無刷直流電機非感應式換相信號檢測器的製作方法
2023-05-08 12:41:36 3
專利名稱：無刷直流電機非感應式換相信號檢測器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電動機領域，具體地說是一種無刷直流電機非感應式換相信 號檢測器。
背景技術：
目前無刷直流電機換相信號的檢測方法主要有感應式和非感應式兩種。其 中，感應式是通過在無刷電機定子上安裝三個霍爾傳感器來檢測轉子在運轉過程 中的位置，將轉子磁鋼磁極的位置信號轉換成電信號，為控制IC提供正確的換
相信號，以控制逆變器的功率器件的導通與關斷，使電機電樞繞組中的電流隨著 轉子位置的變化而換相，在空間形成歩進式的旋轉磁場，驅動轉子連續不斷地旋
轉。該方法的不足是因採用三個單價較高的外置式霍爾傳感器，增大了電機體 積，而且不能適應高溫、高溼、汙濁空氣等惡劣環境，特別是一旦霍爾元件損壞， 需更換整個定子，維修成本較高。另一種非感應式普遍使用的方法是反電勢過零 點檢測法(參見圖1)。具體檢測方法是將無刷直流電機三相端電壓分別分壓 90G相移濾波後，與虛擬中性點電壓比較得到三相換相信號。該方法的不足是 三相端電壓通過90G相移濾波後的相移角度並非恆定在90Q，而是隨著電機轉速 的變化而變化，使得換相信號的相位也在不斷變化，導致換相不準確，嚴重時換 相會失敗，該方法僅能應用於低轉速比或固定轉速的無刷直流電機上，當需要應 用在高轉速比的無刷直流電機上時，控制IC內必須要採用速度估測器對相移角 度進行校正，以保證卯G的恆定相移，這種方法雖可避免換相不準的問題，但檢 測算法很複雜，佔用控制IC的時間過長，必須要採用高速控制IC，不能直接使 用與霍爾傳感器相配套的低廉控制IC，給原採用感應式的生產流程、作業方法、 系統設計帶來巨大的變更，升級風險過高，成本增加很多。
發明內容
本實用新型目的是針對以上現有技術存在的缺點，提出一種電路簡單，成 本低廉，恆零相移濾波，無需構建虛擬中性點，無需速度估測器和相移校正，在 整個高轉速比的範圍內都能保持輸出準確換相信號，該換相信號與霍爾傳感器輸 出的換相信號完全一致，無需高速控制IC，可以直接使用與霍爾傳感器相配套 的低廉控制IC的非感應式換相信號檢測器。
本實用新型解決其技術問題所採用的方案是包括三個分壓電路(O、三個 恆零相移濾波電路(2)和三個線電壓比較器(3)。其特徵在於三個分壓電路(1)
分別由兩個電阻R1、 R2串聯，其R1的一端作為輸入端分別與無刷直流電機的 三相電機線連接，R2接地，Rl、 R2之間的連接點作為輸出端分別與相應線電壓 比較器的正輸入端連接；三個恆零相移濾波電路(2)分別由兩個電阻R3、 R4，
兩個電容Cl、 C2和一個集成運放構成。電容Cl並連接於分壓電路R2，電容 C2的一端與運放的正輸入端連接並與電容C1的一端連接，電容C2的另一端與 運放的輸出端連接，電阻R3的一端與運放的輸出端連接，另一端與運放的負輸 入端連接，電阻R4的一端與運放的負輸入端連接，另一端接地；三個線電壓比 較器(3)的正輸入端分別與相應分壓電路的輸出端連接，而負輸入端分別與相 鄰分壓電路的輸出端連接，各線電壓比較器的輸出分別作為電機的換相信號。
本實用新型與背景技術相比，由於採用了不隨電機轉速變化的恆零相移濾波 電路，無需相移校正，而送到比較器正負端的電壓是兩路沒有相移的端電壓，無 需構建虛擬中性點，比較器檢測的是線電壓的過零點，這個過零點正好對應電機 的換相點，因此，輸出的換相信號與霍爾傳感器輸出的換相信號完全一致，在無 刷電機高轉速比的範圍內，無需高速控制IC，可以直接使用與霍爾傳感器相配 套的低廉控制IC，電路結構簡單，成本低廉，可替代霍爾傳感器廣泛應用在家 電、計算機外設和電動車用等無刷直流電機上，最大程度地確保了原採用感應式 生產流程的穩定性以及規避了企業二次研發生產的風險，並增加了無刷直流電機 感應/非感應控制策略的模式切換功能，保持了系統的可繼承性和兼容性。
圖1為背景技術的反電勢過零點檢測法原理方框圖。 圖2為本實用新型的電路原理圖。
圖3為本實用新型圖2中Va、 Vb、 Vc、 Vao、 Vbo、 Vco電壓信號以及換相 信號H1、 H2、 H3的波形圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一歩的說明。
如圖2所示，本實用新型包括三個分壓電路(1 )、三個恆零相移濾波電路(2) 和三個線電壓比較器(3)。其中每個分壓電路由兩個電阻R1、 R2串聯而成，其 Rl分別與無刷直流電機的三相電機線連接，R2接地，Rl、 R2之間的連接點作 為輸出端分別並聯接各自的恆零相移濾波電路；每個恆零相移濾波電路分別i兩 個電阻R3、 R4，兩個電容C1、 C2和一個集成運放構成。電容C1並連接於分壓 電路R2，電容C2的一端與運放的正輸入端連接並與電容C1的一端連接，電容 C2的另一端與運放的輸出端連接，電阻R3的一端與運放的輸出端連接，另一端 與運放的負輸入端連接，電阻R4的一端與運放的負輸入端連接，另一端接地； 每個線電壓比較器的正輸入端分別與相應分壓電路的輸出端連接，而負輸入端分 別與相鄰分壓電路的輸出端連接，各線電壓比較器的輸出信號分別作為電機的換 相信號。
如圖3所示，本實用新型的工作過程是
含有大量PWM調製波的電機三相端電壓Va、 Vb、 Vc經三個分壓電路和恆 零相移濾波電路後得到幅度減小的平滑端電壓Vao、 Vbo 、 Vco，濾波前後每一 相端電壓的相移角度^為
formula see original document page 5
式中《為電機運行的角速度。
只要設計C1^—C2，就可以使得濾波前後的相移角度恆為零，確保端電
壓的過零點濾波前後不會跟隨電機速度的變化而移動，無需相移校正。
相鄰兩相的恆零相移端電壓送到比較器後，比較器比較的是兩相端電壓，實 質上就是檢測線電壓的過零點，這個過零點正好對應電機的換相點，因此，比較 器輸出的換相信號與霍爾傳感器輸出的換相信號完全一致。
權利要求1、無刷直流電機非感應式換相信號檢測器，其特徵是，該檢測器包括三個分壓電路(1)、三個恆零相移濾波電路(2)和三個線電壓比較器(3)。
2、 根據權利要求1所述的無刷直流電機非感應式換相信號檢測器，其特徵 是，每個分壓電路包括兩個電阻R1、 R2串聯，其R1的一端作為輸入端分別與 無刷直流電機的三相電機線連接，R2接地，Rl、 R2之間的連接點作為輸出端分別與相應電壓比較器的正輸入端連接。
3、 根據權利要求1或2所述的無刷直流電機非感應式換相信號檢測器，其 特徵是，每個恆零相移濾波電路包括兩個電阻R3、 R4，兩個電容C1、 C2和一 個集成運放，電容C1並連接於分壓電路R2，電容C2的一端與運放的正輸入端 連接並與電容C1的一端連接，電容C2的另一端與運放的輸出端連接，電阻R3 的一端與運放的輸出端連接，另一端與運放的負輸入端連接，電阻R4的一端與運放的負輸入端連接，另一端接地。
4、 根據權利要求1或3所述的無刷直流電機非感應式換相信號檢測器，其特徵是，每個恆零相移濾波電路中的C1-:C2。
5、根據權利要求1或2或3所述的無刷直流電機非感應式換相信號檢測器， 其特徵是，每個線電壓比較器的正輸入端分別與相應分壓電路的輸出端連接，而 負輸入端分別與相鄰分壓電路的輸出端連接，比較器的輸出分別作為電機的換相 信號°
專利摘要一種無刷直流電機無感應換相信號檢測器，包括三個分壓電路(1)、三個恆零相移濾波電路(2)和三個線電壓比較器(3)。每個分壓電路的輸入端分別與電機的三相線相連接，每個分壓電路的輸出端並接一個恆零相移濾波電路並與各自線電壓比較器的正輸入端相連接，每個線電壓比較器的負輸入端與相鄰分壓電路的輸出端連接，每個線電壓比較器的輸出端輸出供控制IC用的換相信號。本實用新型採用了不隨電機轉速變化的恆零相移濾波電路和線電壓比較器，無需構建虛擬中性點，無需速度估測器和相移校正，在整個高轉速比的範圍內都能保持輸出準確換相信號，該換相信號與霍爾傳感器輸出的換相信號完全一致，無需高速控制IC，可以直接使用與霍爾傳感器相配套的低廉控制IC，電路結構簡單，成本低廉，可替代霍爾傳感器廣泛應用在家電、計算機外設和電動車用等無刷直流電機上。
文檔編號G01R19/175GK201188124SQ20082000990
公開日2009年1月28日 申請日期2008年3月28日 優先權日2008年3月28日
發明者薛曉明 申請人:薛曉明