[发明专利]电动机和电动机控制

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电动机和电动机控制的领域。更具体来说，本发明涉及无电刷电动机的电子换向。

背景技术

许多应用需要低成本、低功率的电动机。示例性的应用包括例如洗碗机之类的小型电器以及用于水疗和游泳池的泵浦。在这样的应用中，常常使用下面的电动机类型：永磁体（“PM”）同步电动机、三相无电刷永磁体（BPM）电动机以及感应式电动机。

这些电动机类型存在许多缺点。举例来说，PM同步电动机限于以与AC线路输入相同的频率（例如在美国是60Hz，在欧洲是50Hz）进行换向。这就导致可听噪声，因为人耳对这些频率（和/或这些频率的谐波）下或其附近的振动敏感。此外，PM同步电动机通常受限于单一速度。

两相或三相BPM电动机可以产生少于PM同步电动机的可听噪声，并且可以以可变速度工作。但是两相和三相BPM电动机的缺点包括更高的成本和复杂度。

单相BPM电动机的优点包括相对于两相或三相BPM电动机的更低成本和更低的复杂度。但是由于两个主要问题，业内在许多应用（包括洗碗机）中都避免使用单相BPM电动机：（1）与基频（例如50Hz或60Hz）有关的噪声，以及（2）由于转矩波动导致的噪声。本发明的发明人开发出了用于克服单相BPM电动机中的这些问题当中的每一个的新颖技术。

发明内容

这里所公开的示例性实施例包括一种新颖的单相电动机，其可以以不同于AC线路输入频率的频率进行电子换向。举例来说，这里所公开的示例性系统包括在50Hz或更低频率下电子换向的单相BPM电动机。在一个示例性实施例中，所述电动机在38Hz下电子换向。这种新颖技术的一个优点是在电动机操作期间减少了人类可听见的噪声。

这里所公开的示例性实施例包括用于对为电动机供电的驱动波形进行整形以便接近电动机的反电动势的新颖技术。这种波整形技术的优点包括提高了的电动机效率，从而在给定电功率水平下得到更高转矩（每安培转矩），并且降低了人类可听见的噪声水平。这种波整形技术的优点还包括减少了由于转矩波动而导致的振动。

附图说明

图1描绘出一个示例性实施例的方框图。

图2描绘出一个示例性实施例中的主要流程控制。

图3描绘出一个示例性实施例中的驱动波形生成流程控制。

图4A描绘出一个示例性电动机中的转子和定子的示例性剖面。

图4B-4D描绘出一个示例性实施例中的电动机内的转子位置。

图5A-5B描绘出示例性实施例中的用于驱动电动机的波形。

图6描绘出一个示例性实施例中的用于驱动电动机的驱动波形。

图7A-7B描绘出一个示例性驱动波形查找表。

具体实施方式

图1描绘出用于控制电动机的示例性系统的方框图。所述电动机控制系统可以被布置在与电动机相同的外壳内、布置为与电动机分开、或者与用于装置或电器的主控制系统集成在一起。电动机包括一个或更多绕组109。主微控制器101执行电动机控制软件程序，以便控制递送到电动机的（一个或多个）绕组109的功率。主微控制器101接收来自Hall（霍尔）传感器103的位置数据。正如本领域内所熟知的那样，Hall传感器被设计成检测磁极的邻近度，并且常常被用在电动机中以检测包括永磁体的转子的位置。电动机控制软件包括用于根据所接收到的输入数据（包括接收自Hall传感器103的位置数据）来控制电动机的例程。电动机控制软件生成将被施加到（一个或多个）电动机绕组109的驱动波形。驱动器集成电路105包括用于放大接收自主微控制器101的驱动波形的电压的放大电路。经过放大后的电压被施加到供电电路107。供电电路107可以包括本领域内所熟知的分离轨拓扑。驱动波形被施加到（一个或多个）电动机绕组109。正如本领域内所熟知的那样，主微控制器101优选地包括用于生成一系列驱动脉冲的脉冲宽度调制（下文中称作PWM）例程。

在一个示例性实施例中，主微控制器101存储BEMF（反电动势）查找表，其包含与电动机相关联的反电动势的数字表示。BEMF查找表可以通过人工旋转电动机轴并且记录所得到的BEMF波形而生成。这可以利用能够将数据记录到例如USB闪存驱动器之类的计算机可读介质的可以买到的示波器来实现。BEMF查找表包含“n”个数据点。每一个数据点包括转子位置索引和相应的占空比百分比值。在一个示例性实施例中，BEMF查找表包括256个数据点。在图7A-7B中示出了包括64个数据点的示例性BEMF查找表。