[發明專利]多相無刷直流電機及其驅動方法

在審

• 申請號: 201711131674.5
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN107994814A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 劉振韜
• 申請（專利權）人: 劉振韜
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P27/08;H02P6/26
• 代理公司: 深圳市恒申知識產權事務所(普通合伙)44312
• 代理人: 王利彬

技術領域

本發明涉及無刷直流電機，具體涉及一種多相無刷直流電機及其驅動方法。

背景技術

和其他電機相比，無刷直流電機電機有節能和可靠性高兩個優點，越來越流行。單相直流驅動通過有一個霍爾效應傳感器的單H橋逆變實現，另外，無論是基于傳感器的，或者無傳感器的傳統三相直流電機通常用三個半橋來驅動，其相線圈繞組一般采用星型接法，如圖1所示，三個相線圈繞組I具有公共端點。梯形，正弦，磁場定向控制是最常見的換向方法。但是這種情況下，逆變器輸出的只能是類似正弦的電壓或電流，而這種電壓或電流用來驅動的直流無刷馬達會導致多的功耗和可聽見的噪音。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是，如何提供一種多相無刷直流電機及其驅動方法，突破常規線圈繞組星型接法，用更完美的正弦電壓和電流來驅動每一組線圈，從而能大大提升直流無刷馬達的性能。

本發明的第一個上述技術問題這樣解決，構建一種多相無刷直流電機，包括電機本體及其驅動模塊，所述驅動模塊包括相線圈繞組，其特征在于，該驅動模塊還包括：

控制器，各個不同輸出端分別控制電連接每個相的H橋單級逆變器的控制腳，其輸出信號為：脈寬調制的正弦波，分別驅動每個相的H橋單級逆變器，每個脈寬調制的正弦波信號的頻率與幅度相同；

每個相的H橋單級逆變器，輸出端對應電連接的各自對應的相線圈繞組的兩端；

所述相線圈繞組是沒有公共端點的獨立相線圈繞組；每相鄰二個所述相線圈繞組對應的所述脈寬調制的正弦波之間具有非零相位差且相位差是相同的。

按照本發明提供的多相無刷直流電機，所述相位也稱為夾角，相位差也稱為夾角差。

按照本發明提供的多相無刷直流電機，所述直流電機定子線圈繞組是2組、3組或2與3的任意倍數。

按照本發明提供的多相無刷直流電機，所述控制器是FPGA(Field-Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)或具有可編程邏輯陣列的其他電子元件。脈寬調制正弦波通過CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer，坐標旋轉數字計算方法)算法和乘法器來實現。

按照本發明提供的多相無刷直流電機，所述控制器是模擬或數字電路單元。脈寬調制正弦波通過硬件電路實現。

本發明的另一個上述技術問題這樣解決，構建一種多相無刷直流電機的驅動方法，其特征在于，利用控制器和每一相的輸出端電連接對應獨立相線圈繞組兩端的H橋單級逆變器，包括以下步驟：

501)控制器輸出頻率與幅度相同的脈寬調制的正弦波來分別驅動每個相的H橋單級逆變器；每相鄰二個所述相線圈繞組對應的所述脈寬調制的正弦波之間具有非零相位差且相位差是相同的；

502)每個相的H橋單級逆變器向各自對應電連接的獨立相線圈繞組輸出對應相位的正弦波驅動電壓或正弦波驅動電流。

按照本發明提供的多相無刷直流電機的驅動方法，每個H橋單級逆變器優選都工作在單級模式。

按照本發明提供的多相無刷直流電機的驅動方法，所述直流電機定子線圈繞組是2組、3組或2與3的任意倍數。

本發明提供的多相無刷直流電機及其驅動方法，突破常規線圈繞組星型接法，與現有技術相比，具有以下優勢：

1、每個繞組使用H橋單級逆變器；

2、線圈繞組沒有公共端點的，互不影響；

3、算法簡單，實現所有的繞組全部用平滑的純正弦波來驅動。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施例進一步對本發明進行詳細說明。

圖1是傳統三相無刷直流電機的電路結構示意圖；

圖2是本發明優選實施例的三相無刷直流電機的電路結構示意圖；

圖3是圖1中H橋單級逆變器的電路結構示意圖；

圖4是圖3所示H橋單級逆變器輸出的脈寬調制的正弦波時序示意圖；

圖5是圖3所示H橋單級逆變器的控制信號與輸出電壓之間的真值表示意圖；

圖6是本發明優選實施例的二相無刷直流電機的電路結構示意圖。

其中附圖標記：1-相線圈繞組。

具體實施方式

本發明優選實施例的三相無刷直流電機，結構如圖2所示，使用三個H橋單級逆變器驅動三相無刷直流電機，并且這個電機配置了三組沒有公共端點的獨立的相線圈繞組1，從而實現所有的繞組都用平滑的純正弦波來驅動，使電機相線圈繞組1具有最小電力諧波，達到最大的驅動效率。另外，該電機使用了一個功能強大的高速FPGA同時驅動三個H橋單級逆變器。