[发明专利]无刷电动机用的驱动器包含驱动器和无刷电动机的系统及驱动电动机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无刷电动机用的驱动器；还涉及一种包含驱动器 和无刷电机的系统，以及涉及一种用以驱动电机的方法。

背景技术

无刷电动机用的驱动器通常包含一个半桥电路，用于电动机的每 个线圈，所述半桥电路包含第一和第二开关元件。所述开关元件通常 由体二极管所桥接，所述体二极管固有地存在于所述开关元件中，或 者刻意地提供于本设计中。这些体二极管使得电流在假定各开关元件 之间公共节点处的电压超过较高供电电压值或者低于较低供电电压值 情况下能够导通。按照这种方式，保护各开关元件免受因过压情况所 致的损害。

在电动机运行期间，线圈中产生反电动势(back-EMF)脉冲。由于 这种效应，在与不供能线圈耦接的公共节点处，可能会发生超过所述 较低或较高供电电压值的电压。这会导致能量的损失。此外，虽然所 述体二极管保护开关元件避免发生过压，但仍有以下危险，这就是由 体二极管中电流的耗散所产生的热量而导致开关元件的损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无刷电动机用的驱动器，一种包含驱 动器和无刷电动机的系统，以及提供一种驱动无刷电动机用的方法； 其中，在与不供能线圈耦接的公共节点处发生所述电压的电压范围被 减小。

按照本发明，由权利要求1所述驱动器和权利要求8所述系统以及 权利要求9所述的方法实现上述发明目的。

权利要求1的驱动器特别适用于无刷直流电动机，其中，每个线 圈的第一端与驱动器的对应输出端耦接，并且，各线圈的第二端共同 耦接成星形节点。

所述驱动器按照一种转换方式给所述电动机供能，也即所述驱动 器假设一个换向状态的循环次序。在接续的各换向状态之间变换时， 驱动器改变给各线圈供能的方式，使磁通量的取向改变，从而引起电 机转子旋转。

所述驱动器可以自主地执行所述转换方式，譬如以预定频率或以 从零逐渐增大到预定值的频率步入每个下一换向状态。作为一种可供 选择的方式，可以在譬如使用像霍尔传感器(Hall sensor)这样的位置 传感器，或者使用电动机的反电动势零点交叉的同时，使所述转换方 式的执行与电机的转动相关联。

在第一换向状态期间，由于第一输出端处给出的供电信号等于第 一平均电压值，而第二输出端处给出的供电信号具有中间平均电压值， 即第一和第四平均电压值之间的值，所以星形节点处的电压相对地接 近第一平均电压。在第二换向状态期间，由于第一输出端处给出的供 电信号具有中间平均电压值，而第二输出端处给出的供电信号等于第 四平均电压，所以星形节点处的电压相对地接近第四平均值。虽然第 一和第二输出端之间的电压差可以保持不变，但在从第一换向状态到 第二换向状态的转换过程下，星形节点处的电压改变。

在权利要求8所述的系统中，在第一换向状态中，第三线圈的第 一和第二端之间电势差的极性与第四和第一平均电压之间差值的极性 相同。在第二换向状态中，第三线圈的第一和第二端之间电势差的极 性与第四和第一平均电压之间差值的极性相反。按照这种方式，由权 利要求1所述的驱动器获得的效果补偿非供能线圈中所产生的反电动 势电压，以致出现在与第三输出端耦接的非供能线圈的端部处的电压 平均达到很小的过电压，于是降低甚至消除通过体二极管导电。

第一和第二供电信号当中的每一个都可以是脉冲宽度调制信号， 该信号的电压在比如0这样相对较低值与比如V(伏特)这样的相对较高 值之间变化。譬如，在第一换向状态中，第一供电信号具有相对较高 值V，占空因数为90％，第二供电信号具有的这个值占空因数为50％，而 在第二换向状态中，第一和第二供电信号分别具有占空因数50和10％。 在权利要求2所述的实施例中，在换向状态期间，第一和第二供电信号 当中之一具有恒定供电电压。这种实施例是有利的，因为在每个状态 期间只需要提供给一个输出，以切换信号。按照这种方式，切换损失 减小。另外，按照这种方式，在星形节点处可以产生用于补偿反电动 势电压的最强补偿电压。

在权利要求3的实施例中，所述驱动器具有换向状态，其中，它 为电动机的多于两个线圈供能，譬如在三相电动机的情况下，它为每 个线圈供能。这种实施例的优点在于，它允许定子通量的更渐进旋转， 从而导致可听噪声降低。