无刷直流电机及其的控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种无刷直流电机的控制装置以及一种具有该控制装置的无刷直流电机。
【背景技术】
[0002]目前，在无刷直流电机的控制方案中，通常是采用位置传感器来检测电机的转子位置，然后控制逻辑电路根据位置传感器的检测信号来对电机进行控制，以实现无刷直流电机的高效率。
[0003]但是，对于需要具有正反转方向的电机，由于其旋转方向相反时，对于同一组位置传感器的检测信号，其反电势的信号与位置传感器信号之间发生了相对180-2*β电角度的变化(β角为正转时反电势与位置传感器的信号边沿的夹角)，从而导致无刷直流电机不能同时保证两个旋转方向的高效率。
【发明内容】
[0004]本申请是基于发明人对以下问题的认识和研宄做出的:
[0005]由于无刷直流电机为感性元件，电机绕组的施加电压与电流存在着相位延迟，根据无刷直流电机的电功率公式P = 1.732*E*I*cos Θ可知，相反电势E和相电流I之间的关联Θ角决定了输出功率大小，也决定着电机输出效率的高低。
[0006]为了控制电机达到高效率的要求，就要控制绕组电流与绕组反电势之间的相位，从而必须对施加电压的时间(相位)进行控制。而在无刷直流电机的控制方案中，其控制逻辑电路通常都是根据位置传感器的检测信号来施加绕组电压的。因此，电机的转子位置决定了绕组电压施加时间，也就决定了绕组电流与反电势之间的关联Θ角。
[0007]由上述可知，对于需要具有正反转方向的电机，由于其旋转方向相反时，对于同一组位置传感器的检测信号，其反电势的信号与位置传感器信号之间发生了相对180-2*β电角度的变化(β角为正转时反电势与位置传感器的信号边沿的夹角)，因此通过一组位置传感器来检测电机的转子位置是不能同时保证两个旋转方向的高效率。
[0008]而相关技术中要么是采取牺牲两个方向效率，双方兼顾的折衷方案，要么是采取选择其中一个方向为高效率方向，另外一个方向效率不予考虑的方案。这两个方案都牺牲了电机的效率，对于双向高能效的要求不能满足，并且在后一个方案中，如果电角度相差太大，会造成电机不能稳定工作。
[0009]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0010]为此，本发明的一个目的在于提出一种无刷直流电机的控制装置，能够实现无刷直流电机的高效率，保证无刷直流电机稳定运行。
[0011]本发明的另一个目的在于提出一种无刷直流电机。
[0012]为达到上述目的，本发明一方面实施例一种无刷直流电机的控制装置，包括:逆变器，所述逆变器具有正极端、负极端和第一至第三输出端，所述第一至第三输出端与所述无刷直流电机相连，所述正极端和所述负极端分别与直流供电电源相连；用于驱动所述逆变器的驱动电路；位置检测模块，所述位置检测模块包括多个位置传感器组，所述多个位置传感器组中的每个位置传感器组分别用于检测所述无刷直流电机的转子位置；指令接收模块，所述指令接收模块用于接收给定指令；切换电路，所述切换电路分别与所述每个位置传感器组和所述指令接收模块相连，所述切换电路根据所述给定指令对所述多个位置传感器组进行切换以选择与所述给定指令相匹配的位置传感器组进行工作；控制电路，所述控制电路分别与所述驱动电路、所述指令接收模块和所述切换电路相连，所述控制电路根据所述给定指令和当前进行工作的位置传感器组检测到的所述无刷直流电机的转子位置生成控制信号，并根据所述控制信号通过所述驱动电路驱动所述逆变器，以对所述无刷直流电机进行控制。
[0013]根据本发明实施例的无刷直流电机的控制装置，通过设置多个位置传感器组来检测直流无刷电机的转子位置，并增加切换电路来对多个位置传感器组进行切换以选择与给定指令相匹配的位置传感器组进行工作，从而控制电路可根据给定指令和选择的与给定指令相匹配的位置传感器组的检测信号来对无刷直流电机进行控制，完全能够实现无刷直流电机的高效率，保证无刷直流电机稳定可靠地运行。
[0014]其中，所述给定指令包括方向指令和/或速度指令。
[0015]根据本发明的一个实施例，当所述给定指令为所述方向指令时，所述多个位置传感器组为第一位置传感器组和第二位置传感器组，其中，如果所述方向指令为控制所述无刷直流电机正转的指令，所述切换电路选择所述第一位置传感器组检测所述无刷直流电机的转子位置；如果所述方向指令为控制所述无刷直流电机反转的指令，所述切换电路选择所述第二位置传感器组检测所述无刷直流电机的转子位置。
[0016]根据本发明的一个实施例，当所述给定指令为所述速度指令时，所述速度指令对应多个速度档位，每个速度档位与每个位置传感器组--对应。
[0017]根据本发明的一个实施例，当所述给定指令为所述方向指令和所述速度指令时，所述方向指令对应的正转方向和反转方向与所述速度指令对应的速度档位进行组合以生成多个切换指令，其中，每个切换指令对应一个位置传感器组。
[0018]在本发明的实施例中，所述驱动电路包括上臂驱动单元和下臂驱动单元，所述逆变器包括第一至第六功率管，所述第一至第六功率管构成具有上桥臂和下桥臂的三相桥式电路，所述上桥臂中的第一功率管、第三功率管、第五功率管和所述上臂驱动单元相连，所述下桥臂中的第二功率管、第四功率管、第六功率管和所述下桥臂驱动单元相连。
[0019]并且，所述的无刷直流电机的控制装置还包括与所述控制电路相连的过流保护电路，所述过流保护电路在所述无刷直流电机的工作电流大于等于电流保护阈值时输出保护信号至所述控制电路，以使所述控制电路控制所述无刷直流电机停止工作。
[0020]此外，本发明的实施例还提出了一种无刷直流电机，其包括上述的控制装置。
[0021]本发明实施例的无刷直流电机，通过上述的控制装置，能够完全实现不同旋转方向和不同速度档位的高效率，并且能够稳定可靠地运行。
【附图说明】
[0022]图1为根据本发明一个实施例的无刷直流电机的控制装置的电路示意图；
[0023]图2为根据本发明另一个实施例的无刷直流电机的控制装置的电路示意图；以及
[0024]图3为根据本发明又一个实施例的无刷直流电机的控制装置的电路示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0026]下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的无刷直流电机的控制装置以及具有该控制装置的无刷直流电机。
[0027]图1为根据本发明一个实施例的无刷直流电机的控制装置的电路示意图。如图1所示，该无刷直流电机的控制装置包括逆变器10、驱动电路20、位置检测模块30、指令接收模块40、切换电路50和控制电路60。
[0028]其中，逆变器10具有正极端、负极端和第一至第三输出端，第一至第三输出端与无刷直流电机M相连，正极端和负极端分别与直流供电电源100相连，驱动电路20包括上臂驱动单元201和下臂驱动单元202，驱动电路20用于根据控制电路60输出的控制信号生成驱动信号以驱动逆变器10，并且逆变器10包括第一至第六功率管，所述第一至第六功率管构成具有上桥臂和下桥臂的三相桥式电路，所述上桥臂中的第一功率管、第三功率管、第五功率管和上臂驱动单元201相连，所述下桥臂中的第二功率管、第四功率管、第六功率管和下桥臂驱动单元202相连。在本发明的一个示例中，第一至第六功率管可以为IGBT。
[0029]如图1、图2或图3所示，位置检测模块30包括多个位置传感器组，多个位置传感器组中的每个位置传感器组分别用于检测无刷直流电机M的转子位置。指令接收模块40用于接收给定指令，切换电路50分别与每个位置传感器组和指令接收模块40相连，切换电路50根据所述给定指令对所述多个位置传感器组进行切换以选择与所述给定指令相匹配的位置传感器组进行工作。控制电路60分别与驱动电路20、指令接收模块40和切换电路50相连，控制电路60根据所述给定指令和当前进行工作的位置传感器组检测到的所述无刷直流电机的转子位置生成控制信号，并根据所述控制信号通过驱动电路20驱动逆变器10，以对无刷直流电机M进行控制。
[0030]其中，所述给定指令包括方向指令和/或速度指令。
[0031]根据本发明的一个实施例，如图1所示，当给定指令为方向指令时，多个位置传感器组为第一位置传感器组I和第二位置传感器组2。其中，如果所述方向指令为控制所述无刷直流电机正转的指令，切换电路50选择第一位置传感器组I检测无刷直流电机M的转子位置，控制电路60根据方向指令控制无刷直流电机正转，同时根据第一位置传感器组I检测的转子位置信号来施加绕组电压以实现对无刷直流电机的控制，从而可保证无刷直流电机正转时的高效率。如果所述方向指令为控制所述无刷直流电机反转的指令，切换电路50选择第二位置传感器组2检测无刷直流电机M的转子位置，控制电路60根据方向指令控制无刷直流电机反转，同时根据第二位置传感器组2检测的转子位置信号来施加绕组电压以实现对无刷直流电机的控制，从而可保证无刷直流电机反转时的高效率。
[0032]因此，在本实施例中，在无刷直流电机正转和反转时，通过切换电路选择不同的位置传感器组来检测无刷直流电机的转子位置，控制电路根据不同位置传感器组的检测信号来施加绕组电压以对无刷直流电机进行控制，避免了反电势的信号与位置传感器信号之间发生了相对180-2*β电角度的变化，从而能够保证无刷直流电机在两个旋转方向的高效率，保证无刷直流电机稳定可靠运行。
[0033]根据本发明的另一个实施例，如图2所示，当给定指令为速度指令时，速度指令对应多个速度档位，每个速度档位与每个位置传感器组一一对应。也就是说，如果速度指令对应高速、中速和低速三个速度档位，那么多个位置传