用于無(wú)刷電機(jī)的ac/ac變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)刷電機(jī)通常包括驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路用于控制電機(jī)的相繞組的激勵(lì)。當(dāng)交流電壓被供應(yīng)時(shí)，該驅(qū)動(dòng)電路往往包括整流器，有效功率因數(shù)矯正段(PFC)和大容量電容器。共同地，整流器和有效功率因數(shù)矯正段和大容量電容器輸出相對(duì)穩(wěn)定的直流電壓，用于激勵(lì)相繞組。然而，有效功率因數(shù)矯正段是相對(duì)昂貴的。附加的，大容量電容器的電容量是相對(duì)高的，且由此該電容器是大的且昂貴的。
[0003]W02011/128659描述了控制相繞組的激勵(lì)的新方法。特別地，相繞組被激勵(lì)一段時(shí)間(其跨交流電壓的每個(gè)半周期變化)。結(jié)果，電源供應(yīng)的電流在不需要激勵(lì)功率因數(shù)矯正段或高電容量的大容量電容器的情況下接近正弦曲線的波形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種用于無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路包括用于輸送交流電壓的電力線、逆變器和控制器，該逆變器包括跨電力線并聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)腿部，每個(gè)腿部被連接到電機(jī)的相繞組且包括一個(gè)或多個(gè)雙向開關(guān)，該控制器用于輸出一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)用于控制該開關(guān)，其中該控制器輸出信號(hào)以在交流電壓的每個(gè)半周期期間多次打開和關(guān)閉每個(gè)開關(guān)，且該控制器輸出控制信號(hào)以激勵(lì)電機(jī)的相繞組，該控制信號(hào)使得一對(duì)開關(guān)在交流電壓的正半周期期間沿第一方向?qū)ㄇ以诮涣麟妷旱呢?fù)半周期期間沿第二相反方向?qū)ā?br>[0005]通過(guò)使用可在兩個(gè)方向被控制的雙向開關(guān)，且通過(guò)產(chǎn)生控制信號(hào)使得開關(guān)沿取決于電力線上輸送的交流電壓的極性的方向?qū)?，?qū)動(dòng)電路能夠在不需要整流器或高電容量的大容量電容器的情況下使用交流電壓激勵(lì)相繞組。結(jié)果，更緊湊且可能低成本的驅(qū)動(dòng)電路可被實(shí)現(xiàn)。
[0006]該控制器可在交流電壓的正半周期期間打開第一對(duì)開關(guān)以便激勵(lì)相繞組從而沿特定方向驅(qū)動(dòng)電流穿過(guò)相繞組，且該控制器可在交流電壓的負(fù)半周期期間打開第二不同對(duì)開關(guān)以便激勵(lì)相繞組從而沿相同特定方向驅(qū)動(dòng)電流穿過(guò)相繞組。驅(qū)動(dòng)電路因此能夠在交流電壓的正和負(fù)半周期期間沿相同的方向激勵(lì)相繞組。
[0007]該控制器可輸出控制信號(hào)以續(xù)流相繞組。該控制信號(hào)于是可使得在交流電壓的正半周期期間一對(duì)開關(guān)中的一個(gè)沿第一方向?qū)ㄇ以搶?duì)開關(guān)中的另一個(gè)沿第二相對(duì)方向?qū)◤亩靥囟ǚ较虼┻^(guò)相繞組續(xù)流電流。此外，該控制信號(hào)可使得在交流電壓的負(fù)半周期期間該對(duì)開關(guān)的所述一個(gè)沿第二方向?qū)ㄇ以搶?duì)開關(guān)的所述另一個(gè)沿第一方向?qū)◤亩叵嗤囟ǚ较虼┻^(guò)相繞組續(xù)流電流。驅(qū)動(dòng)電路因此能夠在交流輸出電壓的正和負(fù)半周期期間沿相同的方向續(xù)流相繞組。如果需要，驅(qū)動(dòng)電路還能夠沿與交流電壓的極性無(wú)關(guān)的兩個(gè)方向激勵(lì)相繞組且續(xù)流相繞組。
[0008]本發(fā)明還提供了一種用于無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路包括用于輸送交流電壓的電力線、逆變器和控制器，該逆變器包括跨電力線并聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)腿部，每個(gè)腿部被連接到電機(jī)的相繞組且包括一個(gè)或多個(gè)雙向開關(guān)，該控制器用于輸出一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)用于控制該開關(guān)，其中該控制器輸出信號(hào)以在交流電壓的每個(gè)半周期期間多次打開和關(guān)閉每個(gè)開關(guān)，且該控制器在交流電壓的正半周期期間打開第一對(duì)開關(guān)以便激勵(lì)相繞組從而沿特定方向驅(qū)動(dòng)電流穿過(guò)相繞組，該控制器在交流電壓的負(fù)半周期期間打開第二不同對(duì)開關(guān)以便激勵(lì)相繞組從而沿相同特定方向驅(qū)動(dòng)電流穿過(guò)相繞組。
[0009]通過(guò)使用可沿兩個(gè)方向被控制的雙向開關(guān)，驅(qū)動(dòng)電路能夠在不需要整流器或高電容量的大容量電容器的情況下使用交流電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)。因此，可能更便宜，更小和/或更有效率的驅(qū)動(dòng)電路可被實(shí)現(xiàn)。
[0010]該驅(qū)動(dòng)電路在交流電壓的正半周期期間打開第一對(duì)開關(guān)，且在交流電壓的負(fù)半周期打開第二對(duì)開關(guān)。結(jié)果，驅(qū)動(dòng)電路能夠在交流電壓的正和負(fù)半周期期間沿相同的方向激勵(lì)相繞組。因此，驅(qū)動(dòng)電路可被用于單極性激勵(lì)，例如，如果在交流電壓的正半周期期間僅打開第一對(duì)開關(guān)，且在交流電壓的負(fù)半周期期間僅僅打開第二對(duì)開關(guān)。替代地，如果在交流電壓的每個(gè)半周期期間第一對(duì)開關(guān)和第二對(duì)開關(guān)被順序地打開，該驅(qū)動(dòng)電路可被用于雙極性激勵(lì)。
[0011 ] 該控制器可輸出控制信號(hào)以續(xù)流相繞組。該控制信號(hào)于是可使得在交流電壓的正半周期期間一對(duì)開關(guān)中的一個(gè)沿第一方向?qū)ㄇ以搶?duì)開關(guān)中的另一個(gè)沿第二相對(duì)方向?qū)?，從而沿特定方向穿過(guò)相繞組續(xù)流電流。此外，該控制信號(hào)可使得在交流電壓的負(fù)半周期期間該對(duì)開關(guān)中的所述一個(gè)沿第二方向?qū)ㄇ以搶?duì)開關(guān)中的所述另一個(gè)沿第一方向?qū)◤亩叵嗤囟ǚ较虼┻^(guò)相繞組續(xù)流電流。驅(qū)動(dòng)電路因此能夠在交流輸出電壓的正和負(fù)半周期期間沿相同的方向續(xù)流相繞組。如果需要，驅(qū)動(dòng)電路還能夠沿與交流電壓的極性無(wú)關(guān)的兩個(gè)方向激勵(lì)和續(xù)流繞組。
[0012]該控制器可在交流電壓的正半周期期間的多次打開和關(guān)閉第一對(duì)開關(guān)中的至少一個(gè)開關(guān)，且該控制器可在交流電壓的負(fù)半周期期間的多次打開和關(guān)閉第二對(duì)開關(guān)中的至少一個(gè)開關(guān)。于是這個(gè)使得能夠在交流電壓的每個(gè)半周期期間多次激勵(lì)相繞組。因此，如果相繞組中的電流超過(guò)閥值，來(lái)自每對(duì)的開關(guān)中的一個(gè)可被關(guān)閉以便暫停激勵(lì)。另一個(gè)開關(guān)被保持打開以便允許相繞組中的電流穿過(guò)開關(guān)續(xù)流。附加地或替代地，如果驅(qū)動(dòng)電路被用于雙極性激勵(lì)，則第一對(duì)(或第二對(duì))的兩個(gè)開關(guān)可被關(guān)閉且第二對(duì)(或第一對(duì))的兩個(gè)開關(guān)可被打開以便換向相繞組。
[0013]本發(fā)明還提供了一種電機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括無(wú)刷電機(jī)和如上述段落中的任一個(gè)所述的驅(qū)動(dòng)電路。
【附圖說(shuō)明】
[0014]為了本發(fā)明可被更容易地理解，本發(fā)明的實(shí)施例現(xiàn)在將要參考附圖通過(guò)實(shí)例而被描述，其中:
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)系統(tǒng)的方框圖；
[0016]圖2是電機(jī)系統(tǒng)的示意圖；
[0017]圖3詳細(xì)說(shuō)明了逆變器的開關(guān)響應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的控制器發(fā)送的控制信號(hào)的被允許的狀態(tài)；
[0018]圖4示出了在激勵(lì)期間響應(yīng)控制器的控制信號(hào)穿過(guò)逆變器和電機(jī)的相繞組的電流的方向；
[0019]圖5示出了在續(xù)流期間響應(yīng)控制器的控制信號(hào)穿過(guò)逆變器和電機(jī)的相繞組的電流的方向；以及
[0020]圖6是根據(jù)本發(fā)明的替代電機(jī)系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 圖1和2的電機(jī)系統(tǒng)I包括無(wú)刷電機(jī)2和驅(qū)動(dòng)電路3。該電機(jī)系統(tǒng)意圖由交流電源4供電，比如家庭電源。
[0022]該電機(jī)2包括永磁轉(zhuǎn)子5和定子6，該定子6具有單個(gè)相繞組7。
[0023]該驅(qū)動(dòng)電路包括一對(duì)電力線8、9、過(guò)濾器10、電壓傳感器11、逆變器12、電流傳感器13、位置傳感器14、門驅(qū)動(dòng)器15和控制器16。
[0024]電力線8、9意圖連接到交流電源4的火線端子和零線端子。該電力線8、9因此輸送交流電壓。
[0025]過(guò)濾器10包括電容器Cl和電感器LI。該電容器Cl用于平滑逆變器12的相對(duì)高的dv/dt切換效果。附加地，電容器Cl用于在換向期間儲(chǔ)存從電機(jī)2提取的能量。重要地，電容器Cl不被要求平滑在基本頻率下的交流電壓。因此，相對(duì)低的電容量的電容器可被使用。電感器LI用于平滑任何參與電流波紋(其主要源于電機(jī)換向)。再者，由于電感器LI被用于減少電機(jī)頻率下的波紋，相對(duì)低的電感的電感器可被使用，特別當(dāng)電機(jī)2在相對(duì)高速度處操作時(shí)或具有相對(duì)高的極數(shù)時(shí)更是如此。
[0026]電壓傳感器11包括一對(duì)電阻器Rl、R2，其被布置為跨電力線8、9的分壓器。電壓傳感器13輸出信號(hào)到控制器16，AC_V0LTS表示跨電力線8、9的交流電壓的縮小比例的測(cè)量值。
[0027]逆變器12包括兩個(gè)腿部12a、12b，兩個(gè)腿部12a、12b跨電力線8、9并聯(lián)連接。該腿部12a、12b被連接到相繞組7相對(duì)端子。每個(gè)腿部12a、12b包括串聯(lián)布置的兩個(gè)開關(guān)Ql、Q2和Q3、Q4。每個(gè)腿部12a、12b于是在兩個(gè)開關(guān)之間的連接點(diǎn)處被連接到相繞組7。
[0028]開關(guān)Q1-Q4為雙向的且可沿兩個(gè)方向被控制。換句話說(shuō)，每個(gè)