CN103322896B - 一种无刷直流电机霍尔传感器安装位置检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无刷直流电机霍尔传感器安装位置检测方法及系统，所述无刷直流电机霍尔传感器安装位置的测量系统包括检测装置和检测模块；所述检测装置包括转盘，所述转盘上固定有三个机械臂，所述每个机械臂固定有一个霍尔传感器；所述霍尔传感器电源端和信号端耦合到所述检测模块；所述转盘的边缘设有角度的刻度线；所述机械臂之间的夹角等于相对安装角度α。本发明可以方便霍尔传感器安装位置的快速确定。

Description

一种无刷直流电机霍尔传感器安装位置检测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种电机传动领域，更具体的说，涉及一种无刷直流电机霍尔传感器安装位置检测方法及系统。

背景技术

无刷直流电机的转子由永磁稀土材料制成，磁极交替排列在转子轴上，换相采用电子换相，具有良好的转矩转速特性、使用寿命长、能效利用高，广泛应用于现代生产生活中。目前无刷直流电机的控制方式主要有基于传感器控制和无传感器控制。无传感器控制方式是目前正在研究和测试的技术，尽管已经有部分技术应用在汽车及工控领域，但是仍存在很多问题需要解决。基于传感器的控制方式工作性能稳定，可以工作在工况比较恶劣的环境下，因此被广泛应用，其中代表的就是基于霍尔传感器的控制方式。

霍尔传感器处在N极或者S极的磁场中时，会相应的输出数字信号“0”或者“1”，当N极或者S极交替转动的时候，霍尔传感器就会连续输出数字信号。三相无刷直流电机换相是通过不同时间按一定顺序选择其中两相通电实现的。因此，基于霍尔传感器控制的电机就是根据转子交替磁极转动时，安装在电机内部的霍尔传感器输出不同的信号组，然后根据这些信号组对应的给电机其中两相通电，实现电机换相操作。一般霍尔传感器在电机内部呈60°电角度或者120°电角度排列，而电机需要6次换相才能完成一个电周期的换相操作，也即每60°电角度换相一次，因此3个霍尔传感器只能输出6组有效信号，即：当呈60°电角度排列时有“000、001、011、100、110、111”；当呈120°电角度排列时有“001-110”。当转子刚好在60°、120°、180°、240°、300°、360°六个角度处换相时，电机效率最高，也就是说在这6个位置霍尔传感器需要刚好出现信号组跳变，这就要求3个霍尔传感器的安装位置要非常精确，这就增加了霍尔传感器的安装难度。但是如果霍尔传感器安装位置不对，会导致电机换相提前或者滞后，影响电机的效率，严重的甚至会烧毁电机。

中国专利CN102025305A提供了无刷直流电机霍尔相序检测方法，该方法可以有效的检测出霍尔信号对应的换相顺序，但是未提及霍尔传感器安装位置检测的方法，所提供的设备不具体此功能。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种用于确定换相点处的霍尔传感器的安装位置的无刷直流电机霍尔传感器安装位置检测方法及系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种无刷直流电机霍尔传感器安装位置检测方法，包括步骤：

A、根据无刷直流电机的极对数N，确定转子一个电周期六次换相完成后需要转动的机械角度θ＝360°/N；

计算三个霍尔传感器之间的相对安装角度，即：相对安装角度α＝排列角度β/N，其中β为60°或者120°；

B、采用一相通正电、第二相接地、第三相悬空的原则，预设无刷直流电机的通电顺序；利用短时脉冲定位的方式，以预设的通电顺序中的相邻两次通电顺序给电机通电，以第二次通电后的转子停止的位置为转子的初始位置P1，即机械角度θ的0°位置；

C、转子的初始位置P1以及预设的通电顺序为基准，预设一个无刷直流电机的转子的旋转方向，并确定该旋转方向对应的换相顺序，按换相顺序依次通电，每次通电后转子运动的θ为360°/(N*6)，确定完成θ剩下5次通电顺序，即电机的换相顺序，并且标记出每次通电后转子停止的位置P2、P3、P4、P5、P6；

D、步骤C确定好电机三相的换相顺序信息后，将转子手动转动到P2处；同时按步骤A得到的相对安装角度固定好三个霍尔传感器，将三个霍尔传感器加电后将其放入转子磁场中；

E、按步骤C得到的电机六次换相对应的通电顺序，在P2位置第一次换相时的电角度μ通电，此时转子会停止在P1处，记录此时三个霍尔传感器输出的信号组；

F、以步骤E获得的转子信息P1及此时的霍尔信号组为基准，按步骤C中转子旋转方向相反的方向，移动固定好的三个霍尔传感器直到霍尔传感器的信号组发生第一次跳变后停止，记录此时的位置，此位置即为霍尔传感器的安装位置。

进一步的，所述N＝5。

进一步的，所述步骤C中的转子旋转方向为顺时针方向或逆时针方向。

一种无刷直流电机霍尔传感器安装位置的测量系统，所述测量系统包括检测装置和检测模块；所述检测装置包括转盘，所述转盘上固定有三个机械臂，每个所述机械臂固定有一个霍尔传感器；所述霍尔传感器电源端和信号端耦合到所述检测模块；所述转盘的边缘设有角度的刻度线；所述机械臂之间的夹角等于相对安装角度α。

进一步的，所述转盘包括固定轴、套接在固定轴的可旋转的套环，与套环固定的角度盘，所述机械臂固定在所述角度盘上。

进一步的，所述机械臂包括固定在所述转盘上的横向固定槽、以及嵌入固定在横向固定槽内并可以沿横向固定槽滑动的横向伸缩臂；还包括固定在横向伸缩臂上的纵向固定槽、嵌入固定在纵向固定槽内并可以沿纵向固定槽滑动的纵向伸缩臂。

进一步的，所述相对安装角度α＝12°。

进一步的，所述检测模块包括与霍尔传感器耦合的霍尔传感器模块、与霍尔传感器模块耦合的中央控制单元；与中央控制单元耦合的预驱动模块，以及与预驱动模块耦合的、用于给无刷直流电机提供三相电的逆变器驱动模块；所述霍尔传感器模块还设有跟外部示波器连接的端口。

进一步的，所述转盘包括固定轴、套接在固定轴的可旋转的套环，与套环固定的角度盘，所述机械臂固定在所述角度盘上；所述机械臂包括固定在所述转盘上的横向固定槽、以及嵌入固定在横向固定槽内并可以沿横向固定槽滑动的横向伸缩臂；还包括固定在横向伸缩臂上的纵向固定槽、嵌入固定在纵向固定槽内并可以沿纵向固定槽滑动的纵向伸缩臂；所述相对安装角度α＝12°；

所述检测模块包括与霍尔传感器耦合的霍尔传感器模块、与霍尔传感器模块耦合的中央控制单元；与中央控制单元耦合的预驱动模块，以及与预驱动模块耦合的、用于给无刷直流电机提供三相电的逆变器驱动模块；所述霍尔传感器模块还设有跟外部示波器连接的端口。

本发明由于利用测量系统发出短时脉冲定位的方式获得转子的位置信息及换相顺序信息，从而得到对应的霍尔信号作为参考点，经过对参考点的适当修正从而确定换相点处的霍尔传感器的安装位置。本发明可以方便霍尔传感器安装位置的快速确定，减少检测工序；采用短时脉冲定位方式确定霍尔信号参考点，采用滑动式伸缩臂固定霍尔传感器，可大幅度降低因直接试探方式寻找霍尔传感器位置带来的人为误差，提高霍尔传感器位置检测的准确度；采用可调节伸缩臂方便在不同直径的无刷直流电机上确定霍尔传感器的安装位置，适用性强，应用面广；操作过程简单，便用工程应用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1是本发明实施例的检测方法示意图；

图2是本发明实施例的检测装置的侧视示意图；

图3是本发明实施例的检测装置的俯视示意图；

图4是本发明实施例的检测系统的原理示意图；

图5是本发明实施例的未修正的三相反电动势波形示意图；

图6是本发明实施例的修正后的三相反电动势波形示意图。

10、固定轴；20套环；30、角度盘；40、螺丝；50、横向固定槽；51、横向伸缩臂；60、纵向固定槽；61、纵向伸缩臂；70、检测装置；80、检测模块；90、无刷直流电机；91、转子；92、定子。

具体实施方式

本发明公开一种无刷直流电机霍尔传感器安装位置的测量系统，所述测量系统包括检测装置和检测模块；所述检测装置包括转盘，所述转盘上固定有三个机械臂，所述每个机械臂固定有一个霍尔传感器；所述霍尔传感器电源端和信号端耦合到所述检测模块；所述转盘的边缘设有角度的刻度线；所述机械臂之间的夹角等于相对安装角度α。

如图1所示，本发明还公开无刷直流电机霍尔传感器安装位置检测方法，包括步骤：

A、根据无刷直流电机的极对数N，确定转子一个电周期六次换相完成后需要转动的机械角度θ＝360°/N；

计算三个霍尔传感器之间的相对安装角度，即：相对安装角度α＝排列角度β/N，其中β为60°或者120°；

B、采用一相通正电、第二相接地、第三相悬空的原则，预设无刷直流电机的通电顺序；利用短时脉冲定位的方式，以预设的通电顺序中的相邻两次通电顺序给电机通电，以第二次通电后的转子停止的位置为转子的初始位置P1，即机械角度θ的0°位置；

C、转子的初始位置P1以及预设的通电顺序为基准，预设一个无刷直流电机的转子的旋转方向，并确定该旋转方向对应的换相顺序，按换相顺序依次通电，每次通电后转子运动的θ为360°/(N*6)，确定完成θ剩下5次通电顺序，即电机的换相顺序，并且标记出每次通电后转子停止的位置P2、P3、P4、P5、P6；

D、步骤C确定好电机三相的换相顺序信息后，将转子手动转动到P2处；同时按步骤A得到的相对安装角度固定好三个霍尔传感器，将三个霍尔传感器加电后将其放入转子磁场中；

E、按步骤C得到的电机六次换相对应的通电顺序，在P2位置第一次换相时的电角度μ通电，此时转子会停止在P1处，记录此时三个霍尔传感器输出的信号组；

F、以步骤E获得的转子信息P1及此时的霍尔信号组为基准，按步骤C中转子旋转方向相反的方向，移动固定好的三个霍尔传感器直到霍尔传感器的信号组发生第一次跳变后停止，记录此时的位置，此位置即为霍尔传感器的安装位置。

进一步的，所述N＝5。

本发明由于利用测量系统发出短时脉冲定位的方式获得转子的位置信息及换相顺序信息，从而得到对应的霍尔信号作为参考点，经过对参考点的适当修正从而确定换相点处的霍尔传感器的安装位置。本发明可以方便霍尔传感器安装位置的快速确定，减少检测工序；采用短时脉冲定位方式确定霍尔信号参考点，采用滑动式伸缩臂固定霍尔传感器，可大幅度降低因直接试探方式寻找霍尔传感器位置带来的人为误差，提高霍尔传感器位置检测的准确度；采用可调节伸缩臂方便在不同直径的无刷直流电机上确定霍尔传感器的安装位置，适用性强，应用面广；操作过程简单，便用工程应用。

下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。

如图2、图3所示，检测装置70包括转盘，所述转盘包括固定轴10、套接在固定轴10的可旋转的套环20，与套环20固定的角度盘30，角度盘30通过螺丝40固定在固定轴10上。所述机械臂固定在所述角度盘30上；所述机械臂包括固定在所述转盘上的横向固定槽50、以及嵌入固定在横向固定槽50内并可以沿横向固定槽50滑动的横向伸缩臂51；还包括固定在横向伸缩臂51上的纵向固定槽60、嵌入固定在纵向固定槽60内并可以沿纵向固定槽60滑动的纵向伸缩臂61。；所述对安装角度α＝12°；

如图4所示，无刷直流电机90包括定子92和转子91，所述检测模块80包括与霍尔传感器耦合的霍尔传感器模块、与霍尔传感器模块耦合的中央控制单元；与中央控制单元耦合的预驱动模块，以及与预驱动模块耦合的、用于给无刷直流电机90提供三相电的逆变器驱动模块；所述霍尔传感器模块还设有跟外部示波器连接的端口。以极对数为5对，采用3个霍尔传感器为例，执行以下步骤：

步骤1：根据转子极对数N＝5，确定转子一个电周期6次换相完成后需要转动的机械角度360°/5＝72°；

步骤2：利用步骤1得出的机械角度72°，让逆变器工作在“两两导通”模式下，使电机的三相通电顺序为表1所示的通电顺序，控制逆变器MOS管开关的导通组合即可实现。接着按短时脉冲定位方式，连续给电机通A+B空C-和“A+B-C悬空”的电，此时转子位置为初始位置，即机械角度72°的0°位置；(其中+表示为正电极；-表示为接地)

表1电机三相通电顺序

步骤3：步骤2得到的转子初始位置标记为P1，“A+B-C悬空”的通电顺序为P1处换相时的通电顺序，按顺时针方向为运动方向，给电机通“A+B空C-”的电，转子转过机械角度12°，标记为P2，“A+B空C-”为P2处的换相通电顺序，同理得到“A空B+C-”、“A-B+C空”、“A-B空C+”、“A空B-C+”；对应的位置P3、P4、P5、P6；这样就得到了该电机的6次换相顺序表，如表2所示。

表2电机三相换相通电顺序

步骤4：按照60°电角度排列3个霍尔传感器位置，得到的相对安装角度α为12°，这样转动可旋转套环，调整3个霍尔的相对角度，使第一霍尔传感器H1和第二霍尔传感器H2间隔12°，第二霍尔传感器H2和第三霍尔传感器H3间隔12°，H1和H3间隔24°，固定三者的相对角度不再变化。

步骤5：将转子手动转动到P2处；给电机通“A+B-C悬空”的电，此时转子停在P1处，同时将通电后固定相对角度的3个霍尔传感器放置在转子磁场中；

步骤6：通过示波器观察，此时H1为低电平“0”，H2为高电平“1”，H3为高电平“1”，此时给电机按表2通电，得到的未修正的三相反电动势波形如图5所示。

步骤7：此时逆时针旋转固定好的霍尔传感器，当旋转3°时，电平出现变化，此时H1为高电平“1”，H2为高电平“1”，H3为高电平“1”；此时再次给电机按表2通电，得到修正过后的三相反电动势波形如图6所示，经过分析图5和图6知，图5虽然三相换相顺序正确，但存在换相超前，而修正过后的图6则得出了很好的换相情况，说明此时霍尔传感器位置正确，确定此时3个霍尔传感器在电机上的位置，做出标记，此处即为霍尔传感器的安装位置。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种无刷直流电机霍尔传感器安装位置检测方法，包括步骤：

A、根据无刷直流电机的极对数N，确定转子一个电周期六次换相完成后需要转动的机械角度θ＝360°/N；

计算三个霍尔传感器之间的相对安装角度，即：相对安装角度α＝排列角度β/N，其中β为60°或者120°；

B、采用一相通正电、第二相接地、第三相悬空的原则，预设无刷直流电机的通电顺序；利用短时脉冲定位的方式，以预设的通电顺序中的相邻两次通电顺序给电机通电，以第二次通电后的转子停止的位置为转子的初始位置P1，即机械角度θ的0°位置；

C、转子的初始位置P1以及预设的通电顺序为基准，预设一个无刷直流电机的转子的旋转方向，并确定该旋转方向对应的换相顺序，按换相顺序依次通电，每次通电后转子运动的θ为360°/(N*6)，确定完成θ剩下5次通电顺序，即电机的换相顺序，并且标记出每次通电后转子停止的位置P2、P3、P4、P5、P6；

D、步骤C确定好电机三相的换相顺序信息后，将转子手动转动到P2处；同时按步骤A得到的相对安装角度固定好三个霍尔传感器，将三个霍尔传感器加电后将其放入转子磁场中；

E、按步骤C得到的电机六次换相对应的通电顺序，在P2位置第一次换相时的电角度μ通电，此时转子会停止在P1处，记录此时三个霍尔传感器输出的信号组；

F、以步骤E获得的转子信息P1及此时的霍尔信号组为基准，按步骤C中转子旋转方向相反的方向，移动固定好的三个霍尔传感器直到霍尔传感器的信号组发生第一次跳变后停止，记录此时的位置，此位置即为霍尔传感器的安装位置。

2.如权利要求1所述的无刷直流电机霍尔传感器安装位置检测方法，其特征在于，所述N＝5。

3.如权利要求1所述的无刷直流电机霍尔传感器安装位置检测方法，其特征在于，所述步骤C中的转子旋转方向为顺时针方向或逆时针方向。

4.一种无刷直流电机霍尔传感器安装位置的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括检测装置和检测模块；所述检测装置包括转盘，所述转盘上固定有三个机械臂，每个所述机械臂固定有一个霍尔传感器；所述霍尔传感器电源端和信号端耦合到所述检测模块；所述转盘的边缘设有角度的刻度线；所述机械臂之间的夹角等于相对安装角度α。

5.如权利要求4所述的无刷直流电机霍尔传感器安装位置的测量系统，其特征在于，所述转盘包括固定轴、套接在固定轴的可旋转的套环，与套环固定的角度盘，所述机械臂固定在所述角度盘上。

6.如权利要求4所述的无刷直流电机霍尔传感器安装位置的测量系统，其特征在于，所述机械臂包括固定在所述转盘上的横向固定槽、以及嵌入固定在横向固定槽内并可以沿横向固定槽滑动的横向伸缩臂；还包括固定在横向伸缩臂上的纵向固定槽、嵌入固定在纵向固定槽内并可以沿纵向固定槽滑动的纵向伸缩臂。

7.如权利要求4所述的无刷直流电机霍尔传感器安装位置的测量系统，其特征在于，所述相对安装角度α＝12°。

8.如权利要求4所述的无刷直流电机霍尔传感器安装位置的测量系统，其特征在于，所述检测模块包括与霍尔传感器耦合的霍尔传感器模块、与霍尔传感器模块耦合的中央控制单元；与中央控制单元耦合的预驱动模块，以及与预驱动模块耦合的、用于给无刷直流电机提供三相电的逆变器驱动模块；所述霍尔传感器模块还设有跟外部示波器连接的端口。

9.如权利要求4所述的无刷直流电机霍尔传感器安装位置的测量系统，其特征在于，所述转盘包括固定轴、套接在固定轴的可旋转的套环，与套环固定的角度盘，所述机械臂固定在所述角度盘上；所述机械臂包括固定在所述转盘上的横向固定槽、以及嵌入固定在横向固定槽内并可以沿横向固定槽滑动的横向伸缩臂；还包括固定在横向伸缩臂上的纵向固定槽、嵌入固定在纵向固定槽内并可以沿纵向固定槽滑动的纵向伸缩臂；所述相对安装角度α＝12°；

所述检测模块包括与霍尔传感器耦合的霍尔传感器模块、与霍尔传感器模块耦合的中央控制单元；与中央控制单元耦合的预驱动模块，以及与预驱动模块耦合的、用于给无刷直流电机提供三相电的逆变器驱动模块；所述霍尔传感器模块还设有跟外部示波器连接的端口。