專利名稱:無刷直流電機(jī)的控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無刷直流電機(jī)的控制裝置及其控制方法，尤其涉及可以有效地防止無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子永久磁鐵的低溫退磁的無刷直流電機(jī)控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
通常，為了驅(qū)動空調(diào)機(jī)的室外風(fēng)扇一般使用高效率、低噪音的無刷直流電機(jī)。該無刷直流電機(jī)具有由三相繞組構(gòu)成的定子和由永久磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子。
構(gòu)成無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子的永久磁鐵會產(chǎn)生低溫退磁現(xiàn)象，該現(xiàn)象是由于電機(jī)在低溫條件下運(yùn)行時根據(jù)電樞線圈的峰值電流而磁鐵退磁過多而引起的，因而運(yùn)行條件轉(zhuǎn)換為常溫之后也不能恢復(fù)為起初的磁鐵磁通密度而發(fā)生磁力降低的現(xiàn)象。因此，電機(jī)的運(yùn)行電流上升而使電機(jī)及驅(qū)動電路溫度上升，其結(jié)果導(dǎo)致電機(jī)跳閘(Trip)。
下面舉例鐵氧體(ferrite)永久磁鐵來說明永久磁鐵的特性，如果溫度降低，則磁滯回線(Magnetic Hysteresis Curve)中磁通密度(Br)增加約0.18～0.20％左右，矯頑力(Hc)減小約0.35～0.45％左右。即，磁滯回線根據(jù)溫度而發(fā)生變化，因而為了確保從低溫到高溫時的穩(wěn)定的磁鐵特性在起初設(shè)計磁路時需要考慮最低低溫條件而設(shè)計電機(jī)，并且還需要有通過限制電流而控制電樞反作用的技術(shù)。
現(xiàn)有的無刷直流電機(jī)的控制裝置，包含用于從電源輸入部將AC電源變換為DC電壓的變換器(converter)；接收DC電源之后，將其變換為具有任意頻率和大小的電壓的逆變器(inverter)；用于從所述逆變器接收三相驅(qū)動電源而旋轉(zhuǎn)無刷直流電機(jī)的驅(qū)動部；并且，為了防止因過電流而損壞無刷直流電機(jī)及逆變器，一般設(shè)有過電流限制功能。更具體地說，檢測無刷直流電機(jī)的負(fù)載電流，如果該負(fù)載電流超過預(yù)定的過電流上限值，則關(guān)閉逆變器而減小無刷直流電機(jī)的負(fù)載電流，從而保護(hù)各器件因過電流而受損。此時，用于過電流保護(hù)功能的所述過電流上限值要小于構(gòu)成無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子的永久磁鐵受到退磁作用影響的值。
但是，目前為了防止永久磁鐵低溫退磁現(xiàn)象而優(yōu)先根據(jù)無刷直流電機(jī)的低溫條件設(shè)定過電流限定值時，由于將過電流限定值固定為一定值，因而雖然在低溫條件下可以進(jìn)行電機(jī)的低溫退磁保護(hù)工作，但是除低溫條件以外的常溫運(yùn)行時，也導(dǎo)致限制系統(tǒng)的最大功率。即，由于無刷直流電機(jī)的最大負(fù)載電流由用于構(gòu)成轉(zhuǎn)子的永久磁鐵的低溫退磁特性而限定，其結(jié)果必然限制電機(jī)的最大功率。最終，限制無刷直流電機(jī)的可運(yùn)行范圍。
若要通過改進(jìn)電機(jī)的設(shè)計規(guī)格而克服上述問題，需要通過改進(jìn)無刷直流電機(jī)的效率來降低負(fù)載電流，但是這種電機(jī)的設(shè)計變更不僅使制造費(fèi)用上升，而且不適合電機(jī)的小型化設(shè)計。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決如上所述的問題而提出的，其目的在于提供一種不僅在低溫時進(jìn)行永久磁鐵的退磁保護(hù)，而且運(yùn)行條件轉(zhuǎn)換為常溫之后可以確保電機(jī)最大功率的無刷直流電機(jī)的控制裝置及其控制方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明當(dāng)無刷直流電機(jī)中流動的負(fù)載電流超過預(yù)定的過電流上限值時，用于限制所述負(fù)載電流的無刷直流電機(jī)的控制方法，其特征在于檢測所述無刷直流電機(jī)的溫度；從所檢測的所述溫度判斷所述電機(jī)的永久磁鐵的溫度運(yùn)行條件；根據(jù)所判斷的溫度運(yùn)行條件相互區(qū)別地設(shè)定所述過電流上限值。
當(dāng)所判斷的溫度運(yùn)行條件為低溫運(yùn)行條件時，通過將所述過電流上限值設(shè)定為小于正常值而進(jìn)行低溫退磁保護(hù)。
當(dāng)所檢測的所述溫度值小于用于判斷低溫運(yùn)行條件的預(yù)定溫度值時，判斷所述運(yùn)行條件為低溫運(yùn)行條件。
所檢測的所述溫度值小于所述預(yù)定溫度值的差值越大，所設(shè)定的所述過電流上限值越小。
當(dāng)所判斷的所述運(yùn)行條件為常溫條件時，通過將所述過電流上限值設(shè)定為大于正常值而確保電機(jī)的最大功率。
并且，本發(fā)明當(dāng)無刷直流電機(jī)中流動的負(fù)載電流超過預(yù)定的過電流上限值時，用于限制所述負(fù)載電流的另一種無刷電機(jī)的控制方法，其特征在于檢測所述無刷直流電機(jī)的溫度；如果所檢測的所述溫度小于預(yù)定值，則將所述過電流上限值降低為小于預(yù)定值；起動所述無刷直流電機(jī)之后再次檢測所述無刷直流電機(jī)的溫度；如果再次檢測的所述溫度高于預(yù)定值，則將所述過電流上限值提高為預(yù)定值。
并且，本發(fā)明所提供的當(dāng)具有由永久磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的無刷直流電機(jī)中流動的負(fù)載電流超過預(yù)定的過電流上限值時，用于限制所述負(fù)載電流的無刷直流電機(jī)控制裝置，包含用于檢測所述無刷電機(jī)溫度的溫度檢測部；控制部，用于根據(jù)所述溫度檢測部所檢測的溫度及所述永久磁鐵的退磁特性而設(shè)定所述過電流上限值。
所述控制部為當(dāng)所述無刷直流電機(jī)的溫度低于預(yù)定值時，進(jìn)行低溫過電流限制模式而降低所述過電流上限值之后起動所述無刷直流電機(jī)；起動所述無刷直流電機(jī)之后，如果所述無刷直流電機(jī)的溫度高于預(yù)定值，則進(jìn)行常溫過電流限制模式而提高所述過電流上限值。
圖1為依據(jù)本發(fā)明所提供的無刷直流電機(jī)控制裝置的控制框圖；圖2為依據(jù)本發(fā)明所提供的無刷直流電機(jī)控制方法的控制流程圖；主要符號說明1為交流電源，2為變換器，3為逆變器，4為無刷電機(jī)，5為溫度檢測部，6為電流檢測部，7為控制部，8為逆變器驅(qū)動部。
具體實(shí)施方式以下，參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
如圖1所示，依據(jù)本發(fā)明所提供的無刷直流電機(jī)4的控制裝置包含交流電源1；用于將該交流電源1的交流功率變換為直流功率的變換器2；用于將該變換器2的直流功率變換為交流功率的逆變器3；由該逆變器3驅(qū)動的無刷直流電機(jī)4；用于檢測無刷直流電機(jī)4的負(fù)載電流的電流檢測部6；用于驅(qū)動逆變器3的逆變器驅(qū)動部8；控制部7，以用于根據(jù)電流檢測部6所檢測的電流值向逆變器驅(qū)動部8輸出控制無刷直流電機(jī)4旋轉(zhuǎn)速度的控制信號而控制逆變器。
逆變器3由多個晶體管(Q1～Q6)構(gòu)成，該多個晶體管(Q1～Q6)根據(jù)逆變器驅(qū)動部8的驅(qū)動信號而進(jìn)行開/關(guān)動作，并將通過變換器2進(jìn)行變換的直流功率供應(yīng)到構(gòu)成無刷直流電機(jī)4的轉(zhuǎn)子的各相上，所述無刷直流電機(jī)4包含根據(jù)逆變器3所供應(yīng)的一定的電源產(chǎn)生一定旋轉(zhuǎn)磁場的定子、根據(jù)該定子的旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。
電流檢測部6由旁路電阻構(gòu)成，并為了檢測流入逆變器3中的電流，即為了檢測流入到無刷直流電機(jī)4中的負(fù)載電流而設(shè)置于逆變器3。
控制部7當(dāng)驅(qū)動無刷直流電機(jī)4時，通過電流檢測部6所檢測的無刷直流電機(jī)4的負(fù)載電流來監(jiān)測無刷直流電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，并將該監(jiān)測速度與預(yù)定的速度進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果輸出改變脈寬的控制信號，從而可以將無刷直流電機(jī)4的轉(zhuǎn)速控制為所期望的速度。
逆變器驅(qū)動部8為了根據(jù)控制部7的改變脈寬的控制信號來控制逆變器3各晶體管(Q1～Q6)的開/關(guān)動作，產(chǎn)生驅(qū)動信號向逆變器3的各晶體管(Q1～Q6)輸出。
并且，控制部7通過過電流限制功能而防止無刷直流電機(jī)4及逆變器3受到過電流影響，為此通過電流檢測部6檢測無刷直流電機(jī)4的負(fù)載電流，當(dāng)該負(fù)載電流超過預(yù)定的過電流上限值時，通過關(guān)閉逆變器3的相應(yīng)開關(guān)元件來減少無刷直流電機(jī)4的負(fù)載電流，從而保護(hù)器件受到過電流影響。
如上所述，由于構(gòu)成無刷直流電機(jī)4轉(zhuǎn)子的永久磁鐵當(dāng)無刷直流電機(jī)4在低溫條件下運(yùn)行時，由于電樞線圈的峰值電流使磁鐵退磁過多，因而轉(zhuǎn)換為常溫運(yùn)行條件之后也不能恢復(fù)為起初的磁鐵磁通密度，從而發(fā)生導(dǎo)致磁力降低的低溫退磁現(xiàn)象，由此無刷直流電機(jī)4的負(fù)載電流上升并導(dǎo)致逆變器3及無刷直流電機(jī)4溫度上升，其結(jié)果可能引起電機(jī)跳閘(Trip)。
因此，本發(fā)明為了不僅在低溫時進(jìn)行永久磁鐵退磁保護(hù)，而且當(dāng)運(yùn)行條件轉(zhuǎn)換為常溫之后也能確保電機(jī)的最大功率，根據(jù)溫度降低時矯頑力變小而易于退磁、溫度上升時矯頑力變大而難以發(fā)生退磁的永久磁鐵的特性，在永久磁鐵易于退磁的溫度條件下，通過使過電流上限值減小為小于現(xiàn)有的參數(shù)而減小無刷直流電機(jī)4的負(fù)載電流，從而通過永久磁鐵的退磁保護(hù)而預(yù)先防止電機(jī)的跳閘，而當(dāng)永久磁鐵轉(zhuǎn)換為難以退磁的溫度條件之后，使過電流上限值上升為大于現(xiàn)有的參數(shù)而增大無刷直流電機(jī)4的負(fù)載電流，由此可以確保無刷直流電機(jī)4的最大功率并可以加大無刷直流電機(jī)4的可運(yùn)行范圍。
為此，依據(jù)本發(fā)明所提供的無刷直流電機(jī)4的控制裝置包含安裝于無刷直流電機(jī)4內(nèi)并用于檢測無刷直流電機(jī)4溫度的溫度檢測部5。
參照圖2來說明控制部7的工作過程，首先控制部7在步驟S100中設(shè)定用于將過電流上限值降低為預(yù)定值的低溫過電流限制模式和用于將過電流上限值提高為預(yù)定值的常溫過電流限制模式。
并且，在步驟S101中通過溫度檢測部5檢測無刷電機(jī)的溫度，在步驟S102中根據(jù)所檢測的無刷電機(jī)溫度來判斷運(yùn)行條件為低溫運(yùn)行條件還是常溫運(yùn)行條件。此時，若以-3為基準(zhǔn)，如果低于-3則判斷為永久磁鐵可能發(fā)生退磁的低溫運(yùn)行條件，如果高于-3則判斷為永久磁鐵難以發(fā)生退磁的常溫運(yùn)行條件。
如果步驟S102的判斷結(jié)果為常溫運(yùn)行條件，則通過步驟S109至步驟S111進(jìn)行常溫過電流限制模式而將過電流上限值提高為預(yù)定值，并通過增加無刷電機(jī)的負(fù)載電流而確保電機(jī)的最大功率。
另外，如果步驟S102的判斷結(jié)果為低溫運(yùn)行條件，則在步驟S103中進(jìn)行低溫過電流限制模式而減小過電流上限值，然后在步驟S104中起動無刷直流電機(jī)4，起動所述無刷直流電機(jī)4之后再次檢測無刷直流電機(jī)4的溫度。
然后，在步驟S106中判斷再次檢測的溫度是否高于預(yù)定值而轉(zhuǎn)換為常溫運(yùn)行條件，如果已被轉(zhuǎn)換，則在步驟S107和步驟S108中進(jìn)行常溫過電流限制模式而將過電流上限值提高為預(yù)定值，從而通過增加無刷電機(jī)的負(fù)載電流而確保最大功率的條件下運(yùn)行電機(jī)。
即，低溫運(yùn)行條件時，為了防止產(chǎn)生退磁將過電流上限值下降為小于正常值而引導(dǎo)頻繁發(fā)生過電流運(yùn)行，由此降低無刷直流電機(jī)4的負(fù)載電流而防止永久磁鐵發(fā)生退磁；常溫運(yùn)行條件時由于較難發(fā)生退磁，因此將過電流上限值提高為大于正常值而使過電流運(yùn)行較難發(fā)生，由此增加無刷直流電機(jī)4的負(fù)載電流而充分增大無刷直流電機(jī)4的最大功率。
綜上所述，本發(fā)明通過監(jiān)測無刷直流電機(jī)的低溫及常溫運(yùn)行條件并根據(jù)各運(yùn)行條件將過電流上限值變更為相應(yīng)的值，從而當(dāng)電機(jī)的運(yùn)行條件為低溫時，通過相應(yīng)地降低過電流上限值而可以保護(hù)永久磁鐵的退磁，當(dāng)運(yùn)行條件轉(zhuǎn)換為常溫之后，通過相應(yīng)地提高過電流上限值而可以確保電機(jī)的最大功率。
并且，本發(fā)明在設(shè)計無刷直流電機(jī)時，通過采用根據(jù)低溫及常溫工作狀態(tài)而專門限制過電流上限值的方法，從而可以改進(jìn)目前難以解決的因過高的電機(jī)效率要求而導(dǎo)致的費(fèi)用上升的問題。
并且，由于本發(fā)明通過參考無刷直流電機(jī)的內(nèi)部溫度信息來體現(xiàn)永久磁鐵退磁保護(hù)方法，從而可以改進(jìn)更加可靠的保護(hù)電路及惡劣運(yùn)行條件下的產(chǎn)品運(yùn)行的耐久性。
權(quán)利要求
1.當(dāng)無刷直流電機(jī)中流動的負(fù)載電流超過預(yù)定的過電流上限值時，用于限制所述負(fù)載電流的一種無刷直流電機(jī)的控制方法，其特征在于檢測所述無刷直流電機(jī)的溫度；從所檢測的所述溫度判斷所述電機(jī)的永久磁鐵的溫度運(yùn)行條件；根據(jù)所判斷的溫度運(yùn)行條件相互區(qū)別地設(shè)定所述過電流上限值。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制方法，其特征在于當(dāng)所判斷的溫度運(yùn)行條件為低溫運(yùn)行條件時，通過將所述過電流上限值設(shè)定為小于正常值而進(jìn)行低溫退磁保護(hù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的控制方法，其特征在于當(dāng)所檢測的所述溫度值小于用于判斷低溫運(yùn)行條件的預(yù)定溫度值時，判斷所述運(yùn)行條件為低溫運(yùn)行條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的控制方法，其特征在于所檢測的所述溫度值小于所述預(yù)定溫度值的差值越大，所設(shè)定的所述過電流上限值越小。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制方法，其特征在于當(dāng)所判斷的所述運(yùn)行條件為常溫條件時，通過將所述過電流上限值設(shè)定為大于正常值而確保電機(jī)的最大功率。
6.當(dāng)無刷直流電機(jī)中流動的負(fù)載電流超過預(yù)定的過電流上限值時，用于限制所述負(fù)載電流的一種無刷直流電機(jī)的控制方法，其特征在于檢測所述無刷直流電機(jī)的溫度；如果所檢測的所述溫度低于預(yù)定值，則將所述過電流上限值降低為小于預(yù)定值；起動所述無刷直流電機(jī)之后，再次檢測所述無刷直流電機(jī)的溫度；如果再次檢測的所述溫度高于預(yù)定值，則將所述過電流上限值提高為預(yù)定值。
7.當(dāng)具有由永久磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的無刷直流電機(jī)中流動的負(fù)載電流超過預(yù)定的過電流上限值時，用于限制所述負(fù)載電流的一種無刷直流電機(jī)的控制裝置，其特征在于包含用于檢測所述無刷電機(jī)溫度的溫度檢測部；控制部，用于根據(jù)所述溫度檢測部所檢測的溫度及所述永久磁鐵的退磁特性而設(shè)定所述過電流上限值。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的無刷直流電機(jī)的控制裝置，其特征在于所述控制部為當(dāng)所述無刷直流電機(jī)的溫度低于預(yù)定值時，進(jìn)行低溫過電流限制模式而降低所述過電流上限值之后起動所述無刷直流電機(jī)；起動所述無刷直流電機(jī)之后，如果所述無刷直流電機(jī)的溫度高于預(yù)定值，則進(jìn)行常溫過電流限制模式而提高所述過電流上限值。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種無刷直流電機(jī)的控制裝置及其控制方法，尤其涉及通過監(jiān)測無刷直流電機(jī)的低溫及常溫運(yùn)行條件，并根據(jù)各運(yùn)行條件將過電流上限值變更為相應(yīng)的值，由此當(dāng)電機(jī)的運(yùn)行條件為低溫時，通過相應(yīng)地降低過電流上限值而保護(hù)永久磁鐵的退磁，當(dāng)運(yùn)行條件轉(zhuǎn)換為常溫之后，通過相應(yīng)地提高過電流上限值而可以確保電機(jī)的最大功率。
文檔編號H02H7/08GK1996743SQ200610066861
公開日2007年7月11日 申請日期2006年3月31日
發(fā)明者金振豎, 安鐘吉 申請人:三星電子株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan