授權(quán)公告號(hào)：CN 109842330 B

授權(quán)公告日：2021.12.14

專利權(quán)人：南京德朔實(shí)業(yè)有限公司

發(fā)明人：王宏偉；李文成

近年來(lái)，隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及電力電子技術(shù)特別是大功率開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展，無(wú)刷電動(dòng)機(jī)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。單相無(wú)刷電機(jī)由于其相數(shù)最少，電氣系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，所需驅(qū)動(dòng)控制電路成本小，在電動(dòng)工具、風(fēng)機(jī)、吸塵器等領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用。但是，因?yàn)槠湎鄬?duì)于三相無(wú)刷直流電機(jī)來(lái)說(shuō)運(yùn)行效率較低，市場(chǎng)上單相無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用相對(duì)較少。在電機(jī)中，導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，電機(jī)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)到某些特定位置時(shí)反電勢(shì)達(dá)到最大值后反電勢(shì)降低會(huì)引起電流尖峰，降低電機(jī)的整體性能。相同應(yīng)用下，單相無(wú)刷電機(jī)較三相無(wú)刷電機(jī)相比，電樞反應(yīng)更為嚴(yán)重，且反電勢(shì)波形在導(dǎo)通區(qū)域后期急劇下降，這會(huì)引起極高的電流峰值，電流波形畸變嚴(yán)重，整機(jī)性能很差。

發(fā)明專利“一種單相無(wú)刷電機(jī)的控制方法”涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單相無(wú)刷電機(jī)的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明提供一種單相無(wú)刷電機(jī)的控制方法，以降低單相無(wú)刷電機(jī)的電流尖峰，提高了單相無(wú)刷電機(jī)的整體性能，減小了電動(dòng)工具電機(jī)的尺寸與對(duì)應(yīng)的控制板的尺寸。第一方面，發(fā)明實(shí)施例提供了一種單相無(wú)刷電機(jī)的控制方法，單相無(wú)刷電機(jī)用于電動(dòng)工具中，電動(dòng)工具包括位置傳感器、驅(qū)動(dòng)電路和控制器；控制方法包括：在位置傳感器輸出的位置信號(hào)改變時(shí)，控制器關(guān)閉當(dāng)前輸出的控制信號(hào)，并滯后非導(dǎo)通角T 后，控制器觸發(fā)輸出目標(biāo)控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)目標(biāo)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)。在位置信號(hào)由第一電平變化為第二電平時(shí)，控制器關(guān)閉輸出第二控制信號(hào)，并滯后非導(dǎo)通角T 后，控制器觸發(fā)輸出第一控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路；在位置信號(hào)由第二電平變化為第一電平時(shí)，控制器關(guān)閉輸出第一控制信號(hào)，并滯后非導(dǎo)通角T 后，控制器觸發(fā)輸出第二控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路。單相無(wú)刷電機(jī)的控制方法還包括：獲取單相無(wú)刷電機(jī)的反電勢(shì)波形；設(shè)置位置傳感器的位置以使位置信號(hào)波形超前單相無(wú)刷電機(jī)的反電勢(shì)波形。位置信號(hào)波形超前單相無(wú)刷電機(jī)的反電勢(shì)波形的超前角的范圍是20°～90°。非導(dǎo)通角T 的范圍是20°～80°；單相無(wú)刷電機(jī)的導(dǎo)通角的范圍是100°～160°?？刂菩盘?hào)為PWM 信號(hào)；單相無(wú)刷電機(jī)的導(dǎo)通角包括平緩導(dǎo)通角和變化導(dǎo)通角；在平緩導(dǎo)通角內(nèi)，控制器輸出固定占空比的PWM 信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路；在變化導(dǎo)通角內(nèi)，控制器觸發(fā)輸出變化占空比的PWM 信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路。在變化導(dǎo)通角內(nèi)，控制器觸發(fā)輸出占空比由大到小變化的PWM 信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路。平緩導(dǎo)通角內(nèi)的PWM 信號(hào)的占空比大于變化導(dǎo)通角內(nèi)的PWM 信號(hào)的占空比。平緩導(dǎo)通角和變化導(dǎo)通角以反電勢(shì)波形的峰值對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通角為界限。該控制方法通過(guò)以位置傳感器輸出的位置信號(hào)的改變?yōu)橹噶睿刂破麝P(guān)閉當(dāng)前輸出的控制信號(hào)，經(jīng)非導(dǎo)通角T 后觸發(fā)輸出目標(biāo)控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)，以降低單相無(wú)刷電機(jī)的電流尖峰。提高了單相無(wú)刷電機(jī)的整體性能，減小了電動(dòng)工具電機(jī)的尺寸與對(duì)應(yīng)的控制板的尺寸。

實(shí)施方式：

圖1 為一種單相無(wú)刷電機(jī)的控制方法的流程圖，單相無(wú)刷電機(jī)可用于電動(dòng)工具中，電動(dòng)工具包括位置傳感器、驅(qū)動(dòng)電路和控制器；

圖1

圖2 為一種單相無(wú)刷電機(jī)的系統(tǒng)框圖，參見(jiàn)圖2，該電動(dòng)工具可以包括單相無(wú)刷電機(jī)110、位置傳感器120、控制器130 和驅(qū)動(dòng)電路140。該控制方法具體包括：S110 在位置傳感器120 輸出的位置信號(hào)改變時(shí)，控制器130 關(guān)閉當(dāng)前輸出的控制信號(hào)；S120 滯后非導(dǎo)通角T 后，控制器130 觸發(fā)輸出目標(biāo)控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路140；S130 驅(qū)動(dòng)電路140 根據(jù)目標(biāo)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)110。電動(dòng)工具主要分為金屬切削電動(dòng)工具、研磨電動(dòng)工具、裝配電動(dòng)工具和鐵道用電動(dòng)工具。常見(jiàn)的電動(dòng)工具有電鉆、電動(dòng)砂輪機(jī)、電動(dòng)扳手和電動(dòng)螺絲刀、電錘和沖擊電鉆、混凝土振動(dòng)器、電刨等。位置傳感器用于測(cè)量單相無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，其安裝方式有多種，例如安裝在單相無(wú)刷電機(jī)的定子槽或齒內(nèi)，或者是單獨(dú)安裝，單獨(dú)安裝一般做成印制板。

圖2

圖3 是一種單相無(wú)刷電機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3 所示，位置傳感器101 安裝在單相無(wú)刷電機(jī)110 的端部，用來(lái)檢測(cè)氣隙漏磁場(chǎng)。位置傳感器通常可選用利用電流的磁效應(yīng)進(jìn)行工作的磁敏式霍爾位置傳感器，它們?cè)诖艌?chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)，經(jīng)整形、放大后即可輸出電平信號(hào)，構(gòu)成了位置信號(hào)。位置信號(hào)的改變時(shí)刻由單相無(wú)刷電機(jī)中轉(zhuǎn)子的位置決定的。當(dāng)位置傳感器是開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器，安裝在定子槽內(nèi)時(shí)。開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器是一個(gè)雙值元件。一個(gè)雙值元件僅有“0”和“1”兩種狀態(tài)，兩個(gè)雙值元件便有四個(gè)狀態(tài)，而n 個(gè)雙值元件則可組成2^n 個(gè)狀態(tài)。按照這樣的規(guī)律，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的分配狀態(tài)數(shù)確定所需霍爾傳感器的最少個(gè)數(shù)。例如二相導(dǎo)通三相六狀態(tài)的電機(jī)，在一個(gè)電周期內(nèi)需要六個(gè)不同的狀態(tài)，二個(gè)霍爾傳感器產(chǎn)生不了六個(gè)狀態(tài)，因而所對(duì)應(yīng)需要的霍爾傳感器的個(gè)數(shù)起碼是三個(gè)。針對(duì)是單相電機(jī)，因此至少需要一個(gè)霍爾傳感器。當(dāng)單相無(wú)刷電機(jī)通電時(shí)的定子磁場(chǎng)中心線和永磁轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)中心線重合時(shí)轉(zhuǎn)矩為零。而二者成90°電角度時(shí)則轉(zhuǎn)矩為最大，其變化規(guī)律呈正弦形。因位置傳感器在單相無(wú)刷電機(jī)中起到檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的作用，因此應(yīng)準(zhǔn)確檢測(cè)單相無(wú)刷電機(jī)的氣隙漏磁場(chǎng)，因此位置傳感器一般安裝在單相無(wú)刷電機(jī)的端部。

圖3

位置傳感器輸出的位置信號(hào)輸送到控制器，控制器130 輸出一控制信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)位置信號(hào)沒(méi)有改變時(shí)，控制器持續(xù)輸出當(dāng)前輸出的控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)按照當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)位置信號(hào)改變時(shí)，控制器關(guān)閉當(dāng)前輸出的控制信號(hào)，在滯后非導(dǎo)通角T 后觸發(fā)輸出目標(biāo)控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，目標(biāo)控制信號(hào)即作為該導(dǎo)通角內(nèi)當(dāng)前輸出的控制信號(hào)。非導(dǎo)通角T 的大小可以根據(jù)單相無(wú)刷電機(jī)運(yùn)行的需要進(jìn)行選擇。

圖4 為一種單相無(wú)刷電機(jī)的反電勢(shì)和位置信號(hào)時(shí)序關(guān)系的波形示意圖，圖5 為一種單相無(wú)刷電機(jī)的反電勢(shì)、位置信號(hào)和控制信號(hào)的另一種時(shí)序關(guān)系的波形示意圖，如圖4 和圖5 所示，波形1 表示單相無(wú)刷電機(jī)的反電勢(shì)波形。波形2 表示控制器輸出的控制信號(hào)，波形3 表示位置傳感器輸出的位置信號(hào)?？梢钥吹?，在位置信號(hào)改變時(shí)，控制器關(guān)閉當(dāng)前輸出的控制信號(hào)，也就上一階段輸出的控制信號(hào)。以位置信號(hào)改變時(shí)為起點(diǎn)，經(jīng)非導(dǎo)通角T 后控制器開(kāi)始輸出目標(biāo)控制信號(hào)，在非導(dǎo)通角T 內(nèi)，如果控制器輸出控制信號(hào)，單相無(wú)刷電機(jī)上產(chǎn)生的電流方向可能會(huì)和反電勢(shì)波形的方向相反，引起單相無(wú)刷電機(jī)運(yùn)行異常。而在位置信號(hào)改變后，延遲非導(dǎo)通角T，控制器才開(kāi)始輸出目標(biāo)控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路，防止單相無(wú)刷電機(jī)異常運(yùn)行，提高單相無(wú)刷電機(jī)運(yùn)行的可靠性。在導(dǎo)通角b 內(nèi)，控制器輸出控制信號(hào)，單相無(wú)刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生反電勢(shì)。在一些位置，反電勢(shì)降低，反電勢(shì)的降低引起了電流尖峰。設(shè)置非導(dǎo)通角T 后，單相無(wú)刷電機(jī)在非導(dǎo)通角T 期間不接收驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，避免了電流尖峰降低單相無(wú)刷電機(jī)的整體性能，因此可以避免電流尖峰帶來(lái)的降低單相無(wú)刷電機(jī)的整體性能的問(wèn)題。另外，由于電動(dòng)工具空間尺寸有限，對(duì)印刷電路板的制程(Printed Circuit Board Assembly,PCBA)的尺寸限制非常苛刻，采用單相無(wú)刷電機(jī)可以簡(jiǎn)化控制電路，降低PCBA 的尺寸。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，位置信號(hào)由第一電平變化為第二電平時(shí)，控制器關(guān)閉輸出第二控制信號(hào)，并滯后非導(dǎo)通角T 后，控制器觸發(fā)輸出第一控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路；在位置信號(hào)由第二電平變化為第一電平時(shí)，控制器關(guān)閉輸出第一控制信號(hào)，并滯后非導(dǎo)通角T 后，控制器觸發(fā)輸出第二控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路。位置信號(hào)的第一電平可以是高電平或低電平。當(dāng)?shù)谝浑娖綖楦唠娖綍r(shí)，第二電平為低電平；當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)為低電平時(shí)，第二電平為高電平。此處可以用“0”表示低電平，用“1”表示高電平。位置信號(hào)一般為方波波形，位置信號(hào)由“0”變?yōu)椤?”稱之為上升沿，由“1”變?yōu)椤?”稱之為下降沿。假設(shè)第一電平為高電平，第二電平為低電平。位置信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，當(dāng)位置信號(hào)處于上升沿時(shí)，控制器關(guān)閉第二電平對(duì)應(yīng)的第二控制信號(hào)的輸出并進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)經(jīng)過(guò)非導(dǎo)通角T 后，控制器觸發(fā)輸出第一電平對(duì)應(yīng)的第一控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)；當(dāng)位置信號(hào)處于下降沿時(shí)，控制器關(guān)閉第一電平對(duì)應(yīng)的第一控制信號(hào)的輸出并進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)經(jīng)過(guò)非導(dǎo)通角T 后，控制器觸發(fā)輸出第二電平對(duì)應(yīng)的第二控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)。第一電平也可以是低電平，第二電平為高電平，此時(shí)的過(guò)程與上述類似，此處不再贅述。

圖4

圖5

圖6 為另一種單相無(wú)刷電機(jī)的控制方法的流程圖，該控制方法包括：S610 獲取單相無(wú)刷電機(jī)110 的反電勢(shì)波形；例如，通過(guò)外部驅(qū)動(dòng)部件驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)110 旋轉(zhuǎn)，然后測(cè)量獲得單相無(wú)刷電機(jī)110 的反電勢(shì)波形以及位置傳感器120 輸出的位置信號(hào)波形。S620設(shè)置位置傳感器120的位置以使位置信號(hào)波形超前單相無(wú)刷電機(jī)110的反電勢(shì)波形。繼續(xù)參考圖5，通過(guò)設(shè)置位置傳感器120 的位置，使位置信號(hào)波形超前單相無(wú)刷電機(jī)110 的反電勢(shì)波形的a 角度。由于在反電勢(shì)波形的后期，反電勢(shì)逐漸降低，單相無(wú)刷電機(jī)110 的電流變大，會(huì)出現(xiàn)電流尖峰。位置信號(hào)波形超前單相無(wú)刷電機(jī)110 的反電勢(shì)波形的角度a，相當(dāng)于將位置信號(hào)的波形前移，則在整個(gè)導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，也即導(dǎo)通角b 內(nèi)，反電勢(shì)不會(huì)有明顯降低，可有效抑制導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，反電勢(shì)降低引起電流尖峰。位置信號(hào)波形超前單相無(wú)刷電機(jī)110 的反電勢(shì)波形，在位置信號(hào)改變時(shí)，如果控制器130 輸出控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路140，驅(qū)動(dòng)電路140 驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)110。由于此時(shí)反電勢(shì)波形比較低，也可能會(huì)出現(xiàn)較大的電流峰值，而此時(shí)控制器130 關(guān)閉輸出的控制信號(hào)，滯后非導(dǎo)通角T 后，控制器130 才觸發(fā)輸出控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路140 而驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)110，可以降低位置信號(hào)波形超前單相無(wú)刷電機(jī)100 的反電勢(shì)波形引起過(guò)大的電流峰值。S630 在位置傳感器120 輸出的位置信號(hào)改變時(shí)，控制器130 關(guān)閉當(dāng)前輸出的控制信號(hào)。S640 滯后非導(dǎo)通角T后，控制器130 觸發(fā)輸出目標(biāo)控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路140。S650 驅(qū)動(dòng)電路140 根據(jù)目標(biāo)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)110。

圖6

圖7 為一種單相無(wú)刷電機(jī)的相電壓、位置信號(hào)和電流的模擬波形示意圖，圖8 為另一種單相無(wú)刷電機(jī)的相電壓、位置信號(hào)和電流的模擬波形示意圖。圖7 中的位置信號(hào)和反電勢(shì)波形相對(duì)應(yīng)，圖8 中的位置信號(hào)超前反電勢(shì)。如圖7 所示，波形3 表示位置信號(hào)的波形，當(dāng)位置傳感器輸出的位置信號(hào)與單相無(wú)刷電機(jī)產(chǎn)生的反電勢(shì)波形對(duì)應(yīng)，位置信號(hào)沒(méi)有超前反電勢(shì)時(shí)(可參考圖4)，反電勢(shì)降低引起很大的電流尖峰，造成單相無(wú)刷電機(jī)的性能下降，反電勢(shì)降低越快，電流尖峰越高。如圖8 所示，波形3 表示位置信號(hào)的波形，位置信號(hào)的波形超前單相無(wú)刷電機(jī)的反電勢(shì)波形時(shí)(可參考圖5)，此時(shí)使得反電勢(shì)降為零之前進(jìn)行控制信號(hào)的轉(zhuǎn)變，可以避開(kāi)反電勢(shì)下降最快的部分，即可以避免高電流尖峰的產(chǎn)生，如圖8 中的電流尖峰的電流值大大低于圖7 中的電流尖峰的電流值其中波形3 表示位置信號(hào)的波形，波形4 表示電流波形，波形5 表示無(wú)刷電機(jī)的相電壓波形。

圖7

圖8

圖9 和圖10 分別為單相無(wú)刷電機(jī)的另兩種電壓、位置信號(hào)和電流的模擬波形示意圖，圖9 和圖10 所對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)的非導(dǎo)通角不同，其中，圖9 所對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)的非導(dǎo)通角T 大于圖10 所對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)的非導(dǎo)通角T。比較圖9 和圖10 中的電流的波形圖，可以看到圖9 中電流峰值小于圖10 中電流的峰值。而且，圖10 中電流的波形的電流值小于圖8 中位置信號(hào)超前反電勢(shì)時(shí)對(duì)應(yīng)的電流的峰值。因此，當(dāng)增加非導(dǎo)通角T 的取值時(shí)，可以降低電流尖峰的電流值，并且可以抑制超前角引起的電流峰值。另外，當(dāng)非導(dǎo)通角T 增大時(shí)，單相無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，如圖9 和圖10 所示，圖9中的單相無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于圖10 中單相無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，非導(dǎo)通角T 的取值根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖9

圖10

技術(shù)方案通過(guò)設(shè)置位置傳感器的位置使位置信號(hào)超前反電勢(shì)波形，可以降低單相無(wú)刷電機(jī)的電流尖峰。提高了單相無(wú)刷電機(jī)的整體性能。在此基礎(chǔ)上增加非導(dǎo)通角，可以進(jìn)一步的降低單相無(wú)刷電機(jī)的電流尖峰，增加非導(dǎo)通角還可以抑制超前角引起的電流峰值，進(jìn)一步的提高了單相無(wú)刷電機(jī)的整體性能。在上述方案基礎(chǔ)上，位置信號(hào)波形超前單相無(wú)刷電機(jī)的反電勢(shì)波形的超前角的范圍是20°～90°。如圖5 所示，位置信號(hào)波形超前單相無(wú)刷電機(jī)的反電勢(shì)波形的超前角a 的范圍是20°～90°。當(dāng)超前角很小時(shí)，位置信號(hào)末端對(duì)應(yīng)的反電勢(shì)下降的斜率仍然很大，因此反電勢(shì)降低引起的電流尖峰仍然很大，造成單相無(wú)刷電機(jī)的性能下降；當(dāng)超前角為90°時(shí)，位置信號(hào)的末端對(duì)應(yīng)反電勢(shì)的峰值，反電勢(shì)最大，此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生很大的電流；當(dāng)超前角大于90°時(shí)，反電勢(shì)相對(duì)較低，也會(huì)引起電流尖峰。因此位置信號(hào)波形超前單相 無(wú)刷電機(jī)的反電勢(shì)波形的超前角a 的范圍是20°～90°時(shí)，可有效降低單相無(wú)刷電機(jī)的的電流尖峰。在上述基礎(chǔ)上，非導(dǎo)通角T 的范圍是20°～80°。非導(dǎo)通角T 和導(dǎo)通角b 之和為反電勢(shì)的半個(gè)周期180°，因此單相無(wú)刷電機(jī)的導(dǎo)通角b的范圍是100°～160°。非導(dǎo)通角T 設(shè)置在超前角a 的范圍內(nèi)，可以避開(kāi)反電勢(shì)降低引起的電流尖峰。設(shè)置非導(dǎo)通角T的范圍是20°～80°，使非導(dǎo)通角T 超前反電勢(shì)波形合適的角度，可以使單相無(wú)刷電機(jī)快速響應(yīng)到給定轉(zhuǎn)速，當(dāng)非導(dǎo)通角T 不超前反電勢(shì)波形時(shí)，單相無(wú)刷電機(jī)達(dá)到的轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速存在差距，影響單相無(wú)刷電機(jī)的運(yùn)行性能。因此設(shè)置非導(dǎo)通角T 的范圍是20°～ 80°，超前反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)一定角度，避免影響單相無(wú)刷電機(jī)的運(yùn)行性能。

圖11 是一種單相無(wú)刷電機(jī)的相電壓、位置信號(hào)和電流的波形示意圖，圖12 為一種控制信號(hào)是PWM 信號(hào)的電流波形示意圖，波形4 表示電流的波形，波形2 表示控制信號(hào)的波形，在上述基礎(chǔ)上，控制信號(hào)為PWM 信號(hào)；單相無(wú)刷電機(jī)的導(dǎo)通角b 包括平緩導(dǎo)通角c 和變化導(dǎo)通角d；在平緩導(dǎo)通角c 內(nèi)，控制器輸出固定占空比的PWM 信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路；在變化導(dǎo)通d 內(nèi)，控制器觸發(fā)輸出變化占空比的PWM 信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路。如圖12 所示，導(dǎo)通角b 分為平緩導(dǎo)通角c 和變化導(dǎo)通角d，平緩導(dǎo)通角c 在變化導(dǎo)通角d 的前端。平緩導(dǎo)通角c 對(duì)應(yīng)的反電勢(shì)波形沒(méi)有下降，電流波形比較平緩，因此平緩導(dǎo)通角c 對(duì)應(yīng)的PWM 信號(hào)的占空比不變即可使得到的電流波形比較平緩；變化導(dǎo)通角d 對(duì)應(yīng)的反電勢(shì)急劇下降，而且在相同應(yīng)用下，單相無(wú)刷電機(jī)較三相無(wú)刷電機(jī)相比，電樞反應(yīng)更為嚴(yán)重，因此電流波形比較陡峭，存在電流尖峰，因此變化導(dǎo)通角d 對(duì)應(yīng)的PWM 信號(hào)的占空比根據(jù)電流波形改變而改變，使得到的電流波形比較平緩，抑制了電流峰值，提升整機(jī)的整體性能及效率。

圖11

圖12

技術(shù)方案，通過(guò)控制信號(hào)采用PWM 信號(hào)，并在導(dǎo)通角范圍內(nèi)，使平緩導(dǎo)通角范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的PWM 信號(hào)的占空比不變，變化導(dǎo)通角范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的PWM 信號(hào)的占空比根據(jù) 電流波形改變，可以得到比較平緩的電流波形，抑制了電流峰值，提升整機(jī)的整體性能及效率。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在變化導(dǎo)通角d 內(nèi)，控制器觸發(fā)輸出占空比由大到小變化的PWM信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路。參考圖11，在導(dǎo)通角b 后期，反電勢(shì)波形急劇下降，電流波形急劇上升。在變化導(dǎo)通角d 范圍內(nèi)，電流波形單調(diào)上升。當(dāng)控制信號(hào)的占空比不變時(shí)，控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速不變，因此產(chǎn)生的反電勢(shì)呈正弦波。在導(dǎo)通角后期急劇下降，引起很高的電流尖峰。參考圖12，采用控制器輸出PWM 信號(hào)時(shí)，PWM 信號(hào)的占空比越小，在輸入電壓相同時(shí)，其驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速越小，產(chǎn)生的反電勢(shì)越低，因此反電勢(shì)降低時(shí)引起的電流尖峰就越小。因此在變化導(dǎo)通角d 內(nèi)，控制器觸發(fā)輸出占空比由大到小變化的PWM 信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路，較高的電流尖峰對(duì)應(yīng)的PWM 信號(hào)的占空比小，比控制信號(hào)的占空比不變時(shí)對(duì)應(yīng)的電流尖峰的值削弱的多，最終可以平緩整個(gè)電流波形。

圖13 是單相無(wú)刷電機(jī)輸入功率為400W 時(shí)的電流模擬波形示意圖，圖14 是單相無(wú)刷電機(jī)輸入功率為1000W 時(shí)加入PWM 控制信號(hào)后的電流模擬波形示意圖。由圖13 可知，在導(dǎo)通角內(nèi)，控制器輸出端的PWM 信號(hào)的占空比不變，電流峰值達(dá)到60A，波形畸變嚴(yán)重，整機(jī)性能很差。當(dāng)單相無(wú)刷電機(jī)輸入功率增大時(shí)，單相無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，反電勢(shì)畸變，引起更大的電流尖峰。當(dāng)單相無(wú)刷電機(jī)輸入功率為1000W 時(shí)，如果整個(gè)導(dǎo)通角內(nèi)，控制器輸出的PWM 信號(hào)的占空比不變時(shí)，電流尖峰在60A 以上，而在導(dǎo)通角的末尾階段(變化導(dǎo)通角)，控制器輸出的PWM 信號(hào)的占空比可變，如圖14 所示，電流峰值約為48A，有效抑制了電流尖峰。在上述方案基礎(chǔ)上，平緩導(dǎo)通角c 內(nèi)的PWM 信號(hào)的占空比大于變化導(dǎo)通角d 內(nèi)的PWM 信號(hào)的占空比。繼續(xù)參考圖11，如圖11 所示，變化導(dǎo)通角d 內(nèi)的電流值在平緩導(dǎo)通角c 內(nèi)的電流值的基礎(chǔ)上單調(diào)上升，因此平緩導(dǎo)通角c 內(nèi)的電流值小于變化導(dǎo)通角d 內(nèi)的電流值。為了得到的電流波形平緩，因此平緩導(dǎo)通角c 內(nèi)的PWM 信號(hào)的占空比大于變化導(dǎo)通角d 內(nèi)的PWM 信號(hào)的占空比，使得在平緩導(dǎo)通角c 內(nèi)電流值較小的情況下通過(guò)PWM 信號(hào)占空比的調(diào)節(jié)能輸出的電流值與變化導(dǎo)通角d 內(nèi)的電流值近似，如圖12 所示，使電流波形比較平緩，提升整機(jī)的整體性能及效率。在圖12 中，平緩導(dǎo)通角c 的占空比為100%，可以在相同輸入電壓的情況下使單相無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到最大值。需要說(shuō)明的是，根據(jù)實(shí)際需要，平緩導(dǎo)通角c 的占空比可以低于100%。在上述方案的基礎(chǔ)上，平緩導(dǎo)通角c和變化導(dǎo)通角d 以反電勢(shì)波形的峰值對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通角為界限。從過(guò)零點(diǎn)至反電勢(shì)波形的峰值，反電勢(shì)呈上升狀態(tài)，因此電流波形比較平緩，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通角b 為平緩導(dǎo)通角c；反電勢(shì)波形的峰值之后，反電勢(shì)呈快速下降狀態(tài)，會(huì)引起很高的電流尖峰，因此對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通角b 為變化導(dǎo)通角d。

圖13

圖14

圖15 為一種單相無(wú)刷電機(jī)的系統(tǒng)框圖，在上述各例的基礎(chǔ)上，提供了一種優(yōu)選實(shí)例，如圖15 所示，交流電通過(guò)EMI 元件和整流橋后轉(zhuǎn)換為直流電，直流電輸入驅(qū)動(dòng)電源，驅(qū)動(dòng)電源輸出相應(yīng)電源電壓至驅(qū)動(dòng)電路和控制器電源輸入端，為驅(qū)動(dòng)電路和控制器供電，驅(qū)動(dòng)模塊可包括驅(qū)動(dòng)模塊和功率模塊。控制器可以優(yōu)選為微型CPU，例如單片機(jī)。單相無(wú)刷電機(jī)中的位置傳感器檢測(cè)位置信號(hào)發(fā)送到控制器，控制器接收外部輸入的對(duì)單相無(wú)刷電機(jī)的控制指令，例如調(diào)速信號(hào)，結(jié)合位置信號(hào)和對(duì)功率模塊采樣的電流、溫度等信息進(jìn)行計(jì)算形成控制信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)控制信號(hào)對(duì)功率模塊中的晶體管進(jìn)行導(dǎo)通/關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)單相無(wú)刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)。該單相無(wú)刷電機(jī)的系統(tǒng)可執(zhí)行發(fā)明專利中任意實(shí)施例提供的單相無(wú)刷電機(jī)的控制方法。

圖15

發(fā)明專利“一種單相無(wú)刷電機(jī)的控制方法”還可以有其它實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在其要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。