[实用新型]无刷直流电机转子磁极位置检测器

说明书

本实用新型涉及一种无刷直流电机转子磁极位置检测器，特别是梯形波反电动势的无刷直流电机无位置传感器控制系统中的转子磁极位置检测器。

现有的无刷直流电机由电力电子逆变器、三相永磁同步电动机、控制器和转子磁极位置检测器组成。其中，三相永磁同步电动机是电机本体，电力电子逆变器是对三相永磁同步电机进行电子换相和调压调速，转子磁极位置检测器是检测、计算三相永磁同步电机的转子磁极位置，并将检测到的位置信号输入控制器，经控制器处理后输入电力电子逆变器，以便由电力电子逆变器对三相永磁同步电机进行正确换相。转子磁极位置检测器分两类，即有位置传感器和无位置传感器检测。当无刷直流电机采用无位置传感器控制技术后，就必须通过检测与电机转子磁极位置相关的电量，计算电机转子位置，进行正确换相。通常是利用无刷直流电机定子电枢中三相感应反电动势计算转子磁极的位置，如日本的日立公司、德国西门子公司及美国摩托罗拉公司，具体的方法是令系统采用120°导通方式，将无刷直流电机三相端电压分别分压滤波后，经三个比较器得到三相反电动势的过零点，再将三相过零点信号滞后30°作为各相的换相点，进行换相。该方法的不足是：在转子位置检测器中存在低通滤波器，会产生相移，而且随着电机转速的变化而变化，使换相不准确，尤其是当系统调速范围很宽时，电机运行在高频时相移过大，不能实施正确换相，造成电机不能正常运行。为解决该问题，通常是采用提高电力电子逆变器中功率开关器件的载波频率，以省掉上述转子位置检测器中的低通滤波器，在一个开关周期内估算电枢感应电动势的过零点，再将估算的反电动势过零点滞后30°进行无刷直流电机换相控制。这种转子位置检测器虽可避免换相不准的问题，但由此带来的是，设备投资增加，功率开关器件的动态损耗增加，散热困难，且占用控制器的时间过长，不利于系统开发。

本实用新型的目的是要提供一种无刷直流电机转子磁极位置检测器，它既不需要无刷直流电机转子磁极位置检测器中的低通滤波器，也无需提高电力电子逆变器中的功率开关器件的载波频率，而且可简化电路、减少设备投资、提高无刷直流电机调速系统的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型由电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、电压比较器IC1、光电耦合隔离器IC2组成，电阻R₁、R₂、R₃的一端分别接通三相永磁同步电机的A、B、C相输入端子，另一端互相连接于同一中性点O，电阻R₄、R₅互相串联，其R₄连通中心点O，R₅接地GND1，电压比较器IC1的“-”端接R₄、R₅之间的连接点，“+”端接地GND1，工作电源端接外加供电电压，接地端接地GND1，输出端连接R₆，R₆的另一端连接光电耦合隔离器IC2中的发光二极管的阳极，发光二极管的阴极接地GND1，光电耦合隔离器IC2的输出端分别连接控制器和R₇，R₇的另一端接外加工作电压，接地端接地GND2，三相永磁同步电机的定子绕组中性点接地GND1，接地GND1和GND2相互隔离。

本实用新型由于不存在滤波过程，所以也就不存在相移，既可确保无刷直流电机的准确换相，又无需提高电力电子逆变器中的功率开关器件的载波频率，而且只需一路比较器，所以结构特别简单。此外，还具有无刷直流电机的调速范围宽，占用控制器的时间少和便于系统开发之优点。

下面给出本实用新型的实施例及附图，并作进一步说明：

图1、为本实用新型在无刷直流电机中的实施例图。

按图1所示，本实用新型3由电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、电压比较器IC1、光电耦合隔离器IC2组成。电阻R₁、R₂、R₃的一端分别接通三相永磁同步电机2的A、B、C相输入端子，另一端互相连接于同一中性点O。电阻R₄、R₅互相串联，其R₄连通中心点O，R₅接地GND1。电压比较器IC1的“-”端接R₄、R₅之间的连接点，“+”端接地GND1，工作电源端接外加供电电压，接地端接地GND1，输出端连接R₆。R₆的另一端连接光电耦合隔离器IC2中的发光二极管的阳极，发光二极管的阴极接地GND1，光电耦合隔离器IC2的输出端分别连接控制器4和R₇，R₇的另一端接外加工作电压，接地端接地GND2。三相永磁同步电机2的定子绕组中性点接地GND1，接地GND1和GND2相互隔离。使用中，三相永磁同步电机2的三相端电压(即附图中A、B和C端相对于U_s“-”端的电压)经电阻R₁、R₂和R₃形成中性点O点电压U_o。经推导可知，中性点O点的电压U_o与三相永磁同步电机2的定子三相绕组形成的中性点N点相对于U_s“-”端的电压U_N之间的电势差U_o-U_N总是等于三相永磁同步电机2中未导通相电枢感应反电动势的1/3倍。这样，将电势差U_o-U_N经电阻R₄和R₅组成的分压电路进行分压，由电阻R₅取出电压信号，即可得到波形为三角波的分压信号U_i，将三角波分压信号U_i输入电压比较器IC1的“-”端，与输入电压比较器IC1的“+”端的参考电压信号U_ref(即地GND1)进行电压比较后，得到脉冲式的三相反电动势过零点电压信号，再经限流电阻R₆限流和光电耦合隔离器IC2隔离后，便产生了电气上隔离的一路包含三相反电动势过零点检测的脉冲信号U_p。过零点脉冲信号U_p送至控制器4的外部中断口或外部捕捉口。三相反电动势过零点检测脉冲信号U_p的每一次跳变都意味着三相永磁同步电机反电动势过零点时刻的到来。U_p的每一次跳变都使控制器产生中断响应，并做30°电角度的延时和逻辑运算，形成6路PWM信号，作为电力电子逆变器1中功率器件的触发信号。当电力电子逆变器2的功率器件在得到触发信号后随之逆变器输出三相PWM电压，并且馈送到三相永磁同步电机2，使之运转工作。运转的三相永磁同步电机产生三相梯形波的感应反电动势。此外，上述参考电压信号U_ref既可以取三相永磁同步电机2中性点N点相对于U_s“-”端的电压U_N，也可以取由电阻R₁、R₂和R₃形成的中性点O点相对于U_s“-”端的电压U_o，采用后者将使三相反电动势过零点检测脉冲信号U_p成为反逻辑。上述电阻R₁、R₂和R₃的取值应相同，为1～2MΩ之间。R₄的取值为60～120kΩ，R₅的取值为2～4kΩ之间，R₆的取值为1kΩ，R₇的取值为500Ω。电压比较器IC1和光电耦合隔离器IC2选用快速型，从而可提高反电动势过零点信号的实时性。