括使電流由第一相流向第二相來設(shè)置轉(zhuǎn)子，并且(b)的換相包括將電流的流向由第一相流向第二相改變?yōu)橛傻谝幌嗔飨虻谌?，然后改變?yōu)橛傻诙嗔飨虻谌唷?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，還包括在進(jìn)行完(d)之后，根據(jù)計算出的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，確定下一換相時刻；以及在所確定的換相時刻換相，使電流由第三相流向第一相。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中換相時刻包括轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動位置與由第二相流向第三相的電流所形成的磁場方向之間形成大約60°大小的電角度的時刻。
6.一種控制三相直流無刷(BLDC)電機(jī)的設(shè)備，包括逆變器，驅(qū)動三相BLDC電機(jī)；控制器，控制逆變器，通過使電流流向三相中的兩相來設(shè)置轉(zhuǎn)子，確定換相模式，所述換相模式使初始的位置檢測時刻就是非激勵相中感應(yīng)電動勢電壓符號改變的時刻，并且根據(jù)所確定的換相模式進(jìn)行換相；以及速度檢測器，在所述位置檢測時刻檢測非激勵相的感應(yīng)電動勢電壓的大小，并根據(jù)所檢測的感應(yīng)電動勢電壓大小計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，如果控制器進(jìn)行控制以使電流由第一相流向第二相來設(shè)置轉(zhuǎn)子，則控制器根據(jù)換相模式，控制逆變器以使電流由第二相流向第三相來進(jìn)行換相。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，如果控制器進(jìn)行控制以使電流由第一相流向第二相來設(shè)置轉(zhuǎn)子，則控制器根據(jù)換相模式，控制逆變器在預(yù)定一段時間內(nèi)使電流由第一相流向第三相然后使電流由第二相流向第三相來進(jìn)行換相。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其中，控制器控制逆變器，來根據(jù)所計算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速確定換相時刻，并且根據(jù)所確定的換相時刻，使電流由第三相流向第一相來進(jìn)行換相。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中換相時刻包括轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動位置與由第二相流向第三相的電流所形成的磁場方向之間形成大約60°大小的電角度的時刻。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種控制三相直流無刷(BLDC)電機(jī)的方法，包括(a)通過使電流流向三相中的兩相，設(shè)置三相BLDC電機(jī)的轉(zhuǎn)子；(b)通過換相轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子；(c)檢測位置檢測時刻，其中在所述位置檢測時刻處，由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動在非激勵相中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢電壓的符號最初改變；以及(d)根據(jù)在所述位置檢測時刻檢測到的非激勵相中感應(yīng)電動勢電壓的大小計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。于是，本發(fā)明提供了一種直流無刷(BLDC)電機(jī)控制器及其控制方法，準(zhǔn)確地檢測轉(zhuǎn)子的位置檢測時刻，從而確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，并最小化初始驅(qū)動三相BLDC電機(jī)期間的噪聲和振動。
文檔編號H02P6/00GK1893253SQ200610100059
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月28日
發(fā)明者吳光教, 俞漢周, 兵岡孝二, 林平基, 徐廷昊, 裴憲曄, 金允正 申請人:三星電子株式會社