三相直流无刷马达及其驱动电路的制作方法
【专利摘要】一种三相直流无刷马达的驱动电路，该马达的定子三相线圈是三角形绕线，每一相线圈具有一中心接点，该驱动电路包括三个与一直流电源并联的桥臂和六个阻尼电容，每一桥臂具有一上开关及一下开关，该三相线圈分别与该三个桥臂对应连接；该六个阻尼电容各别对应连接在每一相线圈的该中心接点与直流电源的正、负端之间，使得连接在其中一桥臂的上开关及另一桥臂的下开关之间的该相线圈产生的反电动势可对连接在该相线圈的该中心接点与直流电源的正、负端之间的阻尼电容充电。
【专利说明】三相直流无刷马达及其驱动电路【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种马达的驱动电路，特别是涉及一种三相直流无刷马达的驱动电路。
【背景技术】
[0002]参阅图1，是现有一种三相直流无刷马达的驱动电路1，该三相直流无刷马达(图未示)的三相线圈Lu、Lv、Lw是采用Y型绕线，其一端相连接(接点η)，另一端(以下称接点U、V、W)与驱动电路1电耦接。驱动电路1具有三个与一直流电源VDC并联的桥臂(以下称U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂)，每一桥臂具有一上开关U+、V+、W+、一下开关U-、V-、W-以及多个分别与各该上开关U+、V+、W+、下开关U-、V-、W-反向并联的飞轮二极管D，且三相线圈的U、V、W接点各别对应连接在U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂的上开关U+、V+、W+与下开关u-、v-、w-之间。
[0003]且驱动电路1在一基本周期内会控制其中一桥臂，例如U相桥臂的上开关U+导通，并同时控制其中另一桥臂，例如V相桥臂的下开关V-导通，使U相线圈Lu及V相线圈Lv与直流电源VDC导接而产生磁力推动马达转子运转，如图2所示。
[0004]又如图3所示，当驱动电路1在上述基本周期结束而控制上开关U+及下开关V-不导通时,U相线圈Lu及V相线圈Lv上会瞬间产生一反电动势eu及ev,这些反电动势eu及ev形成的大电流会循着该V相桥臂的与上开关V+并联的飞轮二极管D及U相桥臂的与下开关U-并联的飞轮二极管D对直流电源VDC产生高压冲击，易造成直流电源VDC烧毁。
[0005]因此，目前的解 决方法如图4所示，在驱动电路1设置一借由开关SW控制是否与直流电源VDC并联的耗散电阻R，以在上开关U+及下开关V-不导通时，借由控制耗散电阻R与直流电源VDC并联，来降低直流电源VDC的电压，使直流电源VDC两端不致因遭受反电动势eu及ev的瞬间高压而烧毁。然而此种做法虽能抑制反电动势产生的高压，但却让耗散电阻R徒然消耗直流电源VDC的电力，加速直流电源VDC的电力消耗速度，且由于交流形态的反电动势无法被直流电源VDC储存，无处消耗的结果会导致整个驱动电路1产生高温，并使电池温度升高而影响电池的使用寿命。
[0006]此外,相较于Δ型绕线，Y型绕线定子的输出电流小,使得马达输出扭力小，而若采用△型绕线定子，则输出电流较大，使得马达产生扭力大，但线圈产生的反电动势亦相对变大，将对上述现有的驱动电路1更为不利，因此现有的驱动电路1亦无法用以驱动采用Δ型绕线定子的三相直流无刷马达。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的在于提供一种适于驱动采用Λ型绕线定子的三相直流无刷马达，并可将驱动过程中在线圈上产生的反电动势回收再利用的三相直流无刷马达的驱动电路。
[0008]本实用新型三相直流无刷马达的驱动电路，该三相直流无刷马达绕设在定子上的三相线圈头尾相接而形成具有三个接点的三角形绕线，且每一相线圈具有一中心接点，而且该驱动电路与一直流电源电耦接，并包括三个与该直流电源并联的桥臂以及六个阻尼电容；其中每一桥臂具有一上开关、一下开关、一与该上开关反向并联的飞轮二极管，以及一与该下开关反向并联的飞轮二极管，且该三相线圈的三个接点分别对应连接在该三个桥臂的上开关与下开关之间；该六个阻尼电容各别对应连接在每一相线圈的该中心接点与该直流电源的正端之间，以及该中心接点与该直流电源的负端之间，且当其中一桥臂的上开关及另一桥臂的下开关导通，连接在该上开关与该下开关之间的该相线圈会与该直流电源导接而储能，而当该上开关与该下开关不导通时，该相线圈瞬间产生的一反电动势会经由与该其中一桥臂的下开关并联的飞轮二极管，对连接在该相线圈的该中心接点与该直流电源的负端之间的该阻尼电容充电，并经由与该另一桥臂的上开关并联的飞轮二极管，对连接在该相线圈的该中心接点与该直流电源的正端之间的该阻尼电容充电。
[0009]此外，本实用新型三相直流无刷马达，被一直流电源驱动，并包含一转子、一定子及一驱动电路；该定子上绕设有三相线圈，该三相线圈的头尾相接而形成具有三个接点的三角形绕线，且每一相线圈具有一中心接点；该驱动电路与该直流电源电耦接，并包括:三个与该直流电源并联的桥臂，每一桥臂具有一上开关、一下开关、一与该上开关反向并联的飞轮二极管，以及一与该下开关反向并联的飞轮二极管，且该三相线圈的三个接点分别对应连接在该三个桥臂的上开关与下开关之间；以及六个阻尼电容，其各别对应连接在每一相线圈的该中心接点与该直流电源的正端之间，以及该中心接点与该直流电源的负端之间，且当其中一桥臂的上开关及另一桥臂的下开关导通，连接在该上开关与该下开关之间的该相线圈会与该直流电源导接而储能并产生磁力推动该转子转动；而当该上开关与该下开关不导通时，该相线圈瞬间产生的一反电动势会经由与该其中一桥臂的下开关并联的飞轮二极管，对连接在该相线圈的该中心接点与该直流电源的负端之间的该阻尼电容充电，并经由与该另一桥臂的上开关并联的飞轮二极管，对连接在该相线圈的该中心接点与该直流电源的正端之间的该阻尼电容充电。
[0010]较佳地，该直流电源是一蓄电池，且当连接在每一相线圈的该中心接点与该直流电源的正端之间的阻尼电容，与连接在该中心接点与该直流电源的负端之间的阻尼电容两者串联的电压大于该蓄电池的电压时，这些阻尼电容会对该蓄电池充电。
[0011 ] 较佳地，该驱动电路还`包括与一交流电源电耦接的一整流滤波电路，其对该交流电源进行整流滤波以产生该直流电源。
[0012]本实用新型的有益效果在于:借由在驱动电路的每一相线圈的中心接点与直流电源的正端之间，以及中心接点与直流电源的负端之间分别电耦接一阻尼电容，使得线圈因开关切换而产生的反电动势能适时经由与开关反向并联的飞轮二极管，对与其电耦接的这些阻尼电容充电，使不致对直流电源产生高压冲击，而适于驱动采用△型绕线定子的三相直流无刷马达，并且储存于阻尼电容中的电力还能适时对直流电源VDC补充电力，延长直流电源VDC的供电时间，并在马达瞬间需要大扭力输出时，可以即时提供足够电力给马达。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是说明现有的二相直流无刷马达的驱动电路的电路图。
[0014]图2是说明现有的三相直流无刷马达的驱动电路的一驱动方式的电路动作图。[0015]图3是说明现有的三相直流无刷马达的驱动电路的另一驱动方式的电路动作图。
[0016]图4是说明现有的三相直流无刷马达的驱动电路还设有一耗散电阻的电路动作图。
[0017]图5是说明现有的采用Λ型绕线的三相线圈绕线示意图。
[0018]图6是说明本实用新型三相直流无刷马达的驱动电路的一较佳实施例的电路图。
[0019]图7是说明本实施例三相直流无刷马达的驱动电路的一驱动方式的电路动作图。
[0020]图8是说明本实施例三相直流无刷马达的驱动电路的另一驱动方式的电路动作图。
[0021]图9是说明本实用新型三相直流无刷马达的驱动电路的一较佳实施例还包含一整流滤波电路的电路图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明:
[0023]参阅图5与图6，是本实用新型三相直流无刷马达的驱动电路的一较佳实施例，其中如图5所示,该三相直流无刷马达的定子(图未示)上的三相线圈Lu、Lv、Lw是采用Δ型绕线，因此三相线圈Lu、Lv、Lw的头尾相接而具有三个接点U、V、W，且每一相线圈具有一中心接点Un、Vn、Wn，而中心接点Un将线圈Lu分成Ul、U2两段，中心接点Vn将线圈Lv分成V1、V2两段，中心接点Wn将线圈Lw分成Wl、W2两段。
[0024]如图6所示，该驱动电路2与一直流电源VDC电耦接，并包括三个与该直流电源VDC并联的桥臂(为方便说明，以下称U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂)以及六个阻尼电容Cd ;其中每一桥臂各具有一上开关U+、V+、W+、一下开关U-、V-、W_,与各该上开关U+、V+、W+反向并联的飞轮二极管D，以及与各该下开关U-、V-、W-反向并联的飞轮二极管D，且该三相线圈Lu、Lv、Lw的三个接点U、V、W各别连接在相对应的各该桥臂的上开关与下开关之间，即接点U连接在U相桥臂的上开关U+与下开关U-之间，接点V连接在V相桥臂的上开关V+与下开关V-之间，接点W连接在W相桥臂的上开关W+与下开关W-之间。
[0025]这些阻尼电容Cd各别对应连接在每一相线圈Lu、Lv、Lw的该中心接点Un、Vn、Wn与该直流电源VDC的正端之间，以及该中心接点Un、Vn、Wn与该直流电源VDC的负端之间。借此，如图7所示，当驱动电路2在一基本周期内控制其中一桥臂，例如U相桥臂的上开关U+与另一桥臂，例如V相桥臂的下开关V-导通时，连接在该上开关U+与该下开关V-之间的该u相线圈Lu会经由上开关U+及下开关V-与直流电源VDC导接而产生磁力推动马达转子运转。同时U相线圈Lu由于与直流电源VDC导接而储能。因此，如图8所示，当该基本周期结束，驱动电路2控制该上开关U+与该下开关V-不导通时，该U相线圈的Ul、U2段瞬间会各别产生一反电动势Vul、Vu2，其中U1段上的反电动势Vul所生成的电流会循最短路径，经由与U相桥臂的下开关U-并联的飞轮二极管D，对连接在该U相线圈Lu的该中心接点Un与直流电源VDC的负端之间的该阻尼电容Cd充电，而U2段上的反电动势Vu2所生成的电流亦会循最短路径，经由与V相桥臂的上开关V+并联的飞轮二极管D，对连接在该U相线圈Lu的中心接点Un与直流电源VDC的正端之间的该阻尼电容Cd充电。
[0026]借此，由线圈产生的反电动势所形成的电流将不会流经直流电源VDC，除了可避免三相线圈在开关不导通的瞬间产生的高压反电动势直接对直流电源VDC造成冲击外，还可将三相线圈产生的反电动势能量储存在阻尼电容Cd中加以利用而不浪费。且因为由三相线圈产生的交流形态的反电动势可循飞轮二极管形成的放电路径对阻尼电容Cd充电而释放能量，使驱动电路2不致产生高温，并使直流电源VDC，例如蓄电池不致因遭受高温而影响其使用寿命。
[0027]再者，驱动电路2会借由切换三个桥臂的上开关与下开关导通与否，控制三相线圈轮流与直流电源VDC导接，以持续推动马达转子运转，因此当每一线圈被由导接状态切换成不导接状态时，该线圈产生的反电动势就会对与其中心接点电耦接的两个阻尼电容Cd充电，且由于每一桥臂的上开关与下开关的切换速度非常快，大约400Hz，因此本实施例的阻尼电容Cd可选用工作频率，例如300~ΙΚΗζ相当于开关切换频率的无极性中频电容。因此，在驱动电路2运作的期间，三相线圈会轮流且持续地对与其电耦接的阻尼电容Cd充电，使阻尼电容Cd —直维持充满电能的状态。如此一来，当直流电源VDC，例如蓄电池的电压低于串联在直流电源VDC正、负两端之间的两个阻尼电容Cd的电位时，阻尼电容Cd即能适时地向直流电源VDC充电，而增加直流电源VDC的供电时间，若本实施例应用在电动交通载具，例如电动机车上，则可增加电动机车的续航力；而且当马达瞬间需要大扭力输出，例如电动机车加速或爬坡时，阻尼电容Cd还可即时提供马达所需电力，让电动机车产生更有力的操控性能。
[0028]而且，由于本实施例的驱动电路2不需使用现有的耗散电阻来降低直流电源VDC的电压，因此还具有省电的效果。
[0029]此外，本实施例的驱动电路2除了直接使用直流电源VDC外，亦可使用交流电源AC，只要如图9所示，在驱动电路2的前端再电耦接一整流滤波电路，例如现有的桥式整流滤波电路20，使对一交流电源AC进行整流滤波，以产生一直流电源Vdc供给后端的电路。
[0030]综上所述，上述实施例借由在驱动电路2的每一相线圈的中心接点与直流电源的正端之间，以及中心接点与直流电源的负端之间分别电耦接一阻尼电容，使得线圈因开关切换产生的反电动势能适时经由与开关反向并联的飞轮二极管，对与其耦接的这些阻尼电容充电，而不致对直流电源产生 高压冲击，而适于驱动采用△型绕线定子的三相直流无刷马达，并且储存于阻尼电容中的电力还能适时对直流电源VDC补充电力，延长直流电源VDC的供电时间，并在马达瞬间需要大扭力输出时，可以即时提供足够电力给马达，故确实能达成本实用新型的目的。
[0031]惟以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，应当不能以此限定本实用新型实施的范围，即凡依本实用新型权利要求及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。
【权利要求】
1.一种三相直流无刷马达的驱动电路，该三相直流无刷马达绕设在定子上的三相线圈头尾相接而形成具有三个接点的三角形绕线，且每一相线圈具有一中心接点，而且该驱动电路与一直流电源电耦接，其特征在于:该驱动电路包括:与该直流电源并联的三个桥臂，每一桥臂具有一上开关、一下开关、一与该上开关反向并联的飞轮二极管，以及一与该下开关反向并联的飞轮二极管，且该三相线圈的三个接点分别对应连接在该三个桥臂的上开关与下开关之间；及六个阻尼电容，其各别对应连接在每一相线圈的该中心接点与该直流电源的正端之间，以及该中心接点与该直流电源的负端之间，且当其中一桥臂的上开关及另一桥臂的下开关导通，连接在该上开关与该下开关之间的该相线圈会与该直流电源导接而储能，而当该上开关与该下开关不导通时，该相线圈瞬间产生的一反电动势会经由与该其中一桥臂的下开关并联的飞轮二极管，对连接在该相线圈的该中心接点与该直流电源的负端之间的该阻尼电容充电，并经由与该另一桥臂的上开关并联的飞轮二极管，对连接在该相线圈的该中心接点与该直流电源的正端之间的该阻尼电容充电。
2.如权利要求1所述的三相直流无刷马达的驱动电路，其特征在于:该直流电源是一蓄电池，且当连接在每一相线圈的该中心接点与该直流电源的正端之间的阻尼电容，与连接在该中心接点与该直流电源的负端之间的阻尼电容两者串联的电压大于该蓄电池的电压时，所述阻尼电容会对该蓄电池充电。
3.如权利要求1所述的三相直流无刷马达的驱动电路，其特征在于:该驱动电路还包括与一交流电源电耦接的一整流滤波电路，其对该交流电源进行整流滤波以产生该直流电源。
4.一种三相直流无刷马达，被一直流电源驱动，其特征在于:该三相直流无刷马达包括:`一转子;一定子，其上绕设有三相线圈，该三相线圈的头尾相接而形成具有三个接点的三角形绕线，且每一相线圈具有一中心接点 '及一驱动电路，其与该直流电源电耦接，并包括:与该直流电源并联的三个桥臂，每一桥臂具有一上开关、一下开关、一与该上开关反向并联的飞轮二极管，以及一与该下开关反向并联的飞轮二极管，且该三相线圈的三个接点分别对应连接在该三个桥臂的上开关与下开关之间；以及六个阻尼电容，其各别对应连接在每一相线圈的该中心接点与该直流电源的正端之间，以及该中心接点与该直流电源的负端之间，且当其中一桥臂的上开关及另一桥臂的下开关导通，连接在该上开关与该下开关之间的该相线圈会与该直流电源导接而储能并产生磁力推动该转子转动，而当该上开关与该下开关不导通时，该相线圈瞬间产生的一反电动势会经由与该其中一桥臂的下开关并联的飞轮二极管，对连接在该相线圈的该中心接点与该直流电源的负端之间的该阻尼电容充电，并经由与该另一桥臂的上开关并联的飞轮二极管，对连接在该相线圈的该中心接点与该直流电源的正端之间的该阻尼电容充电。
5.如权利要求4所述的三相直流无刷马达，其特征在于:该直流电源是一蓄电池，且当连接在每一相线圈的该中心接点与该直流电源的正端之间的阻尼电容，与连接在该中心接点与该直流电源的负端之间的阻尼电容两者串联的电压大于该蓄电池的电压时，所述阻尼电容会对该蓄电池充电。
6.如权利要求4所述的三相直流无刷马达，其特征在于:该驱动电路还包括与一交流电源电耦接的一整流滤波电路，其对该交流电源进行整流滤波以产生该直流电源。
【文档编号】H02P6/00GK203522589SQ201320562121
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】徐夫子 申请人:徐夫子, 凃杰生