[发明专利]控制无刷直流型电动机的方法和装置

说明书

本发明涉及用于控制无刷直流电动机(通常公知缩写为BLDC)的方法和装置，它使得可把所述电动机有利地应用于移动投纬织机的纬纱导纱器中的纬纱卷绕臂。

众所周知，纬纱导纱器包括一固定滚筒，就象钓鱼卷轴一样，纬纱卷绕臂在该滚筒上卷绕多匝纱线，这些纱线构成一纬纱储备(reserve)。在织机需要时，在每个纬纱插入处，解开导纱器上的所述匝纱线，纬纱卷绕臂在监控微处理器的控制下卷绕新的多匝纱线，以恢复纬纱储备。

目前广泛用于移动纬纱卷绕臂的电动机是三相异步型。这一选择是本质上由这些电动机的固有特性所规定的，主要是因为这些电动机结构简单而坚固且完全没有相互滑动接触的元件而提供了低的安装和维修成本。

此外，半导体技术的进步使得可获得这样的控制微处理器，它们集成了能对启动所述电动机的逆变器直接产生控制信号波形的外设，这里术语“逆变器”指能产生一多相正弦电压(其幅度和频率可根据需要而改变)体系的驱动装置。

然而，虽然就性能/成本比而言，所述三相异步电动机产生了令人满意的功效，但它们的某些缺点限制了所述性能，尤其是在用于移动纬纱导纱器的所述纬纱卷绕臂时。

这些缺点中最大的一个是，不可能对电动机所产生的转矩提供有效而简单的控制。为此，实际上必需采用复杂的矢量型控制体系，然而，由于需要大量传感器(至少两个用于相电流控制，一个用于检测旋转速率)及高的计算能力要求，这些体系不适用于在所述纬纱导纱器上以低成本安装。相应地，通常通过对电动机速度调节假设一开环系统，从而留下将由所述电动机跟踪的逆变器设定的同步速度来避免这些昂贵而复杂的矢量型控制体系。

然而，这样不可能从电动机中获得高水平的动态性能，这在所述导纱器的纬纱卷绕臂需要提供高的加速度和减速度(因投纬速度的不断增加而发生得越来越频繁)时是一个严重的缺点。

此外，由此开环调节体系，被电动机所吸收的电流明显地高于实际需要，因此，过度吸收的功率作为热量耗散，从而使电动机及逆变器功率部件的电子元件发生危险的过热。

为了移动所述纬纱导纱器中的纬纱卷绕臂，本发明的目的是通过以以上所述的无刷直流型电动机替代三相异步电动机并提供用于控制所述无刷电动机(尤其适用于满足现代纬纱导纱器的操作需求)的方法和装置来消除这些严重的缺点。

替代三相异步电动机而使用无刷电动机所提供的优点基本上在于，可利用对电流(它循环在切换的定子各相中)的相应控制直接而容易地控制转矩；提高功率/体积(volume)比，结果对于产生的相等功率，相应地从整体上减小电动机及导纱器的尺寸；减小转子的惯量，以允许更好的加速；通过采用沿直径的匝来简化定子绕组。

然而，目前用于驱动无刷电动机的常规装置通常具有监控微处理器、角速度传感器及其一组以步长为60的电角度对转子的角位置进行编码的三个位置传感器。此信息实际上是为了使监控微处理器切换正确的定子各相位，即产生与永磁体所产生的转子磁通量正交的定子磁通量的相电流。

然而，存在的所述角速度和位置传感器使驱动装置的结构明显变得复杂且抵销了以上所列的无刷电动机的大多数典型优点，一个方面是明显地增加了所述电动机的安装成本及其整个尺寸，同样，另一方面是明显地减少了电动机/控制系统的可靠性。

本发明的目标是提供了一种控制无刷电动机的方法和装置，该方法和装置通过消除常规控制系统的缺点，有利于把所述电动机应用于移动纬纱卷绕臂，保持其固有的特性(它们尤其有利于此应用)，及所获得的所有优点。

在此目标的范围内，本发明的一个目的是提供一种简单、便宜且高度有效和可靠的调节方法和装置。

依据本发明，通过具有附加权利要求书中所述特定特征的无刷型电动机的控制方法和装置来实现这些和其它目的，它们将在以下变得更加明显起来。

基本上，本发明基于省去控制系统中的角速度传感器和一组对转子的角位置进行编码的三个传感器，以及通过对电动机相电压的采样读数的推导来确定所述速度和位置，从而给监控微处理器提供有用于定子相切换的相应信息。此外，依据本发明，利用插在三相电源桥路的负导体上的旁路(shunt)电阻来测量每个相位的电流，因为一次只有一个电流在无刷电动机中循环。

提供了非限制性举例，从以下详细描述并参考附图将使依据本发明的控制方法和装置的进一步特性和优点变得明显起来，其中：

图1a、1b和1c从整体上形成依据本发明的控制装置的电气图；

图2是驱动图1a-c的装置的控制微处理器的图，其中集成了相应外设；

图3是由图1的控制装置所控制的电动机的定子绕组的电气图；