专利名称：无刷无位置传感器电机的感应变换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于改善电机工作性能的感应装置，特别是一种无刷无位置传感器电机的感应变换器。
背景技术：
无刷电机因其高效、高能量密度、调速性能佳等优点而被越来越被广泛地运用，无位置传感器的实现使其结构更简单。
无刷无位置传感器电机用的专用控制芯片国外已有现成的IC集成块出售，该类IC集成块主要为计算机硬盘等微功率、低电压、不频繁启动的电机而设计，但其最低的稳定运转速度往往大于额定转速的10％，且适应于电机的功率范围小，成本高。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种可很方便地拓宽电机的功率范围、最低的稳定运转速度优于额定转速的0.5％，且制造成本低的无刷无位置传感器电机的感应变换器。
为了达到上述目的，本实用新型所设计的一种无刷无位置传感器电机的感应变换器，它由延时时间可调的深度滤波电路、相电压过零检测电路、脉宽度调制电路、锯齿波发生器和转速-电压转换电路及自启动电路组成，相电压信号经过延时时间可调的深度滤波电路后再由三个比较器组成的相电压过零检测电路整型为规整的位置逻辑信号并输出；位置逻辑信号同时作为转速-电压转换电路的输入信号，通过转速-电压转换电路转换为电压信号，并与锯齿波发生器的锯齿波信号通过脉宽度调制电路进行调制产生脉冲宽度变化的电平，形成延时时间可调的脉冲电平，该脉冲宽度变化的脉冲电平作为延时时间可调的深度滤波电路的输入信号，该脉冲电平又对延时用的滤波电阻进行高速开闭使深度滤波电路的延时时间常数随转速信号成反比。自启动电路是相对独立又不可或缺的部分，电机在静止状态时没有相电压信号，所以必须强迫产生一个符合电机运行逻辑的启动信号使电机启动。电机启动以后启动信号又必须及时关闭，关闭信号取之转速信号，即转速-电压转换电路输出的电压信号输入到自启动电路，自启动电路与相电压信号连接，启动电路关闭后正确的位置逻辑信号由相电压信号延时电角度30°度来获得。
本实用新型所得到的一种无刷无位置传感器电机的感应变换器，可很方便地拓宽电机的功率范围，最低的稳定运转速度优于额定转速的0.5％，制造成本约为国外IC的1/5。
应用于纺织倍捻机锭子马达时，纺织倍捻机锭子马达的主要技术指标可达到工作电压300伏直流，功率40瓦，转速18000转/分。
应用于电动摩托车的驱动电机时，电动摩托车的驱动电机的主要技术指标可达到工作电压48VDC，功率1200W，转速440转/分。
图1是本传感器的原理框图；图2是延时时间可调的深度滤波电路；图3是速度-脉冲宽度调制电路；图4是f与Va(f)稳态特性曲线图；图5是电机自启动电路图；图6是输入输出的波形；图7是电机自启动电路的关闭电路图。
图8是相电压法检测反电动势过零点逻辑输出电路。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本实用新型作进一步的描述。
实施例1如图1所示，本实施例描述的一种无刷无位置传感器电机的感应变换器，它由延时时间可调的深度滤波电路1、相电压过零检测电路2、脉宽度调制电路3、锯齿波发生器4和转速-电压转换电路5及自启动电路6组成，相电压信号VA(f)、VB(f)、VC(f)经过延时时间可调的深度滤波电路1后再由三个比较器组成的相电压过零检测电路2整型为规整的位置逻辑信号并输出；位置逻辑信号同时作为转速-电压转换电路5的输入信号，通过转速-电压转换电路5转换为电压信号，并与锯齿波发生器4的锯齿波信号通过脉宽度调制电路3进行调制产生脉冲宽度变化的电平，形成延时时间可调的脉冲电平，该脉冲宽度变化的脉冲电平作为延时时间可调的深度滤波电路1的输入信号，转速-电压转换电路5输出的电压信号输入到自启动电路6，自启动电路与相电压信号连接，启动电路关闭后正确的位置逻辑信号由相电压信号延时电角度30°度来获得。
本实用新型提供的无刷无位置传感器电机的感应变换器，其工作原理是如图8所示，相电压法检测反电动势过零点。
输入网络加深度滤波电容延时，实现延时电角度30°。如图2所示，当电路参数固定下来后，延时电角度￠＝arctg6.28 f Ri//Ra(f)*Ci。其中f为电机的电转速；Ri、Ra(f)为电阻器、Ci为电容器，组成图2中的滤波阻容器件。
转速f对应于Ra(f)，如图3所示，电阻器R1、R2、R3、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、电容器C1、C2、C3等组成转速-电压转换电路5，实现转速-电压转换。脉宽度调制电路3，实现V∝η(占空比)，这时的等效电阻Ra(f)＝Ra*η-1。不难推导出转速f反比于电阻Ra(f)。
转速f对应于检测点反电动势幅值Va(f)根据电路原理Va(f)＝VA(f)*(XRa(f)2+XC2)1/2*Ri/((XRa(f)2+XC2)1/2+Ri)，电机在调速的条件下其特性可描述为f∝VA(f)，计算及实测均可得到转速f与Va(f)稳态特性曲线，如图4所示。从图可得，反电动势的幅值Va(f)在很大的调速范围内变化不大。换言之，相电压的变化不会影响反电动势的幅值，故而使相电压的应用范围大大的拓宽，当变换器的工作电压为5V时，电机最低稳定运转速度的下限可降低一到二个数量级。此点乃本专利的关键之处。
电机自启动电路6如图5所示，电阻器R34、R35、R36组成的分压电路给出一个＜＜1％稳定运转Va(f)且略高于该类比较器失调电压的值，使比较器H、I、J的输出逻辑电平为1、0、0。设定转向，其输入输出的波形如图6所示，当启动调速信号的瞬间，相电压输出的逻辑为1、0、0，则反电动势检测端的电平逻辑也为1、0、0。这时相电压VA(f)对CA充电并使电位上升，比较器H、I、J翻转，使电平V0也上升，位置信号变成了逻辑1、1、0，相应的，相电压输出也为1、1、0。随着V0电压的进一步上升，当V0＞2Va(f)时位置信号的电平变成了逻辑0、1、0。上述强迫启动过程只模拟电机运行的前三步，不论电机停止的位置如何，只有三个状态正确前进；停一步，第二、三步正确前进；退一步，第二、三步正确前进。
自启动电路6的关闭，如图7所示，如图7中V端即图3中的V点，如图7中A端即图5中的A点，一般地，电机运行到第三步末，电机的运转速度已大大于本专利电路所能判定的最低稳定运转速度的下限，转速-电压转换电路5将输出了大于最低稳定运转速度下限的电压值，以此关闭自启动电路6，电机便可运转在正常的运行状态。重新启动时电路将重复上述过程，因为启动时间非常短，本电路完全胜任频繁启动的工况，此点乃本专利的又一关键之处。
实施例2本实施例描述的无刷无位置传感器电机的感应变换器，应用于纺织倍捻机锭子马达时，通过增大输入网络的分压比及减少深度滤波电容容量，实现了大电压高转速；通过加长自启动电路6启动步距的时间，如增大电容器CA、CO使其时间常数约0.3秒，实现小功率的加速。
实施例3本实施例描述的无刷无位置传感器电机的感应变换器，应用于电动摩托车的驱动电机时，通过调整输入网络的分压比及增加深度滤波电容容量，实现了低转速平稳运行；通过减少自启动电路6启动步距的时间，如减小电容器CA、CO使其时间常数约0.05秒，实现大功率的频繁加速。
权利要求1.一种无刷无位置传感器电机的感应变换器，它由延时时间可调的深度滤波电路(1)、相电压过零检测电路(2)、脉宽度调制电路(3)、锯齿波发生器(4)和转速-电压转换电路(5)及自启动电路(6)组成，其特征是相电压信号VA(f)、VB(f)、VC(f)经过延时时间可调的深度滤波电路(1)后再由三个比较器组成的相电压过零检测电路(2)整型为规整的位置逻辑信号并输出；位置逻辑信号同时作为转速-电压转换电路(5)的输入信号，通过转速-电压转换电路(5)转换为电压信号，并与锯齿波发生器(4)的锯齿波信号通过脉宽度调制电路(3)进行调制产生脉冲宽度变化的电平，形成延时时间可调的脉冲电平，该脉冲宽度变化的脉冲电平作为延时时间可调的深度滤波电路(1)的输入信号，转速-电压转换电路(5)输出的电压信号输入到自启动电路(6)，自启动电路与相电压信号连接。
专利摘要本实用新型公开了一种无刷无位置传感器电机的感应变换器，它由延时时间可调的深度滤波电路、相电压过零检测电路、脉宽度调制电路、锯齿波发生器和转速－电压转换电路及自启动电路组成，相电压信号经过延时时间可调的深度滤波电路后再由三个比较器组成的相电压过零检测电路整型为规整的位置逻辑信号并输出；位置逻辑信号同时作为转速－电压转换电路的输入信号，通过转速－电压转换电路转换为电压信号，并与锯齿波发生器的锯齿波信号通过脉宽度调制电路进行调制产生脉冲宽度变化的电平，形成脉冲电平，转速－电压转换电路输出的电压信号输入到自启动电路，自启动电路与相电压信号连接。这种无刷无位置传感器电机的感应变换器，可很方便地拓宽电机的功率范围，最低的稳定运转速度优于额定转速的0.5％，制造成本约为国外IC的1/5。
文档编号H02P6/14GK2901694SQ20062010446
公开日2007年5月16日 申请日期2006年6月8日 优先权日2006年6月8日
发明者唐建民 申请人:嘉兴市禾丰印刷包装有限公司