CN101753077A - 无转子传感器电机驱动器及具有该驱动器的车辆 - Google Patents

无转子传感器电机驱动器及具有该驱动器的车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无转子传感器电机的驱动器，包括控制电路，功率驱动电路，其特征在于具有三相移相比较电路，反电动势过零点检测电路，所述反电动势过零点检测电路包括相线分压电路，所述三相移相比较电路输出与所述控制电路中的单片机电连接，所述反电动势过零点电路与所述单片机电连接；上述驱动器，电机在不同转速，不同负载，准确换相，启动平稳，提高了电机的电效率，该驱动器在电动车上使用，启动不抖动，提高了车辆的行驶里程数。

Description

无转子传感器电机驱动器及具有该驱动器的车辆
技术领域
本发明涉及一种无刷直流电机无转子传感器驱动领域，还涉及到配置上述电机的车辆。
背景技术
现有无转子传感器电机驱动器，一般采取电机相线经过滤波，移相产生三相脉冲反馈到单片机作为换相信号，该换相信号的移相角度，跟速度、电机负载、电机功率等有关系，从而使电机的换相角度偏移，一旦发生换相角度的偏移，超前或滞后电机的输出转矩就下降，电源的输入电流就变大，因此带来的电效率降低。在电动车上使用该驱动器，加速力明显不足，最快时速明显下降，续行里程明显变短。
现有无转子传感器电机驱动器，也有采取电机相线的反电动势检测来确定换相时间，但该技术在电机启动的时候，需要做步进方式先让电机转动产生反电动势，该步进方式的能否启动成功，取决于电机的负载大小，步进方式时的驱动电流大小，且电机的抖动特别大，由于电机的抖动，产生的反电动势不稳定，很难成功启动。在电动车上使用该驱动器，由于起步时电机负载较重且波动大，起步时车辆产生强烈震动，再加上骑车人的风格不一，很难控制车辆的平稳启步。
现有无转子传感器电机驱动器，一般采取两管导通六拍工作方式，换相时电机发出较大的噪音。
发明内容
鉴于背景技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种无转子传感器电机驱动器，电机启动时带载能力强，启动平稳无抖动、换相时间准确、电效率高，输出力矩大、在电动车上使用，大大提高了骑车的舒适性，同时使续行里程增加。
为此，本发明是采取如下技术方案来解决上述技术问题的：一种无转子传感器电机的驱动器，包括控制电路，功率驱动电路，其特征在于具有三相移相比较电路，反电动势过零点检测电路，所述反电动势过零点检测电路包括相线分压电路，所述三相移相比较电路输出与所述控制电路中的单片机电连接，所述反电动势过零点电路与所述单片机电连接；所述反电动势过零点电路通过比较器与所述单片机电连接，所述比较器的一个输入端连接所述相线分压电路，所述比较器的另一个输入端连接电源分压电路；所述相线分压电路直接与所述单片机的A/D输入口电连接；所述相线分压电路的输入端或输出端连接谐波滤波电容的一端，该谐波滤波电容另一端接地；所述相线与所述相线分压电路串联电阻；当相线电压等于电源电压时，所述相线分压电路电压值是所述电源分压电路电压值的两倍；还具有连接电机转子传感器的接口；第一相接电源正极第二相接电源负极第三相不通电时，所述单片机通过所述反电动势过零点检测电路检测第三相的过零点电平或电压；该驱动器为12拍换相，该12拍为6拍两管导通方式和6拍三管导通方式交替换向。
一种具有上述无转子传感器电机的驱动器的车辆，其特征还包括蓄电池，车轮，转向装置，刹车装置，灯光装置，速度调节装置，各装置直接或间接安装在车架上。
在本发明中，三相移相比较电路与反电动势过零点检测电路的结合，电机从静态开始转动时，单片机将三相移相比较电路反馈的信号作为换相信号，使电机启动平稳，一旦启动后，就转入采取反电动势过零点检测电路的信号作为换相信号，使换相时间准确，也可以将反电动势过零点检测电路的信号作为12拍工作方式下换相起始信号，将三相移相比较电路反馈的信号作为换相间隔时间；所述反电动势过零点检测电路包括相线分压电路，所述三相移相比较电路输出与所述控制电路中的单片机电连接，适合驱动电源电压与单片机的匹配；所述反电动势过零点电路与所述单片机电连接，电路简单；所述反电动势过零点电路通过比较器与所述单片机电连接，所述比较器的一个输入端连接所述相线分压电路，所述比较器的另一个输入端连接所述电源分压电路，能直接反映反电动势是正向的或负向的；所述相线分压电路直接与所述单片机的A/D输入口电连接，能直接通过A/D值获得电机是否过零点；所述相线分压电路的输入端或输出端连接谐波滤波电容的一端，该谐波滤波电容另一端接地，所述相线与相线分压电路串联电阻，能有效地滤除相线中存在的谐波；当相线电压等于电源电压时，所述相线分压电路电压值是电源分压电路电压值的两倍，直接反映出反电动势是否大于或小于电源电压的1/2；还具有连接电机转子传感器的接口，使电机在堵转或被拖反转时不抖动也能产生很大的正转矩；第一相接电源正极第二相接电源负极第三相不通电时，所述单片机通过所述反电动势过零点检测电路检测第三相的过零点电平或电压，使过零点的检测无需将电机绕组的中心连接点引出，简化了电机结构，方便在电机通电时检测反电动势；该驱动器为12拍换相，该12拍为6拍两管导通方式和6拍三管导通方式交替换向，使电机换相的噪音变小，起动时更平稳。
上述驱动器，使在电机不同转速，不同负载，准确换相，启动平稳，提高了电机的电效率，该驱动器在电动车上使用提高了车辆的行驶里程数。
附图说明
下面再结合附图进一步描述本发明的有关细节。
图1为无转子传感器电机的驱动器原理图；
具体实施方式
一种无转子传感器电机的驱动器，包括控制电路，功率驱动电路，其特征在于具有三相移相比较电路，反电动势过零点检测电路，所述反电动势过零点检测电路包括相线分压电路，所述三相移相比较电路输出与所述控制电路中的单片机电连接，所述反电动势过零点电路与所述单片机电连接；所述反电动势过零点电路通过比较器与所述单片机电连接，所述比较器的一个输入端连接所述相线分压电路，所述比较器的另一个输入端连接电源分压电路；所述相线分压电路直接与所述单片机的A/D输入口电连接；所述相线分压电路的输入端或输出端连接谐波滤波电容的一端，该谐波滤波电容另一端接地；所述相线与所述相线分压电路串联电阻；当相线电压等于电源电压时，所述相线分压电路电压值是所述电源分压电路电压值的两倍；还具有连接电机转子传感器的接口；第一相接电源正极第二相接电源负极第三相不通电时，所述单片机通过所述反电动势过零点检测电路检测第三相的过零点电平或电压；该驱动器为12拍换相，该12拍为6拍两管导通方式和6拍三管导通方式交替换向。
图1中IC2为控制电路中的单片机，单片机第40脚网络号是P00为A/D输入口，R10与R11组成了相线分压电路，R4为相线分压电路与相线串联的电阻，C10为谐波滤波电容，一端连接在相线分压电路的输入端，另一端接地，C3为谐波滤波电容，一端连接在相线分压电路的输出端，另一端接地；+48网络号为驱动器电源，R8与R13组成电源分压电路，网络号A、B、C为相线，该相线连接电机的绕组。网络号A1、B1、C1为A、B、C移相整形后的三相近正弦波，网络号MID为A1、B1、C1的中心点电压，该MID电压与A1、B1、C1经过比较器IC4A、IC4C、IC4B输出，在网络号为0.3、0.4、0.2产生脉冲，相位差120度的三相换相信号。
当采用单片机的A/D输入口作为反电动势过零点检测时，其相线分压电路就是反电动势过零点检测电路。
当采用比较器组成作为反电动势过零点检测时，反电动势过零点检测电路包括相线分压电路，电源分压电路，比较器组成。
电机的启动，启动模式以两管导通的模式工作，换相信号取自三相移相比较电路，电机平稳启动，启动后检测反电动势信号和换相的时间T，换相信号逐次刷新换相时间T，一旦检测到过零点，过零点信号作为T/2时间的开始。
单片机的A/D输入口作为检测过零点，过零点的相线以A相为例，在A相上桥导通时，单片机检测A相的电压值为U，每次换相后，经过1/4T时间后开始检测不导通相线上的电压，由于PWM作用，检测时间点在B相C相通电的情况下检测电压，经过多次对相线上的电压测量和比较，测量的电压一旦从小于U/2变成大于等于U/2或从大于U/2变成小于等于U/2时，便是过零点信号。
采用比较器作为反电动势过零点检测电路，过零点的相线以A相为例，在每次换相至B相C相通电后，经过1/4T时间后单片机开始检测比较器IC4D输出电平，由于PWM作用，检测时间点在上桥和下桥同时导通的情况下检测IC4D输出电平，经过多次对IC4D输出电平检测，一旦IC4D输出电平从高电平到低电平或从低电平到高电平时，便是过零点信号。
电机转动后可以将6拍工作模式切换到12拍工作模式，过零点的检测只有在两管导通方式下检测，换相时间为1/2T，过零点信号作为换相信号和T/2时间的开始。
另外与相线分压电路连接的电容C10、C3必须要合适，以滤除谐波为准，不宜对PWM脉冲滤除。实施例中电源+48为48v电压，R14取1k，R11取51k，R10取7.2k，C10取4700P，C 3取510P，R13取51k，R8取3.3k。相线分压系数为电源分压系数的2倍。
由于本实施例只示例一相过零点检测电路，三相移相比较电路产生的时间T非常稳定，两者结合后，使换相时间非常准确。也可以做成三相过零点检测电路。
当连接电机转子传感器的接口上有连接电机转子位置传感器的时候，在启动时检测并自动切换到以该信号作为换相信号来启动电机。
12拍换相的通电顺序为(+为上桥管子导通，-为下桥管子导通)：C+、A-、B-；C+、A-；C+、B+、A-；B+、A-；B+、A-、C-；B+、C-；A+、B+、C-；A+、C-；A+、B-、C-；A+、B-；C+、A+、B-；C+、B-或其顺序为上述顺序的倒序。
6拍换相顺序为：C+、A-；B+、A-；B+、C-；A+、C-；A+、B-；C+、B-或其顺序为上述顺序的倒序。
一种具有上述无转子传感器电机的驱动器的车辆，其特征还包括蓄电池，车轮，转向装置，刹车装置，灯光装置，速度调节装置，各装置直接或间接安装在车架上。

Claims (10)

1.一种无转子传感器电机的驱动器，包括控制电路，功率驱动电路，其特征在于具有三相移相比较电路，反电动势过零点检测电路，所述反电动势过零点检测电路包括相线分压电路，所述三相移相比较电路输出与所述控制电路中的单片机电连接，所述反电动势过零点电路与所述单片机电连接。
2.根据权利要求1所述的无转子传感器电机的驱动器，其特征在于所述反电动势过零点电路通过比较器与所述单片机电连接，所述比较器的一个输入端连接所述相线分压电路，所述比较器的另一个输入端连接电源分压电路。
3.根据权利要求1所述的无转子传感器电机的驱动器，其特征在于所述相线分压电路直接与所述单片机的A/D输入口电连接。
4.根据权利要求1所述的无转子传感器电机的驱动器，其特征在于所述相线分压电路的输入端或输出端连接谐波滤波电容的一端，该谐波滤波电容另一端接地。
5.根据权利要求1所述的无转子传感器电机的驱动器，其特征在于所述相线与所述相线分压电路串联电阻。
6.根据权利要求2所述的无转子传感器电机的驱动器，其特征在于当相线电压等于电源电压时，所述相线分压电路电压值是所述电源分压电路电压值的两倍。
7.根据权利要求1所述的无转子传感器电机的驱动器，其特征在于具有连接电机转子传感器的接口。
8.根据权利要求2所述的无转子传感器电机的驱动器，其特征在于第一相接电源正极第二相接电源负极第三相不通电时，所述单片机通过所述反电动势过零点检测电路检测第三相的过零点电平或电压。
9.根据权利要求1-8任一所述的无转子传感器电机的驱动器，其特征在于该驱动器为12拍换相，该12拍为6拍两管导通方式和6拍三管导通方式交替换向。
10.一种具有权利要求1-9任一驱动器的车辆，其特征还包括蓄电池，车轮，转向装置，刹车装置，灯光装置，速度调节装置，各装置直接或间接安装在车架上。
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