[发明专利]电气驱动机构及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有永磁体的无刷电动机的电气驱动机构以及控制驱动的方法。

通过非限定性示例，本说明书描述了一种包含具有生成正弦波反电动势(c.e.m.f.)的永磁体的三相无刷电动机的驱动机构，用以驱动用于电通风机的轴向、径向和其它类型风扇。

背景技术

考虑到这些电动风扇的应用领域是用于安装在机动车中的气温控制和冷却系统，可以理解为此研发电动风扇的主要目的是：低噪声、有限能耗和减低的成本。

这些需求已导致采用由能够产生正弦波电流的逆变器驱动的正弦波c.e.m.f无刷电动机(AC无刷电动机)，并使采用过时PWM六级驱动梯形c.e.m.f电动机(更通常地称为DC无刷电动机)成为过时。

c.e.m.f的和相关相电流的正弦波使实际转矩脉动减至最小(实质为零)，由此减小机械振动和噪声。

另外已知可使电流汲取减至最小以产生某一驱动转矩，从而通过一般由受电流控制的外加电压逆变器驱动的AC无刷电动机的最优驱动而使机电转换效率最大化。

为了获得这种驱动，静态开关必须改变状态以使转子磁场的极轴保持在与通过定子绕组中的电流循环所产生的磁场的极轴呈90电角度，不管所施加的转矩和转速如何。

为了获得关于转子角位置的信息，一般使用相对昂贵的设备，包括与定子整合在一起并适当地成角度定位的绝对编码器或霍尔效应传感器，用以检测沿转子圆周供能磁场的正弦波形。

适当地解码由传感器产生的输出信号以驱动静态开关，从而保持转子和定子磁场之间90电角度的角偏置。

这种驱动要求使用上面提到的位置传感器，其成本相对高。

在尝试减低驱动成本时，已研发出不使用这种传感器的驱动策略。

这些驱动策略基于这样的驱动是否最优的考量，即如果在工作磁场(转矩、转速、DC供电电压)中的每个点，c.e.m.f和相电流是同的，反之亦然。

结果，这些驱动策略和驱动机构(已熟知为“无传感器的”)基于电量的读取(例如在电动机端子处的电压或电动机绕组中循环的电流)以检测c.e.m.f和电流过零的点(过零)，计算c.e.m.f和电流之间的相对相位并执行驱动逆变器静态开关的适宜方法，这类方法力求将两个量保持同相。

这些方法的一个缺点在于要检测c.e.m.f过零这一事实，也就是说为了读取c.e.m.f的符号，流过绕组的电流必须足够长时间地保持为零以便取读数，这与要求的电流正弦波形是相悖的。

然而简要地说，为使对理想值的偏差具有可忽略的效果，电流保持为零的时间间隔长度必须减小至最小值并消除由受控相电流中断引发的失真，以及未读取要求信号的风险，因此引入复杂的算法以实时地计算转子的角位置：在实践中，这些算法是面向现场的控制(用业内行话说就是FOC)的组成部分并且需要使用具有高处理能力的复杂和昂贵的控制器(用业内行话说就是DSP控制器)。

发明内容

在这种背景中，本发明的主要目的是提供没有上面提到的缺点的电气驱动机构。

本发明的一个目的是提供一种低噪声和低能耗驱动机构。

本发明的另一目的是提供一种基于简单和低成本控制架构的电气驱动机构。

所声称的技术意图和具体目的基本通过具有权利要求1以及附属权利要求中的一个或多个所述特征的电气驱动机构来达成。

附图说明

通过参照附图所示的永磁无刷电动机的电气驱动机构的非限定性实施例，本发明的其它特征和优点在下面的说明书中将更为明暸，在附图中：

图1示出根据本发明的无刷电动机的电气驱动机构的原理图；

图2示出AC无刷电动机的相位的等效电路；

图3示出图2的电路的矢量图；

图4示出表示图2电路的最优操作的矢量图；

图5是根据本发明的驱动机构的一部分的一个示例的图；

图6示出图1的驱动机构的第一详情的电路图；

图7示出图1的驱动机构的第二详情的电路图；

图8示出控制图1的驱动机构直到达到最优工作状态的过程；

图9是示出施加于无刷电动机的电压的图；

图10示出特定工作状态下图9的图。

本发明较佳实施例的详细说明

参照附图并尤其参见图1，附图标记1示出根据本发明的电气驱动机构。

本发明基于时间连续地获取信息的原理，从中获得供电电压值以优化由电气驱动机构供能的电动机的控制。

驱动器1包括电动机2，例如用于驱动未示出的风扇。