技术领域

本发明涉及电机电路技术领域， 尤其是一种无刷直流电机的提高效 率装置。

背景技术

无刷直流电机应用广泛， 但是由于其自身的缺陷， 在运转时会出现电 磁转矩脉动， 由于电磁转矩脉动的存在会严重影响无刷直流 电机的转速和 运转效率， 进而影响其应用到对电机性能要求较高的领域 。

产生电磁转矩脉动的原因主要有：

第一、 当转子转到换相位置，即转子磁极中心线与由 定子励磁电流产 生的磁极中心线相重叠时， 转子所受的电磁力最大（同样的定子励磁电流 条件下）但这个电磁力的方向为径向， 与电机的运转方向相垂直， 即此时 电磁转矩为零， 且电磁力必将阻碍转子的运转。

第二、 现有霍尔传感器的安装方法，不能保证霍尔传 感器能准确地将 转子的位置信息传给控制芯片， 总会出现小许误差， 加上转子的磁极分界 线不整齐，所以在换相时刻总会出现电磁转矩 脉动和阻碍转子运转的电磁 阻力。 发明内容

本发明的目的在于提供了一种无刷直流电机的 提高效率装置， 以克 服上述原因产生的电磁转矩脉动和阻碍转子运 转的电磁阻力，并提高电机 转速和运转效率。

为达到以上目的， 本发明提供一种无刷直流电机的电磁转矩脉动 抑 制装置， 包括：

一驱动电路， 用于驱动一无刷直流电机；

一传感器， 设在所述无刷直流电机上， 用于探测所述无刷直流电机 的一转子位置， 由此产生一转子位置信号；

一驱动信号发生器， 接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号 转换成一驱动信号， 其中， 所述驱动信号发生器的一信号输入端与所述传 感器的一位置信号输出端连接，所述驱动信号 发生器的一信号输出端与所 述驱动电路的一第一输入端连接；

一电机效率提高器， 接收所述转子位置信号并将所述转子位置信号 转换为一换相控制信号， 其中， 所述电机效率提高器的一信号输入端与所 述传感器的所述位置信号输出端连接，所述电 机效率提高器的一信号输出 端与所述驱动电路的一第二输入端连接； 及

一直流电源， 为所述无刷直流电机， 所述传感器， 所述驱动信号发 生器及所述电机效率提高器供电； 其中， 所述驱动电路叠加所述驱动信号及所述换相控 制信号以产生 一拟合信号， 并通过所述拟合信号控制一输出电流， 使换相点的一定子电 流为零。

与现有技术相比， 本发明的突出优点是：

第一、 增加了所述电机效率提高器， 所述电机效率提高器能根据所 述霍尔传感器提供的所述转子位置信号来关闭 换相点前后的控制电压，然 后通过所述桥式驱动电路， 使换相时刻的定子电流为零， 从而轻松解决因 霍尔传感器安装位置不准确和转子磁极分界线 不整齐造成的换相时刻不 准确的问题，进而有效避免在换相时刻出现的 转矩脉动和阻碍转子运转的 电磁阻力， 同时因换相时刻的定子电流为零， 所以能有效减少换相时刻阻 碍转子运转的径向电磁力， 从而减少电机能耗， 并且使阻碍转子的运转的 电磁力减到最少， 提高电机转速和运转效率。

第二、 增加了所述电机效率提高器， 使所述驱动信号发生器可以专 注于所述驱动信号的产生，而不需在产生所述 驱动信号的同时进行过多的 内部运算， 并且不需做相应的驱动信号调整。

综上所述， 本发明可以在提高电机转速和电机效率的同时 ， 减少控 制系统的复杂程度， 进而提高系统的可靠性， 并降低系统的成本。

本发明的这些目的， 特点， 和优点将会在下面的具体实施方式， 附 图， 和权利要求中详细的揭露。

附图说明 图 1为本发明的原理框图。

图 2为本发明的电路原理图。

图 3为本发明的驱动电路图。

图 4为本发明的控制逻辑时序图。

具体实施方式

请参见图 1， 本发明为一种无刷直流电机的电磁转矩脉动抑 制装置， 包括：

一驱动电路 1， 用于驱动一无刷直流电机 2 ;

一传感器 3， 设在所述无刷直流电机 2上， 用于探测所述无刷直流 电机 2的一转子位置， 由此产生一转子位置信号；

一驱动信号发生器 4， 接收所述转子位置信号并将所述转子位置信 号转换成一驱动信号， 其中， 所述驱动信号发生器 4的一信号输入端与所 述传感器 3的一位置信号输出端连接，所述驱动信号发� �器 4的一信号输 出端与所述驱动电路 1的一第一输入端连接；

一电机效率提高器 5， 接收所述转子位置信号并将所述转子位置信 号转换为一换相控制信号， 其中， 所述电机效率提高器 5的一信号输入端 与所述传感器 3的所述位置信号输出端连接，所述电机效率� �高器 5的一 信号输出端与所述驱动电路 1的一第二输入端连接； 及

一直流电源 6， 为所述无刷直流电机 2， 所述传感器 3， 所述驱动信 号发生器 4及所述电机效率提高器 5供电； 其中， 所述驱动电路 1叠加所述驱动信号及所述换相控制信号以产 生一拟合信号， 上述拟合信号的特点为： 关闭换相点前后的控制电压， 并 通过所述驱动电路控制一输出电流， 使电机在换相点的所述定子电流为 令。

优选的， 所述驱动电路 1是一桥式驱动电路。

优选的， 所述传感器 3是一霍尔效应传感器。

优选的， 所述霍尔效应传感器连续输出所述转子位置信 号， 其中， 所述转子位置信号为一方波信号；所述驱动信 号发生器 4接收所述转子位 置信号后，将根据所述转子位置信号不断输出 固定的所述驱动信号；同时， 所述电机效率提高器 5也根据所述转子位置信号不断输出所述换相� �制 信号， 其中， 所述换相控制信号的周期变化范围均在前一个 所述转子位置 信号的周期范围内。

本发明还提供了一种无刷直流电机系统， 包括：

一无刷直流电机 2 ;

一驱动电路 1， 安装在所述无刷直流电机 2上， 用于驱动所述无刷 直流电机 2 ;

一传感器 3， 设在所述无刷直流电机 2上， 用于探测所述无刷直流 电机 2的一转子位置， 由此产生一转子位置信号；

一驱动信号发生器 4， 接收所述转子位置信号并将所述转子位置信 号转换成一驱动信号， 其中， 所述驱动信号发生器 4的一信号输入端与所 述传感器 3的一位置信号输出端连接，所述驱动信号发� �器 4的一信号输 出端与所述驱动电路 1的一第一输入端连接；

一电机效率提高器 5， 接收所述转子位置信号并将所述转子位置信 号转换为一换相控制信号， 其中， 所述电机效率提高器 5的一信号输入端 与所述传感器 3的所述位置信号输出端连接，所述电机效率� �高器 5的一 信号输出端与所述驱动电路 1的一第二输入端连接； 及

一直流电源 6， 为所述无刷直流电机 2， 所述传感器 3， 所述驱动信 号发生器 4及所述电机效率提高器 5供电；

其中， 所述驱动电路 1叠加所述驱动信号及所述换相控制信号以产 生一拟合信号， 上述拟合信号的特点为： 关闭换相点前后的控制电压， 并 通过所述驱动电路控制一输出电流， 使电机在换相点的所述定子电流为 令。

优选的， 所述驱动电路 1是一桥式驱动电路。

优选的， 所述传感器 3是一霍尔效应传感器。

本发明还提供了一种无刷直流电机的电磁转矩 脉动抑制方法， 包括 歩骤：

a) 用一传感器 3探测一无刷直流电机 2的一转子位置， 由此产生一 转子位置信号；

b) 用一驱动信号发生器 4接收所述转子位置信号并将所述转子位 置信号转换成一驱动信号， 之后， 将所述驱动信号输入一驱动电路 1 ; c) 用一电机效率提高器 5接收所述转子位置信号并将所述转子位置 信号转换为一换相控制信号， 之后， 将所述换相控制信号输入所述驱动电 路 1 ; 及

d) 用所述驱动电路 1驱动所述无刷直流电机 2， 其中所述驱动电路 1叠加所述驱动信号及所述换相控制信号以产� �一拟合信号， 上述拟合信 号的特点为： 关闭换相点前后的控制电压， 并通过所述驱动电路控制一输 出电流， 使电机在换相点的所述定子电流为零。

优选的， 所述驱动电路 1是一桥式驱动电路。

优选的， 所述传感器 3是一霍尔效应传感器。

请参见图 2和图 3， 该电路的工作过程为： 在无刷直流电机上的霍 尔传感器， 将转子磁体的位置信息传送到电路的 HI端子上， 经过 R12、 R13、 Cl、 C2组成的滤波电路滤波后， 送到控制芯片 U3和 IC1后， 其中 控制芯片 U3产生桥式驱动电路所需的驱动信号，分别为� �� UP0、 DWO和 UP1 和 DWl两组， 而控制芯片 IC1则产生相应电机效率提高信号， 该信号由控 制芯片 IC1的 6脚输出， 由于该信号的驱动能力不足， 所以先经过三极管 Q5放大后， 再通过二极管 D3、 D4连接到 UP0和 UP1信号端， 以进行信号 叠加， 最后桥式电路的驱动 IC一 Ul、 U2得到完整的控制信号， 并通过由 4个开关控制元件 （Ql、 Q2、 Q3、 Q4) 组成的驱动电路， 控制无刷直流电 机的定子电流， 使该电流在换相点为零， 其中电机效率提高信号是根据电 机的转速、 极数、 负载状况来决定， 并在 0-90度的电角度范围内变化。 根据上述控制方案而设计的控制逻辑时序图， 如图 4所示， 由图 4 可知， 当霍尔传感器连续输出方波波信号并送到控制 芯片 U3和 IC1后， 控制芯片 U3将根据霍尔信号而不断输出固定的驱动信号� �� 如上管 Ql、 Q2 波形， 同时控制芯片 IC1也根据霍尔信号而不断输出效率提高信号， 如 Ta-F、 Tb-F、 Tc-F、 Td-F……其中 Ta_F的时间值按前一个霍尔信号的时 间值来制定，在图 4中 Ta-F的时间值是根据前一个霍尔信号 Ta的时间值 来制定，同理 Tb-F的变化范围是根据前一个霍尔信号 Tb的时间值来制定， 这里的换相控制信号如 Ta-F、 Tb-F, Tc-F、 Td-F……的变化范围均根据 前一个霍尔信号对应的时间来制定， 且都在 0-90度电角度对应的时间值 范围内变化，接着输出驱动信号和效率提高信 号经叠加处理后得到完整的 上管 Ql、 Q2波形， 且在图 4可以看出， 在换相时刻 a、 b、 c、 d……的前 后上管 Ql、 Q2波形信号都会出现一段关闭， 这样的控制方式可以使无刷 直流电机在换相点的定子电流为零， 从而达到减少电磁转矩脉动， 提高电 机转速和运转效率的目的。

通过上述实施例， 本发明的目的已经被完全有效的达到了。 熟悉该 项技艺的人士应该明白本发明包括但不限于附 图和上面具体实施方式中 描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构 原理的修改都将包括在权利 要求书的范围中。