[发明专利]用于驱动无刷直流电动机的控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及无刷直流电动机的控制，更特别地涉及一种使用delta逆变器驱动三相无刷直流电动机以给电动机的定子绕组供电的控制装置。

背景技术

近年来，无刷直流电动机(BDCM)已经成为很多工作和讨论的主题。在适当的时间连续给这些电动机的定子绕组供电，以产生旋转磁场，该旋转磁场反过来引起电动机的永磁转子旋转。

用于BDCM的控制装置常规地使用全波桥逆变器，该逆变器具有六个固态开关装置和六个二极管，以适当地切换单个直流电源，提供BDCM的定子绕组的三相激励(例如，参见1985年10月1日颁布给Murty并转让给与本申请相同的受让人的美国专利号4544868)。

当使用BDCM作为电力或者混合车辆中的推动装置时，由于大的功率需求，电动机和逆变器的容量必须很大。在这些应用中，逆变器可能代表电动机推动系统的成本、质量和封装尺寸的重要部分。而且，使用这种逆变器的控制装置的可靠性反过来与逆变器中的需要的固态开关装置和二极管的数量相关。

因此，如果可以在用于驱动BDCM的控制装置的功率逆变器制造中采用较少的固态开关装置和二极管将是有利的。

发明内容

本申请人已经发现，通过利用delta型逆变器的控制装置可以有效地驱动三相BDCM，该delta型逆变器仅仅采用常规全波桥式逆变器所需的固态开关装置和二极管的一半。

根据一个实施例，所述delta逆变器耦合到具有永磁转子和三个定子绕组的BDCM。该delta逆变器包括由三个基本相等并分隔开的电池组部分构成的三个直流电压源，和三个相关的固态开关装置。通过定时地施加门信号(gate signal)以将固态开关装置切换到导通状态，选择地将直流电压源施加给不同的电动机定子绕组对。这样就在每个相应的定子绕组中产生了相电流，该相电流建立了使永磁转子旋转的旋转磁场。

结合闭环电动机控制器使用delta逆变器，以为BDCM提供控制装置。该闭环电动机控制器接收表示BDCM的希望的运行条件的电动机命令信号和表示测量的电动机运行的多个电动机运行信号。该闭环电动机控制器适于根据电动机命令信号和电动机运行信号产生适当的门信号，以控制在定子绕组中产生的相电流，使得BDCM以希望的运行条件运行。

根据一个实施例，该delta逆变器可以包括三个二极管，其中每个二极管都反并联连接在不同的固态开关装置两端，以使得当没有施加门信号将固态开关装置切换到导通状态时，来自电动机的相电流能够对直流电压源充电。

根据另一个实施例，通过用不同的脉宽调制信号调制每个门信号的不同部分，可以实现对BDCM的适当控制，其中不同的脉宽调制信号具有基于电动机命令信号和不同的电动机运行信号确定的不同占空比(duty cycle)。

根据另外一个实施例，该闭环控制器包括用来产生参考相电流信号的相电流波形发生器，该参考相电流信号用于控制相电流接近于准方波波形，对于永磁转子的每个电旋转周期，该准方波波形包括正和负振幅方形(square shaped)脉冲。

根据又一个实施例，该闭环电动机控制器包括滞环控制器(hysteresis controller)，用于产生具有基于参考相电流信号和耦合到电动机定子绕组的电流传感器提供的测量的相电流信号之间的差确定的占空比的不同脉宽调制信号。

根据又一个实施例，该闭环电动机控制器包括利用转矩估计器的转矩环，该转矩估计器基于测量的相电流信号和表示通过永磁转子的旋转在电动机定子绕组中产生的反电动势电压的梯形波形估计由BDCM产生的转矩。

因此，本发明使得能够利用仅仅具有常规逆变器所需的一半固态开关装置和二极管的delta逆变器有效地控制无刷直流电动机，由此显著地减小了电动机控制装置的尺寸、成本和重量，同时增加了可靠性。

附图说明

现在将参考附图在下述的具体描述中描述本发明，其中在整个附图中相同的附图标记表示相同或者类似的元件，其中

图1是采用全波桥逆变器的常规BDCM控制装置的示意图；

图2示出了在理想运行条件下三相BDCM的定子绕组中的相电流和相应反电动势相电压的理想化波形的图形表示；

图3是根据本发明原理运行的利用delta型逆变器的BDCM控制装置的示意图；

图4示出了在用于驱动BDCM的delta逆变器中用于切换固态开关装置的门信号和在BDCM的定子绕组两端产生的相电压的图形表示；以及

图5示出了在根据本发明的原理运行的BDCM控制装置中使用的示范性闭环电动机控制器的功能框图。