[发明专利]无刷直流电动机的驱动装置

说明书

本发明涉及无刷直流电动机的驱动装置。

下面，说明现有的无位置传感器无刷直流电动机的驱动装置。图1是现有的无位置传感器无刷直流电动机的驱动装置的框图。

如图所示，现有的无位置传感器无刷直流电动机的驱动装置由整流电路2、用6个半导体开关元件构成的120度通电式的电压式逆变器(逆变器)3、无刷直流电动机4、转子位置检测器5和驱动控制装置7构成。

从商用电源1经整流电路2进行整流平滑的直流电源供给逆变器3的输入端。另外，逆变器3的输出端与无刷直流电动机4的定子电枢绕组线连接，由此来接通、断开上述直流电源，使无刷直流电动机4转动。

无刷直流电动机4由将多相电枢绕组线进行星形连接的定子和利用永久磁铁构成磁极对的转子构成，因转子转动而在定子电枢绕组线端6产生反电动势。

上述反电动势从定子电枢绕组线端6输入转子位置检测器5，由该转子位置检测器5进行转子的位置检测，并作为脉冲信号输入驱动控制装置7。

驱动控制装置7由逆变器驱动电路8、输出模式发生电路9和PWM控制电路10构成。

输出模式发生电路9与从转子位置检测器5输入的检测定时一致地确定驱动逆变器3的各开关元件的触发的模式。进而，输出模式发生电路9将该模式与根据转数指令11确定PWM斩波控制的通/断的占空比的PWM控制电路10的输出进行合成，生成信号，将该信号输入逆变器驱动电路8。并且，利用该逆变器驱动电路8驱动逆变器3的各个触发极。

下面，说明上述现有的无位置传感器无刷直流电动机的驱动装置的转子位置检测器5。图2是表示转子位置检测器5中的1相的电路图。

如图所示，转子位置检测器5由利用电阻21，22构成的分压电路20；用于除去直流成分的电容器23；利用电阻25和电容器26构成的一次延迟滤波电路24；利用电阻28，29，30和比较器31构成的比较电路27所构成。

定子电枢绕组线端6的端电压从输入端输入分压电路20，以上述直流电源的0V为基准，利用电阻21与电阻22的分压比检测该端电压。

在该检测的端电压中，除了反电动势的基波成分外，还包含上述PWM斩波控制引起的高频成分、以换向后的回流模式发生的尖峰脉冲电压和由分压电路20的电阻21，22的偏差引起的直流成分的偏移等。为了减轻这些成分，通过连接电容器23用于隔断直流成分，进而利用一次延迟滤波器24减少高频成分，同时，进行90度移相。比较电路27通过将一次延迟滤波器24的输出与基准电压34进行比较，将转子位置检测信号作为脉冲信号向输出端输出。基准电压34使用直接将定子电枢绕组线的中性点电压与上述一次延迟滤波器24的端电压合成而得到的中性点电压。

由于90度移相的检测信号作为比检测的本身的相落后120度的相的转子位置检测信号使用，所以，在电流相位角基本上为0度的位置进行驱动。例如，以U，V，W的3相驱动时，以U相的端电压检测的检测信号作为W相的转子位置检测信号使用。

作为无刷直流电机4的转子，通常使用如图3所示的那样具有形成磁路的转子轭12和瓦状的励磁用永久磁铁13并在转子轭12的外周表面粘接上述瓦状的励磁用永久磁铁13而形成的表面磁铁式的转子和如图4所示的那样转子具有形成磁路的转子轭15和励磁用永久磁铁16并将上述励磁用永久磁铁16插入到设在转子轭15上的槽内而形成的埋入磁铁式的转子。作为这些转子的控制方式，已提出了最佳的方法(森本、上野、武田「埋入磁铁式结构PM电动机的宽范围可变速控制」平成6年电气学会论文志D、114卷6号、p662-p667)。

通常，使用用d-q坐标表示的永久磁铁的无刷直流电动机的转矩公式由下式给出。T＝p·(φmag·iq+(Ld-Lq)·id·iq}...(1)

其中，T为转矩，p为极对数，φmag为永久磁铁产生的电枢交链磁通，id、iq分别为电枢电流的d轴分量和q轴分量，Ld、Lq分别为d轴电感和q轴电感。

设电枢电流的振幅为I、相对于q轴的电枢电流的相位角(电流相位角)为θ时，则id、iq分别定义为

id＝-I·sinθ                      …(2)

iq＝I·cosθ                       …(3)

其中，I是电枢电流的振幅，θ表示从q轴看到的电流相位角。

根据定义式(2)、(3)，转矩式(1)可以变换为下式。

【式1】