[发明专利]用于减小转矩波动的电子换流直流电动机的电驱动装置

说明书

本发明涉及直流电动机的电驱动装置，尤其是具有电子换流器控制电路及永磁励磁空心线圈的电动机的电驱动装置。

具有小电感的电子换流永磁激磁的直流电动机、如空心线圈电动机可满足高的平稳运行的要求。该特性对于运行机构主轴驱动愈来愈重要，因为可实现的存储器密度增大了。对此空心线圈电动机特别适用，因为它不产生任何干扰的粘附转矩及径向力。

公知的主轴驱动仅使用带槽的铁电枢电动机。有人提出对于固定磁盘的驱动使用具有内置转子的空心线圈电动机(薄膜电动机)，如US5714828中所描述的。在驱动固定磁盘的电动机的电子换流领域中的新发展是“相电流整形”。其中三个相中的相电流被调制，用于实现相电流一定的变化曲线-如大致为正弦波。对此通常电动机电压被脉宽调制(PWM)，否则电路损耗很大。PWM的占空率用作调节量。该方法由于感应电压过零点的捡测难通常需要PLL(锁相环)支持的换流控制。此外这种“相电流整形”不能直接转用于空心线圈电动机(例如具有薄膜绕组)。它与铁电枢类型的电动机相比具有小得多的电时间常数(约十分之一)，而需要相应高的PWM调制频率，这又仅能用提高成本来实现。

减小转矩波动的另一方法，即仅通过修改中间回路的电流及保持传统的120°连锁换流，最好通过无传感器的换流(电动势换流)的方法被描述在EP0773624中。其中将根据每个换流时刻提高电动机电压，以便大致达到均匀的中间回路电流，及由此可避免在转换后因运行及电感引起的“转矩扰动”。对此该信号是由RC节的放电过程获得的。实际上，用此方法转矩的波动仅会一定程度的减小，因为有：电流及交连变化磁通的乘积在任何时刻保持常数。为此必需有电流的持续适配。对于具有很小电时间常数的电动机该方法不太适用。

本发明的任务是，使具有空心绕组永磁激磁的电动机由换流引起的转矩波动减小。

根据本发明，该任务将这样地解决：由一个借助测量装置测量的电动机感应电压及由一个用于直流电动机的转速控制的参考值导出调节信号；及导出的调节信号(V_i_ref)用于通过电动机电流(ia,ib,ic)的调节基本上产生直流电动机的恒定转矩。通过这种电动机控制可使小电感整流小电动机由换流引起的转矩波动减小。为此保持具有过零点识别的120°连锁换流，及仅调制中间回路电流，而放弃对各个相电流的调制并可使用传统的换流方法，如无传感器换流(EMF换流)。对此所需的信号可用简单方式由感应电压获得。因此相对其它方法电路成本可显著降低。

根据权利要求2的构型可以简单地确定电动机电流的参考值，在该值上电动机转矩为恒定。

根据权利要求3的构型可以简单地确定电动机电流的参考值，在该值上电动机转矩为恒定，并当电动机转速非恒定时亦如此。

根据权利要求4的构型允许借助一个纵向调节器及一个调节机构通过调节信号简单地调节中间回路电流。

根据权利要求5的构型可放弃调节机构，由调节器直接地控制属于换流器的逆变器。

以下将借助多个附图来详细描述本发明。附图为：

图1：根据本发明的电驱动装置的电路框图，

图2：框4中电动机电流参考值确定的详细结构，

图3a及图3b：框6中信号处理的电路原理图及实践近似图，及

图4a至4h：电动机控制中一些信号的波形图。

在图1所示的电路框图中可看到，整个驱动装置由逆变器1、直流电动机2、EMF换流器3、用于获得参考信号的框4及借助调节作用使该参考值转换成中间回路电流的框5。EMF换流器3以120°相位移的单元系统运行工作及设有过零点识别部分，其中缩写EMF(电动势)用于无传感器的换流，它用于测量在三相无电流时的电动机感应电压。在小电感电动机2、尤其是空心线圈电动机的情况下单独使用EMF换流器3时会导致转矩波动的问题，因此增加了具有一个新电路的框4。

图4详细地表示用于构成参考值的框4的结构。它的输入量一方面是图4b中所示的换流信号V_FG，图4a中所示的测量感应电压E_sample，图中Ψ表示电动机的转动电角度。这两个量提供给EMF换流器。另一方面，输入量为调节信号V_I_av，它由这里未示出的调节电路构成，通过该调节电路可调节电动机2的转速。