專利名稱：一體化無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一體化無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及無刷直流電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種一體化無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
[0002]無刷直流電機(jī)是集交流電機(jī)和直流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它既具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電機(jī)運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好的特點(diǎn)，同時(shí)無勵(lì)磁損耗，因此近年來無刷直流電機(jī)的應(yīng)用日益普及，而伴隨著無刷直流電機(jī)的普及，對與其配套的驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。[0003]經(jīng)檢索，CN201315560Y公開了一種直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)用新型專利，其包括微處理器、IPM模塊、整流模塊、直流母線電壓檢測電路、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測電路、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測電路、DC/DC電源模塊，三相交流電經(jīng)整流模塊分為三路輸出，一路到IPM智能模塊， 一路到電源模塊的輸入端，第三路到直流母線電壓檢測電路，直流母線電壓檢測電路的輸出端到微處理器，電源模塊的輸出端到微處理器，IPM模塊的輸出接直流電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測電路、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測電路的輸出接到微處理器，這種直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的不足是體積大、成本高、安裝不方便。發(fā)明內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)新穎、成本低、體積小、安裝方便的一體化無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是[0006]一種一體化無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)有端蓋，其特征在于端蓋上設(shè)有功率板和控制板，功率板上設(shè)有主回路、進(jìn)線缺相檢測電路、母線電流檢測電路、欠壓和過壓檢測電路、反電勢檢測電路和開關(guān)電源電路，控制板上設(shè)有DSP控制系統(tǒng)電路和通訊模塊電路，[0007]其中[0008]主回路中設(shè)有進(jìn)線EMI濾波器、壓敏電阻保護(hù)、使用了 X電容、Y電容和三相共模濾波器抑制差模和共模干擾，整流橋和逆變橋都集成在一個(gè)功率模塊內(nèi)，功率模塊采用芯片SEMIKR0N集成度高，所占面積??；直流母線上具有LC結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)功率因素校正(PFC)，[0009]進(jìn)線缺相檢測電路是將送往功率模塊的三相電經(jīng)過由電阻、二極管和光耦組成的檢測電路處理后送往DSP芯片讀取，讀取缺相檢測電路的輸出數(shù)字信號(hào)LHPl和LHP2的占空比判斷是否缺相，具有進(jìn)線缺項(xiàng)報(bào)警，過載、過熱報(bào)警，過流和過壓報(bào)警，功率因數(shù)校正等功能，[0010]母線電流檢測電路是通過母線上串聯(lián)一個(gè)很小的電流檢測電阻，通過線性光耦隔離放大電阻兩端的電壓信號(hào)，再經(jīng)過一個(gè)調(diào)理電路把信號(hào)處理成控制芯片能夠接收的范圍，從而對電機(jī)電流進(jìn)行反饋和監(jiān)視，[0011]欠壓和過壓檢測電路是采用大電阻隔離的方法，通過一個(gè)簡單的運(yùn)放電路把母線電壓轉(zhuǎn)化為控制芯片輸入的模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)欠壓和過壓檢測，此運(yùn)放的輸入為母線電壓，輸入電阻取很大，反饋電阻很小，從而使實(shí)際運(yùn)放管腳的輸入電壓并不是很大，流過的電流也很小，實(shí)現(xiàn)了隔離的效果同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了電壓的檢測，[0012]反電動(dòng)勢檢測電路是一低通濾波器，采用“端電壓法”實(shí)現(xiàn)無傳感器控制，通過對電機(jī)三相UVW的對地電壓的處理，經(jīng)DSP處理器生成轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，將端電壓分成反電動(dòng)勢信號(hào)和電流續(xù)流干擾信號(hào)，電機(jī)三相電壓首先通過低通濾波器濾除高頻干擾信號(hào)和降壓， 再通過一個(gè)電容去除直流部分，然后把處理過的信號(hào)和由三相構(gòu)造出來的虛擬中性點(diǎn)電壓進(jìn)行比較，并對兩種信號(hào)進(jìn)行相位和幅值的計(jì)算，得到由電流續(xù)流造成的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的相位超前角度，經(jīng)過檢測電流、轉(zhuǎn)速、占空比、母線電壓和電機(jī)參數(shù)確定出電流續(xù)流影響的偏移角度進(jìn)行補(bǔ)償，從而得到反電動(dòng)勢過零點(diǎn)的信號(hào)，使換相時(shí)刻接近最佳換相時(shí)刻，確保換向的正確進(jìn)行，大大拓展了無刷直流電機(jī)無位置傳感器的應(yīng)用范圍，[0013]開關(guān)電源電路采用反激式變換器，輸入為母線電壓，輸出3路隔離的直流電壓，分別用于DSP控制系統(tǒng)電路和通訊模塊電路，[0014]DSP控制系統(tǒng)電路的控制核心芯片為DSP，具有6路模擬信號(hào)輸入，3對PWM輸出，[0015]通訊模塊電路包括RS232和RS485兩種一步串行通訊方式，其中RS232用于對程序的維護(hù)等操作，RS485用于工業(yè)控制，可進(jìn)行RS232、RS485總線通訊輸入和模擬量速度給定電路，模擬量速度給定電路通過向控制器輸入電壓來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，[0016]控制板上設(shè)有三組端子排接口，分別為三相功率進(jìn)線接口、驅(qū)動(dòng)器報(bào)警輸出接口、 串口 RS232、串口 RS485和模擬量給定接口，三組長分別為12個(gè)端子、3個(gè)端子和5個(gè)端子， 通過控制板上的三組端子排接口分別將通訊或和模擬量調(diào)速、保護(hù)報(bào)警和三相交流電輸入連接好。[0017]本實(shí)用新型可把驅(qū)動(dòng)電路和主回路的“地線”和控制電路的“地線”隔離開，以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。[0018]本實(shí)用新型可在驅(qū)動(dòng)板上設(shè)有溫度檢測電路，溫度檢測電路是由普通電阻、電容、 熱敏電阻和運(yùn)放組成，對整流和逆變模塊、功率板、電動(dòng)機(jī)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，防止由于溫度過高或過低而造成工作不穩(wěn)定和異常情況的發(fā)生。[0019]本實(shí)用新型由于采用上述結(jié)構(gòu)，使本實(shí)用新型嵌入到電機(jī)中，集控制電路和功率電路于一體，大大減小了體積，省去了連接電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的線路，具有結(jié)構(gòu)新穎、體積小、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高、安裝方便、維修方便、易于操作和移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。[0020]
[0021]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。[0022]圖2是本實(shí)用新型的信號(hào)接口圖。[0023]圖3是本發(fā)明中反電動(dòng)勢檢測電路。[0024]圖4是為重載下，電流時(shí)間很長時(shí)的反電動(dòng)勢檢測信號(hào)與霍爾檢測信號(hào)。其中信號(hào)1為反電動(dòng)勢U相檢測信號(hào)，信號(hào)2為霍爾U相檢測信號(hào)，信號(hào)3為經(jīng)過深度濾波后的反電動(dòng)勢信號(hào)，信號(hào)4為模擬中性點(diǎn)電壓信號(hào)。[0025]附圖1、2中標(biāo)記功率板1、控制板2、EMI濾波器3、整流橋4、逆變橋5、功率模塊 6、檢測電路7、開關(guān)電源電路8、通訊模塊電路9、模擬量速度給定電路10、控制電路11、三相交流電輸入12、上位機(jī)13、反電動(dòng)勢檢測電路14、電位器15、電機(jī)16、功率因素校正17、驅(qū)動(dòng)電路18。
具體實(shí)施方式
[0026]
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明[0027]如附圖所示，一種一體化無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)有端蓋，其特征在于端蓋上設(shè)有功率板1和控制板2，控制板2固定在功率板1上，功率板1上設(shè)有主回路、進(jìn)線缺相檢測電路、母線電流檢測電路、欠壓和過壓檢測電路、反電勢檢測電路14和開關(guān)電源電路8， 控制板2上設(shè)有DSP控制系統(tǒng)電路和通訊模塊電路9，[0028]其中[0029]主回路中設(shè)有進(jìn)線EMI濾波器3、壓敏電阻保護(hù)、使用了 X電容、Y電容和三相共模濾波器抑制差模和共模干擾，整流橋4和逆變橋5都集成在一個(gè)功率模塊6內(nèi)，功率模塊 6采用芯片SEMIKR0N集成度高，所占面積?。恢绷髂妇€上具有LC結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)功率因素校正 (PFC) 17，[0030]進(jìn)線缺相檢測電路是將送往功率模塊的三相電經(jīng)過由電阻、二極管和光耦組成的檢測電路7處理后送往DSP芯片讀取，讀取缺相檢測電路的輸出數(shù)字信號(hào)LHPl和LHP2的占空比判斷是否缺相，具有進(jìn)線缺項(xiàng)報(bào)警，過載、過熱報(bào)警，過流和過壓報(bào)警，功率因數(shù)校正等功能，[0031]母線電流檢測電路是通過母線上串聯(lián)一個(gè)很小的電流檢測電阻，通過線性光耦隔離放大電阻兩端的電壓信號(hào)，再經(jīng)過一個(gè)調(diào)理電路把信號(hào)處理成控制芯片能夠接收的范圍，從而對電機(jī)電流進(jìn)行反饋和監(jiān)視，[0032]欠壓和過壓檢測電路是采用大電阻隔離的方法，通過一個(gè)簡單的運(yùn)放電路把母線電壓轉(zhuǎn)化為控制芯片輸入的模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)欠壓和過壓檢測，此運(yùn)放的輸入為母線電壓，輸入電阻取很大，反饋電阻很小，從而使實(shí)際運(yùn)放管腳的輸入電壓并不是很大，流過的電流也很小，實(shí)現(xiàn)了隔離的效果同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了電壓的檢測，[0033]反電動(dòng)勢檢測電路14是一低通濾波器，采用“端電壓法”實(shí)現(xiàn)無傳感器控制，通過對電機(jī)三相UVW的對地電壓的處理，經(jīng)DSP處理器生成轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，將端電壓分成反電動(dòng)勢信號(hào)和電流續(xù)流干擾信號(hào)，電機(jī)三相電壓首先通過低通濾波器濾除高頻干擾信號(hào)和降壓，再通過一個(gè)電容去除直流部分，然后把處理過的信號(hào)和由三相構(gòu)造出來的虛擬中性點(diǎn)電壓進(jìn)行比較，并對兩種信號(hào)進(jìn)行相位和幅值的計(jì)算，得到由電流續(xù)流造成的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的相位超前角度，經(jīng)過檢測電流、轉(zhuǎn)速、占空比、母線電壓和電機(jī)參數(shù)確定出電流續(xù)流影響的偏移角度進(jìn)行補(bǔ)償，從而得到反電動(dòng)勢過零點(diǎn)的信號(hào)，使換相時(shí)刻接近最佳換相時(shí)刻， 確保換向的正確進(jìn)行，大大拓展了無刷直流電機(jī)無位置傳感器的應(yīng)用范圍，[0034]開關(guān)電源電路8是采用反激式變換器，輸入為母線電壓，輸出3路隔離的直流電壓，分別用于DSP控制系統(tǒng)電路、通訊模塊電路和模擬量速度給定電路，本實(shí)用新型優(yōu)選采用一路5V輸出給DSP供電，一路15V輸出，后整流出5V，給功率部分的芯片等提供電源，一路15V輸出，后整流出IOV和5V給通訊和速度模擬給定用，[0035]DSP控制系統(tǒng)電路的控制核心芯片為DSP，具有6路模擬信號(hào)輸入，3對PWM輸出，[0036]通訊模塊電路9包括RS232和RS485兩種一步串行通訊方式，其中RS232用于對程序的維護(hù)等操作，RS485用于工業(yè)控制，可進(jìn)行RS232、RS485總線通訊和模擬量速度給定電路10的輸入，模擬量速度給定電路10通過向控制電路11輸入電壓來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，[0037]本實(shí)用新型中的控制板2上設(shè)有三組端子排接口，分別為三相功率進(jìn)線接口、驅(qū)動(dòng)器報(bào)警輸出接口、串口 RS232、串口 RS485和模擬量給定接口，三組長分別為12個(gè)端子、 3個(gè)端子和5個(gè)端子，通過控制板上的三組端子排接口分別將通訊和模擬量調(diào)速、保護(hù)報(bào)警和三相交流電輸入連接好。[0038]本實(shí)用新型可把驅(qū)動(dòng)電路18和主回路的“地線”和控制電路11的“地線”隔離開， 以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。[0039]本實(shí)用新型可在驅(qū)動(dòng)板1上設(shè)有溫度檢測電路，溫度檢測電路是由電阻、電容、熱敏電阻和運(yùn)放組成，對整流和逆變模塊、功率板、電動(dòng)機(jī)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，防止由于溫度過高或過低而造成工作不穩(wěn)定和異常情況的發(fā)生，[0040]為了滿足裝置對空間尺寸的要求，將控制板2和功率板1垂直連接，功率板1與電機(jī)端蓋緊密配合，控制板的信號(hào)接口朝上，便于接線，通過控制板2上的三組端子排接口將通訊和模擬量調(diào)速、保護(hù)報(bào)警和三相交流電輸入連接好，工作時(shí)，三相交流電輸入12，通過上位機(jī)13或調(diào)節(jié)變阻定位器給定一個(gè)速度，電機(jī)16從靜止開始啟動(dòng)到給定速度運(yùn)行，電機(jī)速度可由上位機(jī)或電位器15在設(shè)定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，啟動(dòng)時(shí)采用“注入電流脈沖“的方法起動(dòng)，起動(dòng)轉(zhuǎn)速通常在50-80r/min范圍，通過檢測電壓矢量和加速電壓矢量交替作用于電機(jī)，待電機(jī)的轉(zhuǎn)速足以使反電動(dòng)勢檢測電路正常工作時(shí)，從啟動(dòng)狀態(tài)切換到自同步狀態(tài)，進(jìn)入自同步后，采用PI控制器，實(shí)現(xiàn)無超調(diào)，平穩(wěn)的上升到給定的速度，本實(shí)用新型通過檢查電流、轉(zhuǎn)速、占空比、母線電壓和電機(jī)參數(shù)確定出電流續(xù)流影響的偏移角度，進(jìn)行補(bǔ)償，采用反電動(dòng)勢檢測方法，通過反電動(dòng)勢檢測電路(如圖3)檢測三相端電壓，經(jīng)濾波電路進(jìn)行深度濾波后再與模擬中性點(diǎn)比較，經(jīng)DSP處理器生成轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，這種方法在重載時(shí)由于電流很大，續(xù)流時(shí)間比較長會(huì)影響“理想”的三相端電壓波形，造成波形畸變，影響了檢測到的位置信號(hào)的準(zhǔn)確性，如圖4所示為重載下的位置檢測信號(hào)實(shí)驗(yàn)波形，其中信號(hào)1為反電動(dòng)勢檢測信號(hào)，信號(hào)4為霍爾位置檢測信號(hào)，很明顯反電動(dòng)勢檢測信號(hào)1與接近最佳換相時(shí)刻的霍爾檢測信號(hào)4有較大的偏差，本實(shí)用新型將電流續(xù)流造成的畸變電壓波形部分從端電壓波形中分離出來分析，將端電壓分成反電動(dòng)勢信號(hào)和電流續(xù)流干擾信號(hào)，對兩種信號(hào)進(jìn)行相位和幅值的計(jì)算，得到由電流續(xù)流造成的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的相位超前角度，加以補(bǔ)償，利用微處理器可計(jì)算出上述公式推得的相位超前的角度，因此在測得電流續(xù)流角度和電流大小的關(guān)系后，只需檢測電機(jī)相電流，控制器即可實(shí)時(shí)確定超前的相位角度，因?yàn)橄嘟浅皳Q相有利于減小無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，所以可以根據(jù)電流大小和轉(zhuǎn)速適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行相角補(bǔ)償，從而使電機(jī)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，使換相時(shí)刻接近最佳換相時(shí)刻，確保換向的正確進(jìn)行。[0041]本實(shí)用新型由于采用上述結(jié)構(gòu)，使本實(shí)用新型嵌入到電機(jī)中，集控制電路和功率電路于一體，大大減小了體積，省去了連接電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的線路，具有結(jié)構(gòu)新穎、體積小、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高、安裝方便、維修方便、易于操作和移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種一體化無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)有端蓋，其特征在于端蓋上設(shè)有功率板和控制板，功率板上設(shè)有主回路、進(jìn)線缺相檢測電路、母線電流檢測電路、欠壓和過壓檢測電路、反電勢檢測電路和開關(guān)電源電路，控制板上設(shè)有DSP控制系統(tǒng)電路、通訊模塊電路和模擬量速度給定電路，其中主回路中設(shè)有進(jìn)線EMI濾波器、壓敏電阻保護(hù)、使用X電容、Y電容和三相共模濾波器抑制差模和共模干擾，整流橋和逆變橋都集成在一個(gè)功率模塊內(nèi)，功率模塊采用芯片SEMIKR0N，直流母線上具有LC結(jié)構(gòu)，進(jìn)線缺相檢測電路是將送往功率模塊的三相電經(jīng)過由電阻、二極管和光耦組成的檢測電路處理后送往DSP芯片讀取，母線電流檢測電路是通過母線上串聯(lián)電流檢測電阻，通過線性光耦隔離放大電阻兩端的電壓信號(hào)， 再經(jīng)過調(diào)理電路把信號(hào)處理成控制芯片能夠接收的范圍，欠壓和過壓檢測電路是通過一個(gè)簡單的運(yùn)放電路把母線電壓轉(zhuǎn)化為控制芯片輸入的模擬信號(hào)，反電動(dòng)勢檢測電路是一低通濾波器，開關(guān)電源電路采用反激式變換器，分別用于DSP控制系統(tǒng)電路、通訊模塊電路和模擬量速度給定電路，DSP控制系統(tǒng)電路的控制核心芯片為DSP，通訊模塊電路包括RS232和 RS485兩種一步串行通訊方式，其中RS232用于對程序的維護(hù)等操作，RS485用于工業(yè)控制， 進(jìn)行RS232、RS485總線通訊和模擬量速度給定輸入，模擬量速度給定電路通過向控制器輸入電壓來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制板上設(shè)有三組端子排接口，分別為三相功率進(jìn)線接口、驅(qū)動(dòng)器報(bào)警輸出接口、串口 RS232、串口 RS485和模擬量給定接口，通過控制板上的三組端子排接口分別與通訊和模擬量調(diào)速、保護(hù)報(bào)警和三相交流電輸入相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特性在于把驅(qū)動(dòng)電路和主回路的“地線”和控制電路的“地線”隔離開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特性在于驅(qū)動(dòng)板上設(shè)有溫度檢測電路，對整流和逆變模塊、功率板、電動(dòng)機(jī)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。
專利摘要本實(shí)用新型涉及無刷直流電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種一體化無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)有端蓋，其特征在于端蓋上設(shè)有功率板和控制板，功率板上設(shè)有主回路、進(jìn)線缺相檢測電路、母線電流檢測電路、欠壓和過壓檢測電路、反電勢檢測電路和開關(guān)電源電路，控制板上設(shè)有DSP控制系統(tǒng)電路、通訊模塊電路和模擬量速度給定電路，本實(shí)用新型由于采用上述結(jié)構(gòu)，使本實(shí)用新型嵌入到電機(jī)中，集控制電路和功率電路于一體，大大減小了體積，省去了連接電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的線路，具有結(jié)構(gòu)新穎、體積小、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高、安裝方便、維修方便、易于操作和移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P6/08GK202261131SQ201120346040
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者孟凡民, 徐殿國, 曹何金生, 楊明, 王公旺 申請人:威海克萊特機(jī)電有限公司