CN110311598B - 一种单相无刷直流电机换相方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单相无刷直流电机换相方法和装置，通过实时获取单相无刷直流电机中的霍尔中断信号，得到连续2个霍尔中断信号的间隔时间t_period；然后通过间隔时间t_period、当前的提前滞后占空比以及当前的指令输出占空比确定输出的提前滞后时间t_delay以获得提前或滞后换相点；最后基于间隔时间t_period和输出的提前滞后时间t_delay在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理。本发明实现方式简单，无论提前还是滞后换相，只需要2个中断就可实现整个架构。

Description

一种单相无刷直流电机换相方法和装置

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种单相无刷直流电机换相方法和装置。

背景技术

无刷直流电机由电机和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。以其能够在低速下输出大转矩、速度范围宽、效率高、过载能力强、再生制动效果好、结构简单、运行可靠等特性，广泛应用于现代生产设备、仪器仪表、计算机外围设备和高级家用电器。

装在电动机轴上的转子位置检测器是无刷直流电机的重要部件。它决定着电枢各相绕组开始通电的时刻。它的作用相当于一般直流电机中的电刷。改变位置检测器产生信号的时刻(相位)，相当于直流电机中改变电刷在空间的位置，对无刷直流电机的特性有很大的影响。常规的位置检测器大多由霍尔元件构成。

现有的单相无刷直流电机霍尔安装位置一般与理论换相点一致或提前于实际换相点，在实际控制过程中，关断相的电流衰减以及开通相的电流建立都会导致实际换相点的偏离，造成低速启动过程中的不可靠或高速运行效率的下降，故需要研究在不同的运行阶段对换相过程进行精确可靠的提前或滞后处理。

发明内容

为了解决现有换相技术导致实际换相点偏离的技术问题，本发明提供了一种单相无刷直流电机换相方法。该方法根据单相无刷直流电机霍尔信号边沿换相。该方法实现方式简单，启动可靠性及运行效率高，同时具有较好的电磁兼容性效果。

本发明通过下述技术方案实现：

一种单相无刷直流电机换相方法，该方法包括：

步骤S1，实时获取单相无刷直流电机中的霍尔中断信号，得到连续2个霍尔中断信号的间隔时间t_period；

步骤S2，通过间隔时间t_period、当前的提前滞后占空比以及当前的指令输出占空比确定输出的提前滞后时间t_delay以获得提前或滞后换相点；

步骤S3，基于间隔时间t_period和输出的提前滞后时间t_delay在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理。

优选的，所述步骤S2中通过下式确定输出的提前滞后时间t_delay：

t_delay＝t_period×(P_delay+1-P_cmd)

其中，t_period表示霍尔信号状态变化的间隔时间，P_delay表示当前的提前滞后占空比，P_cmd表示当前的指令输出占空比。

优选的，所述步骤S3中在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理具体包括：

当换相需要提前并且指令占空比余数与提前滞后角度之和为负时，则进行提前换相，在提前换相点进行换相，然后再霍尔中断中执行一次换相；

当换相需要提前并且指令占空比余数与提前滞后角度之和为正时，则进行滞后换相，在霍尔中断中执行关断当前相的操作，而在滞后换相点再进行换相；

当换相需要滞后时，则进行滞后换相，在霍尔中断中执行关断当前相的操作，而在滞后换相点再进行换相。

另一方面，本发明还提出了一种单相无刷直流电机换相装置，该装置包括：

数据获取单元，实时获取单相无刷直流电机中的霍尔中断信号，得到连续2个霍尔中断信号的间隔时间t_period；

数据处理单元，通过间隔时间t_period、当前的提前滞后占空比以及当前的指令输出占空比确定输出的提前滞后时间t_delay以获得提前或滞后换相点；

控制单元，基于间隔时间t_period和输出的提前滞后时间t_delay在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理。

优选的，所述数据处理单元通过下式确定输出的提前滞后时间t_delay：

t_delay＝t_period×(P_delay+1-P_cmd)

其中，t_period表示霍尔信号状态变化的间隔时间，P_delay表示当前的提前滞后占空比，P_cmd表示当前的指令输出占空比。

优选的，所述控制单元在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理具体包括：

当换相需要提前并且指令占空比余数与提前滞后角度之和为负时，则进行提前换相，在提前换相点进行换相，然后再霍尔中断中执行一次换相；

当换相需要提前并且指令占空比余数与提前滞后角度之和为正时，则进行滞后换相，在霍尔中断中执行关断当前相的操作，而在滞后换相点再进行换相；

当换相需要滞后时，则进行滞后换相，在霍尔中断中执行关断当前相的操作，而在滞后换相点再进行换相。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明实现方式简单，无论提前还是滞后换相，只需要2个中断就可实现整个架构；

2、本发明启动可靠性及运行效率高，只要霍尔元件安装位置确定，就可以通过提前或滞后占空比在任意速度实现理论换相点与实际换相点的重合；

3、本发明具有较好的电磁兼容性效果，在换相过程中只进行了一次开通关断，避免了频繁开通关断的EMC噪声。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的提前换相时序逻辑图。

图3为本发明的一种滞后换相时序逻辑图。

图4为本发明的另一种滞后换相时序逻辑图。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提出了一种单相无刷直流电机换相方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1，实时获取单相无刷直流电机中的霍尔中断信号，得到连续2个霍尔中断信号的间隔时间t_period。

本实施例中，将霍尔元件安装在靠近转子的位置，在电机启动或运行过程中，当转子N极逐渐靠近霍尔元件即磁感应强度达到一定值时，其输出是导通状态(输出为低电平)，当N极逐渐远离霍尔元件，磁感应强度逐渐减小时，其输出仍然保持导通状态，只有磁场转变为S极并达到一定值时，其输出才翻转为中断状态(输出高电平)；即本实施例中实时获取霍尔中断信号(高电平脉冲信号)，并得到连续2个霍尔中断信号的间隔时间t_period。

步骤S2，通过间隔时间t_period、当前的提前滞后占空比以及当前的指令输出占空比确定输出的提前滞后时间t_delay，并根据提前时间t_delay获得提前或滞后换相点。

本实施例中，通过下式计算得到提前滞后时间t_delay：

t_delay＝t_period×(P_delay+1-P_cmd)

其中，t_period表示霍尔信号状态变化的间隔时间，P_delay表示当前的提前滞后占空比，P_cmd表示当前的指令输出占空比。

步骤S3，基于间隔时间t_period和输出的提前滞后时间t_delay在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理。

本实施例中，在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理具体包括：

当换相需要提前并且指令占空比余数与提前滞后角度之和为负时，则进行提前换相，在提前换相点进行换相，然后再霍尔中断中执行一次换相；如图2所示的提前换相的时序逻辑图，在提前换相点进行换相(A相)，即提前步骤S2得到的提前滞后时间t_period(如图2中的粗实线时间间隔)进行换相，然后再霍尔中断中执行一次换相(A相)。

当换相需要提前并且指令占空比余数与提前滞后角度之和为正时，则进行滞后换相，在霍尔中断中执行关断当前相的操作，而在滞后换相点再进行换相；如图3所示的滞后换相的时序逻辑图，在霍尔中断中执行关断当前相(A相)的操作，在滞后换相点再进行换相(A相)，即滞后步骤S2得到的提前滞后时间t_period(如图3中的粗实线时间间隔)进行换相。

当换相需要滞后时，则进行滞后换相，在霍尔中断中执行关断当前相的操作，而在滞后换相点再进行换相；如图4所示的滞后换相的时序逻辑图，在霍尔中断中执行关断当前相(A相)的操作，在滞后换相点再进行换相(A相)，即滞后步骤S2得到的提前滞后时间t_period(如图4中的粗实线时间间隔)进行换相。

实施例2

基于上述实施例1，本实施例还提出了一种单相无刷直流电机换相装置，该装置包括数据获取单元、数据处理单元和控制单元；其中

数据获取单元，实时获取单相无刷直流电机中的霍尔中断信号，得到连续2个霍尔中断信号的间隔时间t_period；

数据处理单元，通过间隔时间t_period、当前的提前滞后占空比以及当前的指令输出占空比确定输出的提前滞后时间t_delay以获得提前或滞后换相点；所述数据处理单元通过下式确定输出的提前滞后时间t_delay：

t_delay＝t_period×(P_delay+1-P_cmd)

其中，t_period表示霍尔信号状态变化的间隔时间，P_delay表示当前的提前滞后占空比，P_cmd表示当前的指令输出占空比。

控制单元，基于间隔时间t_period和输出的提前滞后时间t_delay在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理。

所述控制单元在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理具体包括：

当换相需要提前并且指令占空比余数与提前滞后角度之和为负时，则进行提前换相，在提前换相点进行换相，然后再霍尔中断中执行一次换相；

当换相需要提前并且指令占空比余数与提前滞后角度之和为正时，则进行滞后换相，在霍尔中断中执行关断当前相的操作，而在滞后换相点再进行换相；

当换相需要滞后时，则进行滞后换相，在霍尔中断中执行关断当前相的操作，而在滞后换相点再进行换相。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种单相无刷直流电机换相方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S1，实时获取单相无刷直流电机中的霍尔中断信号，得到连续2个霍尔中断信号的间隔时间t_period；步骤S2，通过间隔时间t_period、当前的提前滞后占空比以及当前的指令输出占空比确定输出的提前滞后时间t_delay以获得提前或滞后换相点；

步骤S3，基于间隔时间t_period和输出的提前滞后时间t_delay在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理；

所述步骤S3中在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理具体包括：

当换相需要提前并且指令占空比余数与提前滞后角度之和为负时，则进行提前换相，在提前换相点进行换相，然后在霍尔中断中执行一次换相；

当换相需要提前并且指令占空比余数与提前滞后角度之和为正时，则进行滞后换相，在霍尔中断中执行关断当前相的操作，而在滞后换相点再进行换相；

当换相需要滞后时，则进行滞后换相，在霍尔中断中执行关断当前相的操作，而在滞后换相点再进行换相。

2.根据权利要求1所述的一种单相无刷直流电机换相方法，其特征在于，所述步骤S2中通过下式确定输出的提前滞后时间t_delay：

t_delay＝t_period×(P_delay+1-P_cmd)

其中，t_period表示霍尔信号状态变化的间隔时间，P_delay表示当前的提前滞后占空比，P_cmd表示当前的指令输出占空比。

3.一种单相无刷直流电机换相装置，其特征在于，该装置包括：

数据获取单元，实时获取单相无刷直流电机中的霍尔中断信号，得到连续2个霍尔中断信号的间隔时间t_period；

数据处理单元，通过间隔时间t_period、当前的提前滞后占空比以及当前的指令输出占空比确定输出的提前滞后时间t_delay以获得提前或滞后换相点；

控制单元，基于间隔时间t_period和输出的提前滞后时间t_delay在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理；

所述控制单元在不同的运行阶段对换相过程进行提前或滞后处理具体包括：

当换相需要提前并且指令占空比余数与提前滞后角度之和为负时，则进行提前换相，在提前换相点进行换相，然后在霍尔中断中执行一次换相；

当换相需要提前并且指令占空比余数与提前滞后角度之和为正时，则进行滞后换相，在霍尔中断中执行关断当前相的操作，而在滞后换相点再进行换相；

当换相需要滞后时，则进行滞后换相，在霍尔中断中执行关断当前相的操作，而在滞后换相点再进行换相。

4.根据权利要求3所述的一种单相无刷直流电机换相装置，其特征在于，所述数据处理单元通过下式确定输出的提前滞后时间t_delay：

t_delay＝t_period×(P_delay+1-P_cmd)

其中，t_period表示霍尔信号状态变化的间隔时间，P_delay表示当前的提前滞后占空比，P_cmd表示当前的指令输出占空比。

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