專利名稱：用于減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的電子換流直流電動(dòng)機(jī)的電驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流電動(dòng)機(jī)的電驅(qū)動(dòng)裝置，尤其是具有電子換流器控制電路及永磁勵(lì)磁空心線圈的電動(dòng)機(jī)的電驅(qū)動(dòng)裝置。
具有小電感的電子換流永磁激磁的直流電動(dòng)機(jī)、如空心線圈電動(dòng)機(jī)可滿足高的平穩(wěn)運(yùn)行的要求。該特性對(duì)于運(yùn)行機(jī)構(gòu)主軸驅(qū)動(dòng)愈來(lái)愈重要，因?yàn)榭蓪?shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)器密度增大了。對(duì)此空心線圈電動(dòng)機(jī)特別適用，因?yàn)樗划a(chǎn)生任何干擾的粘附轉(zhuǎn)矩及徑向力。
公知的主軸驅(qū)動(dòng)僅使用帶槽的鐵電樞電動(dòng)機(jī)。有人提出對(duì)于固定磁盤的驅(qū)動(dòng)使用具有內(nèi)置轉(zhuǎn)子的空心線圈電動(dòng)機(jī)(薄膜電動(dòng)機(jī))，如US5714828中所描述的。在驅(qū)動(dòng)固定磁盤的電動(dòng)機(jī)的電子換流領(lǐng)域中的新發(fā)展是“相電流整形”。其中三個(gè)相中的相電流被調(diào)制，用于實(shí)現(xiàn)相電流一定的變化曲線-如大致為正弦波。對(duì)此通常電動(dòng)機(jī)電壓被脈寬調(diào)制(PWM)，否則電路損耗很大。PWM的占空率用作調(diào)節(jié)量。該方法由于感應(yīng)電壓過(guò)零點(diǎn)的撿測(cè)難通常需要PLL(鎖相環(huán))支持的換流控制。此外這種“相電流整形”不能直接轉(zhuǎn)用于空心線圈電動(dòng)機(jī)(例如具有薄膜繞組)。它與鐵電樞類型的電動(dòng)機(jī)相比具有小得多的電時(shí)間常數(shù)(約十分之一)，而需要相應(yīng)高的PWM調(diào)制頻率，這又僅能用提高成本來(lái)實(shí)現(xiàn)。
減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的另一方法，即僅通過(guò)修改中間回路的電流及保持傳統(tǒng)的120°連鎖換流，最好通過(guò)無(wú)傳感器的換流(電動(dòng)勢(shì)換流)的方法被描述在EP0773624中。其中將根據(jù)每個(gè)換流時(shí)刻提高電動(dòng)機(jī)電壓，以便大致達(dá)到均勻的中間回路電流，及由此可避免在轉(zhuǎn)換后因運(yùn)行及電感引起的“轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)”。對(duì)此該信號(hào)是由RC節(jié)的放電過(guò)程獲得的。實(shí)際上，用此方法轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)僅會(huì)一定程度的減小，因?yàn)橛须娏骷敖贿B變化磁通的乘積在任何時(shí)刻保持常數(shù)。為此必需有電流的持續(xù)適配。對(duì)于具有很小電時(shí)間常數(shù)的電動(dòng)機(jī)該方法不太適用。
本發(fā)明的任務(wù)是，使具有空心繞組永磁激磁的電動(dòng)機(jī)由換流引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)減小。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)將這樣地解決由一個(gè)借助測(cè)量裝置測(cè)量的電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電壓及由一個(gè)用于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制的參考值導(dǎo)出調(diào)節(jié)信號(hào)；及導(dǎo)出的調(diào)節(jié)信號(hào)(V_i_ref)用于通過(guò)電動(dòng)機(jī)電流(ia,ib,ic)的調(diào)節(jié)基本上產(chǎn)生直流電動(dòng)機(jī)的恒定轉(zhuǎn)矩。通過(guò)這種電動(dòng)機(jī)控制可使小電感整流小電動(dòng)機(jī)由換流引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)減小。為此保持具有過(guò)零點(diǎn)識(shí)別的120°連鎖換流，及僅調(diào)制中間回路電流，而放棄對(duì)各個(gè)相電流的調(diào)制并可使用傳統(tǒng)的換流方法，如無(wú)傳感器換流(EMF換流)。對(duì)此所需的信號(hào)可用簡(jiǎn)單方式由感應(yīng)電壓獲得。因此相對(duì)其它方法電路成本可顯著降低。
根據(jù)權(quán)利要求2的構(gòu)型可以簡(jiǎn)單地確定電動(dòng)機(jī)電流的參考值，在該值上電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩為恒定。
根據(jù)權(quán)利要求3的構(gòu)型可以簡(jiǎn)單地確定電動(dòng)機(jī)電流的參考值，在該值上電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩為恒定，并當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速非恒定時(shí)亦如此。
根據(jù)權(quán)利要求4的構(gòu)型允許借助一個(gè)縱向調(diào)節(jié)器及一個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)中間回路電流。
根據(jù)權(quán)利要求5的構(gòu)型可放棄調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，由調(diào)節(jié)器直接地控制屬于換流器的逆變器。
以下將借助多個(gè)附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖為

圖1根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)裝置的電路框圖，圖2框4中電動(dòng)機(jī)電流參考值確定的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，圖3a及圖3b框6中信號(hào)處理的電路原理圖及實(shí)踐近似圖，及圖4a至4h電動(dòng)機(jī)控制中一些信號(hào)的波形圖。
在圖1所示的電路框圖中可看到，整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置由逆變器1、直流電動(dòng)機(jī)2、EMF換流器3、用于獲得參考信號(hào)的框4及借助調(diào)節(jié)作用使該參考值轉(zhuǎn)換成中間回路電流的框5。EMF換流器3以120°相位移的單元系統(tǒng)運(yùn)行工作及設(shè)有過(guò)零點(diǎn)識(shí)別部分，其中縮寫EMF(電動(dòng)勢(shì))用于無(wú)傳感器的換流，它用于測(cè)量在三相無(wú)電流時(shí)的電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電壓。在小電感電動(dòng)機(jī)2、尤其是空心線圈電動(dòng)機(jī)的情況下單獨(dú)使用EMF換流器3時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的問(wèn)題，因此增加了具有一個(gè)新電路的框4。
圖4詳細(xì)地表示用于構(gòu)成參考值的框4的結(jié)構(gòu)。它的輸入量一方面是圖4b中所示的換流信號(hào)V_FG，圖4a中所示的測(cè)量感應(yīng)電壓E_sample，圖中Ψ表示電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)電角度。這兩個(gè)量提供給EMF換流器。另一方面，輸入量為調(diào)節(jié)信號(hào)V_I_av，它由這里未示出的調(diào)節(jié)電路構(gòu)成，通過(guò)該調(diào)節(jié)電路可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速。
信號(hào)V_I_av是在上級(jí)速度調(diào)節(jié)電路中產(chǎn)生的用于電動(dòng)機(jī)電流對(duì)時(shí)間的平均值。因?yàn)樵贓MF換流器3中反正已提供了兩個(gè)信號(hào)V_FG及E_sample，因此僅需要一個(gè)附加的新單元4，以使電動(dòng)機(jī)2的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)減小。在框4中現(xiàn)在獲得用于電動(dòng)機(jī)瞬時(shí)電流的參考值，如圖2所示；其方式是，首先在每第二個(gè)換流周期中E_sample被反相，及將這樣產(chǎn)生的信號(hào)E_sample2積分，由此得到信號(hào)dFlux。在反相及積分之間可連接一個(gè)濾波器，以便從信號(hào)E_sample2中濾出可能存在的直流電壓分量。DFlux的波形可從圖4d中看到。然后該信號(hào)被傳送到框6，以下將說(shuō)明它的功能。
通過(guò)在圖3中給出的關(guān)系可由信號(hào)dFlux求出用于電動(dòng)機(jī)電流瞬時(shí)值的參考值V_i_ref，它起恒定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的作用。圖4e中的信號(hào)Flux可借助關(guān)系1+c1*dFlux來(lái)獲得。對(duì)此這樣地調(diào)節(jié)歸一化系數(shù)c1，即得到信號(hào)Flux的最大值與最小值之比，它相應(yīng)于整流后的感應(yīng)電壓的最大值與最小值之比。在一個(gè)理想的三相電動(dòng)機(jī)中該比值等于系數(shù)2/√3。
在實(shí)踐中圖3a中電路6的關(guān)系式可根據(jù)圖3b以近似方式十分簡(jiǎn)單地求值，其中信號(hào)dFlux在放大了一個(gè)可調(diào)節(jié)的常數(shù)系數(shù)c2后從這里被視為常數(shù)的電動(dòng)機(jī)電流時(shí)間平均值的參考信號(hào)V_i_av中減去。這對(duì)于僅需覆蓋小轉(zhuǎn)速范圍、如以恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的固定磁盤運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)2能很好地工作，因?yàn)檫@里參考信號(hào)V_i_av是基于恒定轉(zhuǎn)速及系數(shù)c1為常數(shù)。這樣形成的信號(hào)V_i_ref被表示在圖4g中。對(duì)于可變轉(zhuǎn)速的驅(qū)動(dòng)，系數(shù)c1必需適配瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，但這要通過(guò)計(jì)算機(jī)構(gòu)在使用與轉(zhuǎn)速相關(guān)的信號(hào)V_FG的情況下實(shí)現(xiàn)。
在圖2及3中所述的計(jì)算法可借助于模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。
信號(hào)V_i_ref是一個(gè)中間回路調(diào)節(jié)器8的電流i_dc的控制量，該調(diào)節(jié)器可借助給定值-實(shí)際值的比較及接著通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5的調(diào)節(jié)干預(yù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這可通過(guò)一個(gè)縱向調(diào)節(jié)器8來(lái)實(shí)現(xiàn)。接著中間回路電流i_dc將由逆變器1轉(zhuǎn)換成三相。
另一方式是，調(diào)節(jié)器8也可被用作逆變器1的晶體管的總調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)量，如圖1中虛線所示。在此情況下，供電電壓v_bat與中間回路電壓v_dc相同，因?yàn)樵诖藢?shí)施形式中調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5被去消。對(duì)此逆變器1的控制變得復(fù)雜，因?yàn)樗粌H承擔(dān)換流，而且還必需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，對(duì)此這兩個(gè)過(guò)程需要在電子電路7中協(xié)調(diào)。在圖4h中作為例子表示出一個(gè)相Ea在最小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)時(shí)的電動(dòng)機(jī)電流ia，其它相的電動(dòng)機(jī)電流相應(yīng)地各相位移120°。
權(quán)利要求
1．直流電動(dòng)機(jī)(2)的電驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)有一個(gè)帶電子換流器(3)的控制電路，其中由一個(gè)借助測(cè)量裝置測(cè)量的電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電壓(E_sample)及由一個(gè)用于直流電動(dòng)機(jī)(2)的轉(zhuǎn)速控制的參考值(V_i_av)導(dǎo)出調(diào)節(jié)信號(hào)(V_i_ref)；及其中導(dǎo)出的調(diào)節(jié)信號(hào)(V_i_ref)用于通過(guò)電動(dòng)機(jī)電流(ia,ib,ic)的調(diào)節(jié)基本上產(chǎn)生直流電動(dòng)機(jī)(2)的恒定轉(zhuǎn)矩。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于它被這樣地設(shè)置，即在每第二個(gè)換流周期中使換流器(3)的感應(yīng)電壓測(cè)量值(E_sample)反相，及接著將該信號(hào)積分，由此導(dǎo)出一個(gè)信號(hào)(dFlux)，該信號(hào)在被放大及接著從參考值(V_i_av)中被減去后，作為調(diào)節(jié)信號(hào)(V_i_ref)提供出來(lái)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于它被這樣地設(shè)置，即在每第二個(gè)換流周期中使換流器(3)的感應(yīng)電壓測(cè)量值(E_sample)反相，及接著將該信號(hào)積分，由此導(dǎo)出一個(gè)信號(hào)(dFlux)，該信號(hào)與一個(gè)系數(shù)(c1)相乘及與1相加后得到信號(hào)(Flux)，在參考值(V_i_av)除以信號(hào)(Flux)后，其除法結(jié)果作為調(diào)節(jié)信號(hào)(V_i_ref)提供出來(lái)；及系數(shù)(c1)通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)構(gòu)這樣地調(diào)整，即信號(hào)(Flux)的最大值與最小值之比相應(yīng)于整流后的感應(yīng)電壓(Esample)的最大值與最小值之比。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于導(dǎo)出的調(diào)節(jié)信號(hào)(V_i_ref)用于控制調(diào)節(jié)器(8)，及該控制調(diào)節(jié)器借助一個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(5)調(diào)節(jié)中間回路電流(i_dc)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于導(dǎo)出的調(diào)節(jié)信號(hào)(V_i_ref)用于控制調(diào)節(jié)器(8)，該調(diào)節(jié)器對(duì)屬于換流器(3)的逆變器(1)起控制作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及直流電動(dòng)機(jī)(2)的電驅(qū)動(dòng)裝置，它設(shè)有一個(gè)帶電子換流器(3)的控制電路。本發(fā)明的特征在于，由一個(gè)借助測(cè)量裝置測(cè)量的電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電壓(E
文檔編號(hào)H02P6/10GK1318221SQ00801440
公開日2001年10月17日 申請(qǐng)日期2000年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月20日
發(fā)明者R·埃爾菲里希 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司