专利名称：交流逆变进给电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机工程并尤其用于牙科设备中使用的机构的电力驱动。
背景技术：
已知的受控无刷直流电动机包括具有永磁体感应器的机电变换器，所述 感应器的三段电枢绕组的第一端子彼此接合并连接于无刷直流电动机、全波频 率变换器的公共总线，所述变换器的输出端连接于各段电枢绕组的第二端子； 逻辑控制单元，所述控制单元的输出端连接于全波频率变换器的控制输入端； 以及各自具有两个输入端的三个比较器，所述比较器的输出端分别连接于逻辑 控制单元的输入端。该无刷直流电动机还包括三个集成电路。第i个比较器的 第一输入端连接于第i段电枢绕组的第二端子，而所述比较器的输出端连接于 第(i一l)个集成电路的输入端。第(i一l)个集成电路的输出端连接于第i个比 较器的第二输入端，其中比较器和集成电路之间的上述连接形成环状耦合，
SU 1774455 Al。
所述无刷直流电动机的缺点在于当电动机工作在旋转频率稳定的模式中
时，在集成电路的输出端存在相对于公共端子的偏移量，这导致旋转EMF比较 器不同的切换阈值，并因此导致在旋转EMF的正、负间隔内对各区段供电的不 同的超前角。在各段电枢绕组处的非对称电压形状导致附加的转矩脉动、增加 的爆炸声并因此使无刷直流电动机的工作质量恶化。
根据RU 2091978 Cl的无刷直流电动机提高了电动机的工作质量，尤其 是它通过减少转矩脉动而延长其使用寿命。
该电动机包括具有由三段构成的绕组的机电变换器；以及永磁体感应器。 各段绕组的端子接合在一起并连接于公共总线。该设备还包括电压逆变器； 基于"或"和"与"逻辑元件的控制单元；以及三个比较器；电动机的启动借200880001768.3 助于集成电路来实现；逆变器是基于晶体管的三相电桥。机电变换器绕组的端 子连接于逆变器的相应输出端并分别连接于第一、第二和第三比较器的输入
端，而电动机连接于双极电源，RU 2091978 Cl。 这种工程方案作为本发明的原型。
原型设备的控制单元基于电连接于逆变器元件的逻辑元件。所述逻辑 元件对提供给逆变器的功率输入端的电压具有相对小的可接受波动范围。 如果例如由于电源设备、电压抑制器或逆变器本身的缺陷而超过这个范围， 则逻辑单元将损坏。
要注意，机电变换器绕组的高功率电流会通过逆变器对控制单元造成 消极影响，这导致电动机不稳定的操作(紧急工作模式)。
一旦无刷直流电动机的要求性能提高，则上述缺陷变得更为突出，这 使原型设备的可应用范围变窄，使其局限于底负载电力驱动，例如磁带记 录机的磁带驱动机构的驱动。
该原型设备的另一严重缺陷在于需要使用专门的集成电路来启动电
动机。所述电路参数的不可避免离散将在旋转频率稳定模式下使其输出端 相对公共端子产生一定的偏移量，这引起电动机的附加转矩脉动。尽管
RU 2091978 Cl中的脉动某种程度上小于SU 1774455 A 1中的脉动，但这 种原型设备仍然无法为减少所述脉动(由于上述集成电路的参数的离散) 提供令人满意的解决方案。
发明概述
本发明的目的是提供增加无刷直流电动机的工作稳定性和可靠性并减少 电动机的转矩脉动的方案。
根据本发明，这里提供一种无刷直流电动机，该电动机连接于电源并包括 具有三段绕组和永磁体感应器的机电变换器、逆变器、控制单元和三个比较器 (第一、第二和第三)，其中所述机电变换器的各段绕组的端子分别连接于逆 变器的第一、第二和第三输出端，并分别连接于第一、第二和第三比较器的第 一输入端，所述电动机还包括电动机启动单元；其中所述控制单元包括六个带光输出的光导发射器，而逆变器包括六个光导接收器，所述接收器的光输入端 借助光耦合连接于控制单元的所述光导发射器的相应光输出，且其中第一、第 二和第三比较器的输出端分别连接于控制单元的第一、第二和第三输入端，而 逆变器的第七功率输入端连接于电源并连接于电动机启动单元的输入端，所述 启动单元的第一输出端连接于第二比较器的第三输入端，其第二输出端连接于 第三比较器的第三输入端，其中所有比较器的第二输入端彼此互连。
申请人尚未找到任何包含关于与本发明相似的工程方案的数据的信息来 源。就申请人看来，这就能推断出本发明符合"新颖性"(N)的标准。
本发明的新颖特征提供具有新特征的设备，这些新特征对于所述设备的实 际应用来说是非常重要的。由于以下事实控制单元包括光导发射器而逆变器 包括光导接收器，所述接收器的光输入端光耦合于所述光导发射器的输出端， 由此与所述光导发射器形成光导发光元件对，因此阻止逆变器和控制单元之间 的电连接。因此，电源电压的波动、电源或逆变器自身的缺陷不会损坏控制 单元；此外，机电变换器绕组的高功率电流不会通过逆变器影响控制单元，这 明显地增加了电动机工作的稳定性并实质上防止紧急工作模式的发生；因此， 可显著地增进电动机的性能，特别是使其趋向牙科设备机构的电力驱动中的电 动机的应用所需的值。
最后，电动机启动单元的存在使其能够排除使用集成电路，该集成电路不 可避免地拥有不同的固有参数并造成原型设备中附加的转矩脉动；所述脉动的 减少量明显地提高了电动机的工作质量。
在申请人看来，上述事实能够推断出本发明符合"创造性步骤"(is)标准。
附图
简述
参照附图、通过示例进一步解释本发明，在附图中
图l是设备的图示；
图2是电动机启动单元的示意所例示实施例的详细说明 无刷直流电动机连接于电源，尤其连接于受控的开关稳压器(图中未示出)，并包括具有三段绕组(段2、 3和4)的机电变换器l。在该具体实施例 中，各段被互连成三角形电路；然而，它们也能互连成星形电路。感应器5基 于永磁体。本发明的设备还包括逆变器6、控制单元7、第一比较器8、第二比 较器9和第三比较器10;各段机电变换器绕组的端子分别连接于逆变器6的第 一、第二和第三输出端，同时分别连接于第一比较器8、第二比较器9和第三 比较器10的第一输入端；本发明的设备还包括电动机启动单元ll。所述控制 单元7包括带光输出的六个光导发射器12、 13、 14、 15、 16和17，而逆变器 6包括带开关的六个光导接收器18、 19、 20、 21、 22和23，所述光导接收器 的光输入端光耦合于控制单元7的所述光导发射器12、 13、 14、 15、 16和17 的相应光输出端。所述光导发射器和光导接收器形成借助光耦合彼此互连的光 导发光元件对(光导发光元件)。该具体实施例使用由C0SM0公司(K1010D)制 造的光导发光元件和作为逆变器6的受控开关的场控晶体管IRL024N。电动机 启动单元11由运算放大器24(微电路LM324N)、双极型晶体管25(BC327-40)、 二极管26和27 (IN4148)以及陶瓷电容器28 (MDR104ZA，0， lmF 100V Y5V) 构成。运算放大器24和二极管26形成具有给定滞后曲线的施密特触发器，其 具有1V的触发电压和0,1V的下降电压。第一比较器8、第二比较器9和第三 比较器10的输出端各自连接于控制单元7的第一、第二和第三输入端，而逆 变器6的第七电源输入端连接于电源并连接于电动机启动单元11的输入端， 所述启动单元11的第一输出端连接于第二比较器9的第三输入端且其第二输 出端连接于第三比较器10的第三输入端，其中所有比较器的第二输入端互连。 设备以如下方式工作。当无刷直流电动机关断时，来自电源的电压等于o。 这意味着将零电压从电源提供给启动单元11的输入端(施密特触发器的倒相 输入端)；来自施密特触发器的输出端的电压以"逻辑高"的形式通过二极管 27并随后通过启动单元11的第一输出端提供至第二比较器9的第二输入端； 在控制单元7的三个(1. 2. 3)输入端产生强制的初始逻辑组合1. 0. 1，所述光 导发射器17、 14和相应的光导接收器19、 23此时被激活；机电变换器绕组段 2通过光导接收器19和23的开关连接于电源。当电动机导通时，电源的电压 开始从零增至规定值。当电压值低于启动单元ll的规定触发阈值时，即低于 IV时，则由逆变器6消耗的来自电源的电流值(I inv)可通过下面的公式计算得到-
1) I inv=3E inv/2Rsect (用于互连成三角形电路的段2、 3和4)
2) I inv=E inv/2Rsect (用于互连成星形电路的段2、 3和4)， 其中E inv是逆变器的电源电压，
Rsect是一段电动机绕组的电阻。
在电动机启动开始点，当电源的电压增长尚未达到单元11的触发阈值时，
感应器5由于绕组2、 3和4的不断增加的磁场的影响处于严格限定的角位置。
当逆变器6的电源电压到达单元11的触发电压值时，其第一输出端由于锁定
二极管27与比较器9断开，并借助双极型晶体管25和电容器28 (图2)在其
第二输出端形成启动脉冲；此时电动机启动并且当启动脉冲结束后，单元ll
由于锁定晶体管25而与比较器10断开；电动机由于反向EMF而进入自同步模
式，该反向EMF —旦感应器5转动即在电动机绕组中被感应出并借助三个比较
器8、 9和10从其三相绕组检测出。当单元7的输入端1. 2. 3发送强制的初始
逻辑组合1. 0. 1并且电源的增长电压尚未达到单元11的触发阈值时，由于感
应器5的转动而在电动机绕组中感应出的反向EMF不为比较器8、 9和10所接
收。在启动脉冲之后，单元7的三个输入端1.2.3处的强制的初始逻辑组合
1.0. l被强制的启动逻辑组合1.0.0所代替；光导发射器(0T) 14、 13以及相
应光导接收器(OR) 19、 21被激活；另外机电变换器绕组段3连接于电源而不
是绕组段2，结果，磁场矢量转过60度，且感应器5加速以占据新的角位置；
因此，在电动机的绕组处感应出反向EMF。当启动脉冲结束时，比较器8、 9
和IO开始接收反向EMF，于是电动机切换至自同步模式。此时可控制电动机
其轴上的转矩正比于其绕组中的电流值，而感应器5的转速正比于电源的电压
值。光导发射器12、 13、 14、 15、 16和17以为逆变器6提供光隔离的方式电
气互连并且还充当光导解码器，该光导解码器使用逆变器6实现三相负载——
机电变换器l的绕组——的120度电压换向的算法。在120度换向中，只有两
个相在任何给定瞬间连接于电源，而第三相用来测量反向EMF。在自同步模式
中，比较器8、 9和10按照感应器5的每一次转动在控制单元7的三个输入端
1. 2. 3处连续地产生6代码序列
1) (1.0.1) -0TC17.14)和 0R(23. 19)被激活，段2 ON<formula>formula see original document page 8</formula>
2)
3)
4)
5)
6)
(1.0.0) -0T(14. 13)和0R(19. 21)被激活，段3 ON
(1.1.0) -0T(13. 16)和0R(21.20)被激活，段4 ON
(0.1.0) - 0T(16. 15)和0R(20. 22)被激活，段2 ON
(0. 1. 1) - 0T(15. 12)和OR(22. 18)被激活，段3 ON
(0.0.1) -0T(12. 17)和0R(18. 23)被激活，段4 ON第一和第二代码组合用来启动电动机。 一般来说，任意两个相邻代码组合可用来启动电动机。第三、第四、第五和第六代码组合用来在电动机工作于自同步条件期间在电动机绕组侧自动产生三相电压。
工业实用性
本发明使用简单的装置以明显提高无刷直流电动机的可靠性和工作稳定性，并减少转矩脉动。
在申请人看来，这能够推断出本发明符合"工业实用性"(IA)的标准。
权利要求
1.一种无刷直流电动机，所述电动机连接于电源并包括具有三段绕组和永磁体感应器的机电变换器、逆变器、控制单元和三个比较器(第一、第二和第三)，其中所述机电变换器的各段绕组的端子分别连接于逆变器的第一、第二和第三输出端，并分别连接于第一、第二和第三比较器的第一输入端，其特征在于，所述电动机还包括电动机启动单元，其中所述控制单元包括六个带光输出的光导发射器，而逆变器包括六个光导接收器，所述接收器的光输入端借助光耦合连接于控制单元的所述光导发射器的相应光输出端，且其中第一、第二和第三比较器的输出端分别连接于控制单元的第一、第二和第三输入端，而逆变器的第七功率输入端连接于电源并连接于电动机启动单元的输入端，所述启动单元的第一输出端连接于第二比较器的第三输入端，其第二输出端连接于第三比较器的第三输入端，其中所有比较器的第二输入端彼此互连。
全文摘要
本发明涉及电机工程并尤其用于牙科设备机构的电力驱动。所述发明能够增加交流逆变进给电动机的操作稳定性和可靠性并减少其转矩脉动。由具有三段绕组的机电变换器、永磁体感应器、逆变器、控制单元和三个比较器构成的交流逆变进给电动机进一步设有电动机启动单元。控制单元是一种形式解码器，该解码器基于六个带光学端口的与逆变器的相应光导接收器光耦合的光导发射器。比较器的输出连接于控制单元输入。逆变器的功率输入连接于供电单元和电动机启动单元的输入。启动单元的第一输出连接于第二比较器的第三输入而其第二输出连接于第三比较器的第三输入。所有比较器的第二输入连接在两者之间。
文档编号H02P6/18GK101689823SQ200880001768
公开日2010年3月31日 申请日期2008年12月4日 优先权日2007年12月4日
发明者奥列格·安娜托列维奇·巴格莱依夫, 维克托·亚历克斯维奇·布里兹加洛夫 申请人:奥列格·安娜托列维奇·巴格莱依夫