CN107968531B - 三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位装置及方法 - Google Patents

三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于自动安装定位技术领域，具体涉及一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位装置及方法。本发明装置包括计算机、数据采集模块、待测电机、霍尔电源；数据采集模块与计算机相连，待测电机与霍尔板分别于数据采集模块连接，霍尔电源与霍尔板的电源输入端相连接。本发明方法通过对霍尔信号的上跳变沿与该霍尔信号所对应相序的过零点之间则必然存在偏差△1求得霍尔板的安装位置与正确的安装位置存在偏差θ。本发明能够自动确定电机的相序以及相序与霍尔传感器之间的对应关系，并能自动计算出霍尔传感器的安装位置。

Description

三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位装置及方法
技术领域
本发明属于自动安装定位技术领域，具体涉及一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位装置及方法。
背景技术
在无刷电机的驱动控制中,常常通过霍尔传感器为控制器提供电子换相所需的换相点信号。根据霍尔传感器的输出信号，给相对应的相序通电，便可控制电机旋转。该种控制方式易于实现，在实际应用中性能也相对稳定。霍尔传感器一般会按照一定的距离固定在电动机的定子上的某一圆周上，其安装位置与电机的三相绕组的分布位置有关。如果霍尔传感器的安装位置出现偏差，则对电机的运行效率以及转矩脉动造成很大的影响，因此找到准确的霍尔传感器的安装位置非常重要。目前比较常用的安装定位法有磁势计算法、直接安装法和短时脉冲定位法。磁势计算法需要对电机内部结构及相关知识有一定的了解，且这种方式计算的角度易于受到工艺以及加工精度的影响，所计算的结果会存在一定的误差，如果处理不当影响电机效率；直接安装法需要凭经验调整霍尔传感器位置，方法局限性比较大。短时脉冲定位法方法简单，但是需要提前确定正确的相序以及相序与霍尔传感器之间的对应关系，且寻找工作量大。
发明内容
本发明解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提供一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位装置及方法，能够自动确定电机的相序以及相序与霍尔传感器之间的对应关系，并能自动计算出霍尔传感器的安装位置。
本发明采用的技术方案：
一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位装置，包括计算机、数据采集模块、待测电机、霍尔电源；数据采集模块与计算机相连，待测电机与分别于数据采集模块连接，霍尔电源与的电源输入端相连接。
所述数据采集模块包括六个通道，这六个采集通道依次为A通道，B通道，C通道，HA通道，HB通道以及HC通道。
所述待测电机上固定安装有霍尔板；霍尔板中的三路霍尔输出信号任意接入数据采集模块中的HA通道，HB通道以及HC通道。
所述霍尔板由三个霍尔传感器和环形印制电路板组成，其中三个霍尔传感器相隔的角度ɑ由待测电机的极对数和霍尔传感器相隔的电角度确定。
一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位方法，包括如下步骤：
步骤一、将该霍尔板装入待测电机中的霍尔板安装平面中的任意一个位置，将此初始安装位标记为S1；
步骤二、将待测电机的三相输出端接入数据采集模块的A、B、C三个接线端子，接线顺序任意；计算机通过数据采集模块采集待测电机输出的三相反电动势；霍尔板接入霍尔电源后将其三路输出信号依次接入数据采集模块的HA、HB、HC的三个接线端子；计算机通过数据采集模块采集霍尔板的三路输出信号HA、HB以及HC；
步骤三、运行系统软件，然后将待测电机轴伸端向逆时针方向旋转；软件系统会通过计算机和数据采集模块采集电机所产生的三相反电势及三路霍尔信号；对这六路信号进行分析和处理，确定待测电机的三个接线端的相位关系以及与这三相相对应的三路霍尔信号HA，HB及HC；得出待测电机的三个线反电势，eAC，eBA以及eCB；其中eAC由所采集到的A相反电势减去所采集到的C相反电势得到，其中eBA由所采集到的B相反电势减去所采集到的A相反电势得到，其中eCB由所采集到的C相反电势减去所采集到的B相反电势得到；
步骤四、确定定位原则：
在正确安装位置时，
霍尔信号HA的上升沿应该与eAC线反电势的正向过零点重合；
霍尔信号HB的上升沿应该与eBA线反电势的正向过零点重合；
霍尔信号HC的上升沿应该与eCB线反电势的正向过零点重合；
步骤五、根据步骤四的定位原则，如果霍尔板的安装位置与正确的安装位置存在偏差，设其偏差角度为θ，则霍尔信号的上跳变沿与该霍尔信号所对应相序的过零点之间则必然存在偏差△1，通过△1求得并显示θ；
步骤六：将霍尔板从初始安装位S1按照θ角度进行旋转，然后再进行安装即可正确安装霍尔板。
所述步骤五的计算方法为：偏差值θ和△1是线性对应的，其对应关系为△1＝θ×P，其中P为待测电机的极对数，通过对数据采集模块所采集的6路信号进行分析和处理先求得△1，然后通过以上关系求出当前安装位置与正确安装位置的偏差角度θ。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位装置及方法，自动化程度高，操作简单，定位精度高，对相关专业知识及工程经验要求底，非常有利于非专业人员进行霍尔传感器的高精度的安装定位；
(2)本发明提供一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位装置及方法，能自动确定电机相序，摆脱人工确定相序的繁琐工作，提高调试效率；
(3)本发明提供一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位装置，系统结构简单，只需一台普通的数据采集模块和一台普通的计算机以及一根普通的USB数据线，除此之外不需要任何外围电路及连接导线，成本低廉且维护方便。
附图说明
图1为本发明提供的自动定位装置结构示意图；
图2为霍尔板示意图；
图3为霍尔板与待测电机的安装示意图；
图4为所测线反电势与霍尔信号跳变沿之间的关系图；
图5为霍尔板安装存在误差时霍尔信号跳变沿与所对应线反电势之间的关系图；
图中：1-计算机、2-数据采集模块、3-待测电机、4-霍尔电源、5-环形印制电路板、6-霍尔传感器、7-霍尔板安装面、8-霍尔板、9-螺钉、10-eAC线反电势、11-eBA线反电势、12-eCB线反电势、13-霍尔信号HA、14-霍尔信号HB、15-霍尔信号HC、16-安装位置有偏差时对应的霍尔输出信号、17-安装无偏差时的对应的霍尔输出信号、18-对应的线反电势。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位装置及方法作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位装置，包括计算机1、数据采集模块2、待测电机3、霍尔电源4；数据采集模块2通过USB接口与计算机1相连，数据采集模块2包括六个通道，这六个采集通道依次为A通道，B通道，C通道，HA通道，HB通道以及HC通道。
如图2所示，霍尔板8由三个霍尔传感器6和环形印制电路板5组成，其中三个霍尔传感器6相隔的角度ɑ由待测电机3的极对数和霍尔传感器6相隔的电角度确定。
如图3所示，把霍尔板8通过螺钉9固定在待测电机3中霍尔板安装面7上，接入5V霍尔电源4，霍尔板8会根据所检测到的电机转子的磁场信号输出三路有一定跳变规律的霍尔信号HA、HB、HC；将霍尔板8中的三路输出信号HA、HB、HC通过电缆接入采集模块2中的HA通道，HB通道以及HC通道.
一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位方法，包括如下步骤：
步骤一、如附图3所示将霍尔板8在待测电机3的安装平面上的初始安装位标记为S1；
步骤二、将待测电机3的三相输出端接入数据采集模块2的A、B、C三个接线端子，接线顺序任意；这样计算机1就能通过数据采集模块2采集待测电机3输出的三相反电动势，eAC线反电势10、eBA线反电势11、eCB线反电势12；霍尔板8接入霍尔电源4后将其三路输出信号霍尔信号HA13、霍尔信号HB14、霍尔信号HC15依次接入数据采集模块2中的HA、HB、HC的三个接线端子；这样计算机1就能通过数据采集模块2采集霍尔板8的三路输出信号霍尔信号HA13、霍尔信号HB14、霍尔信号HC15。
步骤三、运行该发明开发的系统软件，然后将待测电机3逆时针方向旋转(从轴伸端向电机方向看去)；软件系统会通过计算机1和数据采集模块2采集电机所产生的三相反电势及三路霍尔信号。
然后对这六路信号进行分析和处理，确定待测电机3的三个接线端的相位关系(即确定电机三路输出的A相，B相和C相)以及与这三相相对应的三路霍尔信号HA，HB及HC。并得出待测电机3的三个线反电势：eAC线反电势10、eBA线反电势11、eCB线反电势12；其中eAC由所采集到的A相反电势减去所采集到的C相反电势得到，其中eBA由所采集到的B相反电势减去所采集到的A相反电势得到，其中eCB由所采集到的C相反电势减去所采集到的B相反电势得到，
步骤四、确定定位原则：
如图4所示，在正确的安装位置时，
霍尔信号HA13的上升沿应该与eAC线反电势10的正向过零点重合；
霍尔信号HB14的上升沿应该与eBA线反电势11的正向过零点重合；
霍尔信号HC15的上升沿应该与eCB线反电势12的正向过零点重合；
步骤五、根据步骤四的定位原则，如果霍尔板的安装位置与正确的安装位置存在偏差，设其偏差角度为θ，如图5所示，则霍尔信号的上跳变沿与该霍尔信号所对应相序的过零点之间则必然存在偏差△1，如图5所示。这两个偏差值θ和△1是线性对应的，其对应关系为△1＝θ×P，其中P为待测电机3的极对数。软件系统通过对数据采集模块2所采集的6路信号进行分析和处理先求得△1，然后通过以上关系求出当前安装位置与正确安装位置的偏差角度θ，并将求得的θ进行输出显示。
步骤六：安装人员将霍尔板从初始安装位S1初始位置按照计算机系统所输出的偏差角度进行旋转，然后再进行安装即可达到正确安装霍尔板的目的。

Claims (2)

1.一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、将霍尔板(8)装入待测电机(3)中的霍尔板安装平面中的任意一个位置，将此初始安装位标记为S1；
步骤二、将待测电机(3)的三相输出端接入数据采集模块(2)的A、B、C三个接线端子，接线顺序任意；计算机(1)通过数据采集模块(2)采集待测电机(3)输出的三相反电动势；霍尔板(8)接入霍尔电源(4)后将其三路输出信号依次接入数据采集模块(2)的HA、HB、HC的三个接线端子；计算机通过数据采集模块(2)采集霍尔板(8)的三路输出信号HA、HB以及HC；
步骤三、运行系统软件，然后将待测电机(3)轴伸端向逆时针方向旋转；软件系统会通过计算机(1)和数据采集模块(2)采集电机所产生的三相反电势及三路霍尔信号；对这六路信号进行分析和处理，确定待测电机(3)的三个接线端的相位关系以及与这三相相对应的三路霍尔信号HA，HB及HC；得出待测电机(3)的三个线反电势，eAC，eBA以及eCB；其中eAC由所采集到的A相反电势减去所采集到的C相反电势得到，其中eBA由所采集到的B相反电势减去所采集到的A相反电势得到，其中eCB由所采集到的C相反电势减去所采集到的B相反电势得到；
步骤四、确定定位原则：
在正确安装位置时，
霍尔信号HA的上升沿与eAC线反电势的正向过零点重合；
霍尔信号HB的上升沿与eBA线反电势的正向过零点重合；
霍尔信号HC的上升沿与eCB线反电势的正向过零点重合；
步骤五、根据步骤四的定位原则，如果霍尔板(8)的安装位置与正确的安装位置存在偏差，设其偏差角度为θ，则霍尔信号的上跳变沿与该霍尔信号所对应相序的过零点之间则必然存在偏差△1，通过△1求得并显示θ；
步骤六：将霍尔板从初始安装位S1按照θ角度进行旋转，然后再进行安装即可正确安装霍尔板(8)。
2.根据权利要求1所述的一种三相无刷直流电机中霍尔传感器的自动定位方法，其特征在于：所述步骤五的计算方法为：偏差值θ和△1是线性对应的，其对应关系为△1＝θ×P，其中P为待测电机的极对数，通过对数据采集模块(2)所采集的6路信号进行分析和处理先求得△1，然后通过以上关系求出当前安装位置与正确安装位置的偏差角度θ。
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