[发明专利]无传感器无刷电机的驱动设备

说明书

技术领域

本发明内容一般涉及一种无传感器无刷电机的驱动设备。

背景技术

作为一种直流无刷电机，公知无传感器型电机(为了降低成本的原因而未设置有检测转子的旋转位置的传感器)在实际中进行使用。公知无传感器无刷电机设置有位置检测电路，该位置检测电路用于通过检测在电机的定子的电枢绕组的一端处产生的感应电压，来检测转子相对于该转子的一对磁极的旋转位置。基于所检测的转子的旋转位置，电源控制装置确定供应电源电压给电枢绕组的上电时间带(energization time zone)。电源电路(其一般由逆变器电路所配置)根据所确定的上电时间带将电源电压供应至电枢绕组，从而对电枢绕组上电。具有三相电枢绕组的电机经常采用这样一种驱动方法，其中根据转子的旋转位置，以120度的电度角(electrical angle)的斜度依次按序对多个相位端上电。在这样的驱动方法中，上电时间带可超过120度的电度角并且可与多个相位交叠。另外在大多数情况下，电源电路被脉宽调制(或在下文中被缩写为PWM)生成的信号，即PWM生成电路生成的信号所控制，从而占空比可变以调节输出扭矩。

通过转子的一对磁极与处于非上电时间带中的电枢绕组之间的磁通互联，产生由上文所述的位置检测电路所检测的感应电压。由于所感应的感应电压的位置随着电枢绕组和转子的相对旋转位置而改变，从而将感应电压作为用于检测转子的旋转位置的指示。随着依次按序对上述相位端上电，在感应出感应电压处的相位按序改变。传统上采用三相组合型电路系统和三相独立型电路系统作为用于检测感应电压的电路系统。一般而言，在这两个电路系统中，通过比较器将感应电压与参考电压进行比较，并且在比较结果改变的时刻检测转子的参考旋转位置。将为电源电压值一半的中间电平值或以Y-型连接进行彼此连接的电枢绕组的中性点电压(neutral point voltage)作为参考电压。

在JPH11-32498A中公开了一个被应用到无传感器无刷电机的上述类型的驱动设备的实例。在JPH11-32498A中公开的无传感器无刷电机的驱动设备和控制方法通过整流器和倍压器对交流电源进行整流以获得直流电压，该直流电压通过被PWM斩波驱动的逆变器而被施加到具有开关的无刷电机。至少在启动时和低速运行时间期间，关断倍压器并且同时将PWM斩波变为预定的占空(duty)，从而通过延长PWM斩波的工作期间(on-duty period)在不使用倍压器的模式下，不会失败地检测转子的旋转位置。

在JPH8-23694A中公开了一个应用于使用直流电源的无刷电机的速度控制设备的示例。在JPH8-23694A中公开的速度控制装置(配备有用于改变调节电机速度的上电期间的长度的PWM控制装置和电机速度检测装置)通过响应于电机速度自动改变PWM频率来控制电机旋转，从而PWM频率自动并持续地根据电机速度而改变，以在低速到高速的宽范围内提供稳定的速度控制。

在无传感器无刷电机中，在转子的旋转速度被控制为低的情况下，PWM控制的占空比被控制为小，在端处感应电压被感应的持续时间变小以与工作期间一致。因此，从位置检测电路的比较器输出的比较结果还包括间歇波形。在位置检测电路中读出比较器的输出的时刻正常为脉宽调制信号的下降相位，即工作期间的完成时间。原因是，逆变器控制电路和逆变器电路包括传输延迟时间，因而上述时刻对读出输出中的变化是适当的，这种输出中的变化在延迟了传输延迟时间的工作周期期间于比较器处发生。在占空比于低速范围急速下降的情况下(即当工作期间变的比传输延迟时间短时)，旋转位置不再被检测。原因是，比较器处工作期间的整个持续时间被延迟并跟在脉宽调制信号的下降相位之后，而基本不存在于位置检测电路中读出比较器的输出的时间。

为了适应在低速下检测旋转位置的难度，如同在JPH11-32498A中公开的无传感器无刷电机的驱动设备所披露的，通过在低速时切换到倍压器模式来延长PWM斩波的占空的工作期间(on-period)是有效的。在JPH11-32498A中公开的设备基于具有交流电源来应用倍压器装置。结果是，在JPH11-32498A中使用的方法不适用于电池或其它直流电源所驱动的无传感器无刷电机。