CN103344916B - 电机堵转检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对直流有刷电机进行检测的电机堵转检测方法,电机控制器接收启动电机的信号后启动电机，电机开始工作，同时控制器启动定时器开始计时；在定时器的计时时间达到设定时间后，控制器关闭驱动电机的PWM信号，电机的驱动电路便停止对电机进行驱动；PWM信号关闭后，控制器将定时器的定时时间进行调整并进行重新计时，这里定时器的计时时间为电机的退磁时间，电机的退磁结束后，定时器结束计时；电机退磁结束后，通过采样单元对电机两端的电压进行采样；将采样获取的电机两端电压值与设定的值进行比较;采用本方法对电机堵转进行检测，仅是增加简单的电路，因而制造成本低，可移植性好，适用范围广，便于对电机的改造。

Description

电机堵转检测方法

技术领域

本发明属于电机检测技术领域，具体涉及风机类惯性负载用直流有刷电机的堵转检测，更具体的涉及一种对汽车空调鼓风机和汽车发动机冷却风扇的直流有刷电机进行检测的电机堵转检测方法。

背景技术

汽车空调鼓风机和汽车发动机冷却风扇均由汽车的车载蓄电池进行供电，尤其对鼓风机和冷却风扇总成要求低功耗，寿命长，工作稳定。为了保证汽车系统的安全，汽车生产厂商要求鼓风机和冷却风扇的控制器具有风机故障检测和保护的功能，保护主要包括过欠电压、过温、过流和堵转保护，其中堵转检测最难实现。

现有的堵转检测方式有传感器检测方式和电流检测方式两种，具体如下：

传感器检测方式主要是电机中安装霍尔等传感器，并通过传感器状态的变化判断电机的运行状态。如专利号为200610034446“碎纸机堵转检测方法及具有堵转检测装置的碎纸机构”的专利，具体实现方案是在电机的转轴上设有南北极沿转轴直径方向设置的条形磁铁,在与该条形磁铁相分离的适当位置处设置一霍尔元件,将该霍尔元件与碎纸机的控制电路电性连接,电机旋转时,霍尔元件与磁场感应输出变化电平,电机堵转时则输出高电平或低电平,碎纸机控制电路据此霍尔元件输出的电平状态进行控制。这种堵转检测方式的缺点是：

a、需要额外的装置和传感器，成本较高。

b、由于汽车鼓风机和冷却风扇的运行环境温度高，使得霍尔器件很容易损坏，影响电机使用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种电机堵转检测方法，其不需要改变或增加电机的结构，便于实现，降低生产制造成本，且基本适用于各类电机的堵转检测，减少对电机参数的依赖性。

实现本发明的技术方案如下：

电机堵转检测方法，包括以下步骤，

第一步，电机控制器接收启动电机的信号后启动电机，电机开始工作，同时控制器启动定时器开始计时；

第二步，在定时器的计时时间达到设定时间后，控制器关闭驱动电机的PWM信号，电机的驱动电路便停止对电机进行驱动；

第三步，PWM信号关闭后，控制器将定时器的定时时间进行调整并进行重新计时，这里定时器的计时时间为电机的退磁时间，电机的退磁结束后，定时器结束计时；

第四步，电机退磁结束后，通过采样单元对电机两端的电压进行采样；

第五步，将采样获取的电机两端电压值与设定的值进行比较，

a、若采集到的电机两端的电压值小于设定值时，则证明电机并没有产生反电动势，即电机处于堵转状态，控制器则不再恢复驱动电机的PWM信号；

b、若采集到的电机两端的电压值大于设定值时，则该电压来自于电机运转过程产生的反电动势，电机处于正常状态，控制器则恢复驱动电机的PWM信号，重复上述步骤。

上述第一步中定时器的计时时间为0.5秒—3秒。

上述第三步中定时器的计时时间为100微秒—300微秒。

上述电机的控制方式采用电流闭环控制方式,这样可以防止堵转过程中过流而损坏系统；上述电机两端的电压值即为电机由于惯性继续运转，转子相对于定子运动而产生的反电动势值。采用了上述方案，本发明可以有效的作为汽车发动机冷却风扇和空调鼓风机用直流有刷电机的堵转检测，该方法对风机类惯性负载直流有刷电机的堵转检测具有以下技术效果：由于对电机两端的电压进行检测，不会受电流的干扰，因而对电机的参数依赖性小，检测准确性高；无需增加或改变电机结构，不会增加电机的增加成本，采用本方法对电机堵转进行检测，仅是增加简单的电路，因而制造成本低，可移植性好，适用范围广，便于对电机的改造。

附图说明

图1为本发明电机堵转检测方法的流程图；

图2为电机的高端驱动电路示意图；

图3为电机的低端驱动电路示意图；

图4为采用本发明电机堵转检测方法检测到电机堵转状态时，电机两端的电压波形图；

图5为采用本发明电机堵转检测方法检测到电机未堵转状态时，电机两端的电压波形图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

参见图1，电机堵转检测方法，包括以下步骤，

第一步，电机控制器接收启动电机的信号后启动电机，电机开始工作，同时控制器启动定时器开始计时；这里定时器的计时时间为0.5秒—3秒；

第二步，在定时器的计时时间达到设定时间后，控制器关闭驱动电机的PWM信号，电机的驱动电路便停止对电机进行驱动；

第三步，PWM信号关闭后，控制器将定时器的定时时间进行调整并进行重新计时，这里定时器的计时时间为电机的退磁时间，电机的退磁结束后，定时器结束计时；这里定时器的计时时间为100微秒—300微秒

第四步，电机退磁结束后，通过采样单元对电机两端的电压进行采样；

第五步，将采样获取的电机两端电压值与设定的值进行比较，

a、若采集到的电机两端的电压值小于设定值时，则证明电机并没有产生反电动势，即电机处于堵转状态，控制器则不再恢复驱动电机的PWM信号；

b、若采集到的电机两端的电压值大于设定值时，则该电压来自于电机运转过程产生的反电动势，电机处于正常状态，控制器则恢复驱动电机的PWM信号，重复上述步骤。

现有汽车发动机冷却风扇和空调鼓风机中，其主电路结构有高端驱动电路(如附图2)和低端驱动电路(如附图3)两种，其控制方式大多采用高频PWM驱动附图2和附图3中标注的MOSFET，根据控制PWM的不同占空比进而调节电机的转速。本发明将主要针对这种调速方式而进行堵转检测，但不局限于这种检测方式。

结合图1-图5，对本发明进一步说明；图1中，当控制器检测到启动电机信号后，开始根据设定好的电流闭环算法启动电机；同时，启动定时器，(定时器的定时时间将根据电机性能和检测时间要求进行设定，这里以2S为例)，定时器计时2S后，关断图2(图3)中的驱动MOSFET的PWM信号；在关断PWM信号后，控制器将定时器设定为计时200微秒，在定时器计时200微秒后，200微秒用于电机线圈的退磁，在电机的退磁结束，启动AD采集单元采集图2(图3)中OUT口的电压，在对电机两端的电压采集结束后，对采集结果进行判断，当电机两端电压小于一定值时即判断电机处于堵转状态，关端驱动电机的PWM信号，否则，将重新启动PWM信号，并赋予关断之前的占空比大小。图4所示为处理后电机两端的电压波形，图中标注“关断区域”的部分既为当控制器关断PWM信号后电机两端电压波形，图中标注的“采集此段”既为电机由于惯性继续旋转产生的反电动势。当电机处于堵转状态时，由于电机停止运转，电机中的转子与定子没有相对运动，电机线圈等效于电阻，所以在关断PWM信号后，电机两端无电压差，其电压波形如附图5所示。

由于鼓风电机和冷却风扇都是惯性负载，所以短时间的断电并不会对电机的风量和风速造成影响。随着断电时间的增大，电机在运转过程中的造成和震动会增大。为了减少电机运转过程中的噪声，在控制过程中，在保证电机完全退磁的情况下，关断PWM的时间能够满足电压采集即可。

Claims (3)

1.电机堵转检测方法，其特征在于，包括以下步骤，

第一步，电机控制器接收启动电机的信号后启动电机，电机开始工作，同时控制器启动定时器开始计时；

第二步，在定时器的计时时间达到设定时间后，控制器关闭驱动电机的PWM信号，电机的驱动电路便停止对电机进行驱动；

第三步，PWM信号关闭后，控制器将定时器的定时时间进行调整并进行重新计时，这里定时器的计时时间为电机的退磁时间，电机的退磁结束后，定时器结束计时；

第四步，电机退磁结束后，通过采样单元对电机两端的电压进行采样；

第五步，将采样获取的电机两端电压值与设定的值进行比较，

a、若采集到的电机两端的电压值小于设定值时，则证明电机并没有产生反电动势，即电机处于堵转状态，控制器则不再恢复驱动电机的PWM信号；

b、若采集到的电机两端的电压值大于设定值时，则该电压来自于电机运转过程产生的反电动势，电机处于正常状态，控制器则恢复驱动电机的PWM信号，重复上述步骤。

2.根据权利要求1所述的电机堵转检测方法，其特征在于，上述第一步中定时器的计时时间为0.5秒—3秒。

3.根据权利要求1所述的电机堵转检测方法，其特征在于，上述第三步中定时器的计时时间为100微秒—300微秒。