CN112087168A - 一种无刷直流电机换向表自动生成及相序自识别的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无刷直流电机换向表自动生成及相序自识别的方法，换向表自动生成方法包括：通过控制单元控制驱动单元产生多个导通定子的三相的预设电压矢量，定子的三相根据每个预设电压矢量导通并产生对应的电流，使转子旋转并定位在对应的位置，根据转子的每个定位位置得到电机在正常换向控制时对应的导通相，基于全部导通相和全部总电平信号生成电机的实际换向表，从而使电机在定子三相和三个霍尔传感器的接线顺序均未知的情况下，得到电机的实际换向表，并基于实际换向表对电机进行正确的换向控制。采用本发明的方法，无需预先得到电机的正确换相表，定子三相和三个霍尔传感器也无需按照严格的顺序接线，可以降低操作复杂度，提高操作效率。

Description

一种无刷直流电机换向表自动生成及相序自识别的方法

技术领域

本发明涉及无刷直流电机控制技术领域，尤其涉及一种无刷直流电机换向表自动生成及相序自识别的方法。

背景技术

无刷直流电机具有效率高、寿命长、功率密度高等优点，由于采用电子换相，取消了电刷、滑环等易损部件，其环境适应性、寿命、电磁兼容性均得到显著提高。因此在工业数控、军用伺服等诸多行业得到了广泛的应用。

目前，无刷直流电机采用三个开关式霍尔传感器进行转子位置扇区判断，根据扇区进行换相操作，对应相导通以实现电机控制。因此，电机定子三相的接线顺序和三个霍尔传感器的接线顺序必须严格保持对应关系，才能获得电机的换向表，控制器根据换向表对电机进行正确的换向控制。

但是，在电机的定子三相和三个霍尔传感器的接线顺序未知的情况下，无法得到电机的换向表，也就无法对电机进行正确换向控制。

发明内容

本发明提供了一种无刷直流电机换向表自动生成及相序自识别的方法，能够解决现有的无刷直流电机在定子三相和三个霍尔传感器的接线顺序未知时无法得到电机换向表的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种无刷直流电机换向表自动生成方法，所述方法包括：

控制单元控制电机的驱动单元产生多个预设电压矢量；

电机的定子的三相根据每个预设电压矢量导通并产生与每个预设电压矢量对应的电流；

电机的转子根据每个电流产生的磁场发生旋转，并定位在对应的位置；

基于转子的每个定位位置得到电机在正常换向控制时对应的逆时针电压矢量和对应的顺时针电压矢量；

基于电机在正常换向控制时的每个逆时针电压矢量和每个顺时针电压矢量得到电机在正常换向控制时对应的导通相；

设置在电机内不同位置的三个霍尔传感器检测转子在每个定位位置产生的磁场，并基于每个定位位置三个霍尔传感器的输出信号得到与每个定位位置分别对应的总电平信号；

基于全部导通相和全部总电平信号生成电机的实际换向表，其中，实际换向表包括逆时针换向表和顺时针换向表。

优选的，所述多个预设电压矢量包括A+B-C-、A+B+C-、A-B+C-、A-B+C+、A-B-C+和A+B-C+。

优选的，所述方法还包括：在基于每个定位位置三个霍尔传感器的输出信号得到与每个定位位置分别对应的总电平信号之后，对总电平信号进行低通滤波，得到低通滤波后的总电平信号。

优选的所述驱动单元为三相桥功率驱动电路。

根据本发明的另一方面，提供了一种无刷直流电机定子相序自识别方法，所述方法包括：

获取设置在电机内不同位置的三个霍尔传感器的总电平信号，并基于上述的无刷直流电机换向表自动生成方法生成的实际换向表和正确换向表确定与获取的总电平信号分别对应的电机定子的导通相；

基于确定的导通相得到定子的实际接线相序。

根据本发明的又一方面，提供了一种无刷直流电机霍尔传感器相序自识别方法，所述方法包括：

获取电机定子的导通相，并基于上述的无刷直流电机换向表自动生成方法生成的实际换向表和正确换向表确定与获取的导通相分别对应的设置在电机内不同位置的三个霍尔传感器的总电平信号；

基于确定的总电平信号得到三个霍尔传感器的实际接线相序。

应用本发明的技术方案，通过控制单元控制驱动单元产生多个导通定子的三相的预设电压矢量，定子的三相根据每个预设电压矢量导通并产生对应的电流，使转子旋转并定位在对应的位置，再根据转子的每个定位位置得到电机在正常换向控制时对应的导通相，并基于全部导通相和全部总电平信号生成电机的实际换向表，从而使电机在定子三相的接线顺序和三个霍尔传感器的接线顺序均未知的情况下，得到电机的实际换向表，并基于实际换向表对电机进行正确的换向控制。采用本发明的方法，无需预先得到电机的正确换相表，定子三相和三个霍尔传感器也无需按照严格的顺序接线，可以降低操作复杂度，提高操作效率，从而可以显著扩大无刷直流电机应用的领域范围，大幅降低应用复杂度。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的一种实施例提供的无刷直流电机换向表自动生成方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明的一种实施例提供的驱动单元；

图3示出了根据本发明的一种实施例提供的定子、转子和霍尔传感器的位置关系示意图；

图4示出了与图3相对应的预设电压矢量的示意图；

图5示出了根据本发明的一种实施例提供的无刷直流电机定子相序自识别方法的流程示意图；

图6示出了根据本发明的一种实施例提供的无刷直流电机霍尔传感器相序自识别方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出了根据本发明的一种实施例提供的无刷直流电机换向表自动生成方法的流程示意图。如图1所示，本发明提供了一种无刷直流电机换向表自动生成方法，所述方法包括：

S11、控制单元控制电机的驱动单元产生多个预设电压矢量；

S12、电机的定子的三相根据每个预设电压矢量导通并产生与每个预设电压矢量对应的电流；

S13、电机的转子根据每个电流产生的磁场发生旋转，并定位在对应的位置；

S14、基于转子的每个定位位置得到电机在正常换向控制时对应的逆时针电压矢量和对应的顺时针电压矢量；

S15、基于电机在正常换向控制时的每个逆时针电压矢量和每个顺时针电压矢量得到电机在正常换向控制时对应的导通相；

S16、设置在电机内不同位置的三个霍尔传感器检测转子在每个定位位置产生的磁场，并基于每个定位位置三个霍尔传感器的输出信号得到与每个定位位置分别对应的总电平信号；

S17、基于全部导通相和全部总电平信号生成电机的实际换向表，其中，实际换向表包括逆时针换向表和顺时针换向表。

在本发明中，实际换向表包括与每个预设电压矢量相对应的电机在正常换向控制时的导通相和与每个预设电压矢量相对应的三个霍尔传感器的总电平信号。

应用本发明的技术方案，通过控制单元控制驱动单元产生多个导通定子的三相的预设电压矢量，定子的三相根据每个预设电压矢量导通并产生对应的电流，使转子旋转并定位在对应的位置，再根据转子的每个定位位置得到电机在正常换向控制时对应的导通相，并基于全部导通相和全部总电平信号生成电机的实际换向表，从而使电机在定子三相的接线顺序和三个霍尔传感器的接线顺序均未知的情况下，得到电机的实际换向表，并基于实际换向表对电机进行正确的换向控制。采用本发明的方法，无需预先得到电机的正确换相表，定子三相和三个霍尔传感器也无需按照严格的顺序接线，可以降低操作复杂度，提高操作效率，从而可以显著扩大无刷直流电机应用的领域范围，大幅降低应用复杂度。

其中，对无刷直流电机进行正常换相控制时，需使电压矢量与转子位置保持在接近90度的位置，由于每60度电角度(即一个扇区)进行一次换相，因此转子在扇区的角平分线位置与预设电压矢量垂直，从而基于转子的定位位置反推出电机在正常换向控制时对应的逆时针电压矢量和对应的顺时针电压矢量。

根据本发明的一种实施例，所述方法还包括：在基于每个定位位置三个霍尔传感器的输出信号得到与每个定位位置分别对应的总电平信号之后，对总电平信号进行低通滤波，得到低通滤波后的总电平信号，从而提高总电平信号的信号质量。

图2示出了根据本发明的一种实施例提供的驱动单元。如图2所示，根据本发明的一种实施例，所述驱动单元为三相桥功率驱动电路。其中，三相桥功率驱动电路包括三个并联的桥臂，每个桥臂包括两个串联的开关管。具体的，第一桥臂包括串联连接的开关管T1和开关管T2，第二桥臂包括串联连接的开关管T3和开关管T4，第三桥臂包括串联连接的开关管T5和开关管T6。三相桥功率驱动电路通过控制六个开关管的开通和关断产生不同的预设电压矢量。电机定子的三相为星型连接，并分别接入对应桥臂上。具体的，定子A相接入开关管T1和开关管T2之间的A点，定子B相接入开关管T3和开关管T4之间的B点，定子C相接入开关管T5和开关管T6之间的C点。

图3示出了根据本发明的一种实施例提供的定子、转子和霍尔传感器的位置关系示意图。如图3所示，A、B、C分别表示电机定子的A相、B相、C相；正负符号表示电流的流向。以定子的A相为例，电流从A+流入，从A-流出，对应图4中的电压矢量A+；电流从A-流入，从A+流出，对应图4中的电压矢量A-。三个霍尔传感器均以磁场穿出为“1”，磁场穿入为“0”。

如图4所示，A+为单相通电，此时定子A相施加正电压，其余同理。A+C-为两相通电，此时定子A相施加正电压，定子C相施加负电压，其余同理。A+B+C-为三相通电，此时定子A相和定子B相施加正电压，定子C相施加负电压，其余同理。

根据本发明的一种实施例，以图3中的位置关系为例，所述多个预设电压矢量包括A+B-C-、A+B+C-、A-B+C-、A-B+C+、A-B-C+和A+B-C+。

下面以预设电压矢量的数量是6个为例，对本发明的换向表自动生成方法进行详细说明。该方法包括如下步骤：

S21、控制单元控制电机的驱动单元产生六个预设电压矢量；

S22、电机的定子根据六个预设电压矢量分别导通并产生与六个预设电压矢量一一对应的六个电流；

S23、电机的转子根据六个电流分别产生的磁场发生旋转，并定位在与六个电流一一对应的六个位置；

S24、基于转子的六个定位位置得到电机在正常换向控制时与六个定位位置一一对应的六个逆时针电压矢量和六个对应的顺时针电压矢量；

S25、基于电机在正常换向控制时的六个逆时针电压矢量得到电机在正常换向控制时与六个逆时针电压矢量一一对应的六个导通相，基于电机在正常换向控制时的六个顺时针电压矢量得到电机在正常换向控制时与六个顺时针电压矢量一一对应的六个导通相；

S26、设置在电机内不同位置的三个霍尔传感器检测转子在六个定位位置产生的磁场，并基于六个定位位置三个霍尔传感器的输出信号得到与六个定位位置一一对应的六个总电平信号；

S27、基于十二个导通相和六个总电平信号生成电机的实际换向表。

下面以其中一个预设电压矢量为A+B-C-为例，对本发明的换向表自动生成方法进行详细说明。该方法包括如下步骤：

S31、控制单元控制电机的驱动单元的开关管T1、开关管T4和开关管T6按照预设占空比开通，开关管T2、开关管T3和开关管T5关断，以产生A+B-C-的预设电压矢量；

S32、电机的定子根据A+B-C-的预设电压矢量产生由A相流入、B相和C相流出的电流；

S33、电机的转子根据S32中的电流产生的磁场发生旋转，并定位在对应的位置；

S34、基于转子的定位位置(如图3所示)得到电机在正常换向控制时逆时针电压矢量为B+C-和顺时针电压矢量为C+B-；

S35、基于电机在正常换向控制时逆时针电压矢量为B+C-得到电机在正常换向控制时的导通相为B+C-(即B+相流入，C-相流出)；基于电机在正常换向控制时顺时针电压矢量为C+B-得到电机在正常换向控制时的导通相为C+B-(即C+相流入，B-相流出)；

S36、基于转子在图3示出的位置，得到霍尔传感器A的电平信号为“0”，、霍尔传感器B的电平信号为“0”，霍尔传感器C的电平信号为“1”，此时三个霍尔传感器的总电平信号为“0”、“0”、“1”；

S37、基于电机在正常换向控制时的导通相B+C-与C+B-和三个霍尔传感器的总电平信号“0”、“0”、“1”，得到换向表中的一组数据。

根据其余五个预设电压矢量同理得到换向表的其余组的数据，下面给出其余五个预设电压矢量对应电机在正常换向控制时的导通相和三个霍尔传感器的总电平信号。

a)预设电压矢量为A+B+C-时，三个霍尔传感器的总电平信号为“1”、“0”、“1”，电机在正常换向控制时的导通相为B+A-和A+B-；

b)预设电压矢量为A-B+C-时，三个霍尔传感器的总电平信号为“1”、“0”、“0”，电机在正常换向控制时的导通相为C+A-和A+C-；

c)预设电压矢量为A-B+C+时，三个霍尔传感器的总电平信号为“1”、“1”、“0”，电机在正常换向控制时的导通相为C+B-和B+C-；

d)预设电压矢量为A-B-C+时，三个霍尔传感器的总电平信号为“0”、“1”、“0”，电机在正常换向控制时的导通相为A+B-和B+A-；

e)预设电压矢量为A+B-C+时，三个霍尔传感器的总电平信号为“0”、“1”、“1”，电机在正常换向控制时的导通相为A+C-和C+A-。

由此，通过上述方法得到的换向表如表1和表2所示。

表1逆时针转动时的换相表

表2顺时针转动时的换相表

图5示出了根据本发明的一种实施例提供的无刷直流电机定子相序自识别方法的流程示意图。如图5所示，本发明还提供了一种无刷直流电机定子相序自识别方法，所述方法包括：

S41、获取设置在电机内不同位置的三个霍尔传感器的总电平信号，并基于上述的无刷直流电机换向表自动生成方法生成的实际换向表和正确换向表确定与获取的总电平信号分别对应的电机定子的导通相；

S42、基于确定的导通相得到定子的实际接线相序。

其中，正确换向表为定子的三相的接线顺序和三个霍尔传感器的接线顺序均正确的情况下得到的换向表。实际换向表为定子的三相和三个霍尔传感器均为任意接线顺序的情况下得到的换向表。实际换向表可以与正确换向表不同，也可以与正确换向表相同。

无刷直流电机的三个霍尔传感器的排布位置与定子三相的位置存在对应关系，基于该对应关系实现电机的“二二”导通(即每次导通定子三相中的两相)控制。电机在“二二”导通的控制模式下，转子每转过60度电角度(即一个扇区)会有一个霍尔传感器输出的电平信号发生变化，从而生成正确换相表。

此外，不同位置的三个霍尔传感器分别输出各自的电平信号，三个电平信号共同组成总电平信号。

举例来讲，以表1中第2列，三个霍尔传感器的总电平信号为“0”、“1”、“0”，电机在正常换向控制时的导通相为A+B-为例，若此列对应的正确换相表中电机在正常换向控制时的导通相为C+A-，则可以判定此时三相桥的A点所接实际为定子C相，三相桥的B点所接实际为定子A相，其余同理，可以得到电机的接线顺序与实际定子三相之间的对应关系，即得到电机定子三相的接线相序。

图6示出了根据本发明的一种实施例提供的无刷直流电机霍尔传感器相序自识别方法的流程示意图。如图6所示，本发明还提供了一种无刷直流电机霍尔传感器相序自识别方法，所述方法包括：

S51、获取电机定子的导通相，并基于上述的无刷直流电机换向表自动生成方法生成的实际换向表和正确换向表确定与获取的导通相分别对应的设置在电机内不同位置的三个霍尔传感器的总电平信号；

S52、基于确定的总电平信号得到三个霍尔传感器的实际接线相序。

举例来讲，以表1中第2列，电机在正常换向控制时的导通相为A+B-，三个霍尔传感器的总电平信号为“0”、“1”、“0”为例，若此列对应的正确换相表中三个霍尔传感器的总电平信号为“1”、“0”、“0”，则可以判定此时霍尔传感器B点所接实际为霍尔传感器A，其余同理，可以得到霍尔传感器的接线顺序与实际霍尔传感器的对应关系，即得到霍尔传感器的接线相序。

在本发明中，转子需旋转一段时间才能到达定位位置，这段时间的长短根据电机和通电电流的大小来确定。这段时间越短，生成换向表和相序自识别的速度越快，但转子定位越不稳定。可以通过现有技术对转子旋转至定位位置的时间进行调节。

本发明的方法不限定三个霍尔传感器的排布位置与定子的三相的位置，即对于任意的霍尔传感器排布位置和定子三相的位置均适用。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无刷直流电机换向表自动生成方法，其特征在于，所述方法包括：

控制单元控制电机的驱动单元产生多个预设电压矢量；

电机的定子的三相根据每个预设电压矢量导通并产生与每个预设电压矢量对应的电流；

电机的转子根据每个电流产生的磁场发生旋转，并定位在对应的位置；

基于转子的每个定位位置得到电机在正常换向控制时对应的逆时针电压矢量和对应的顺时针电压矢量；

基于电机在正常换向控制时的每个逆时针电压矢量和每个顺时针电压矢量得到电机在正常换向控制时对应的导通相；

设置在电机内不同位置的三个霍尔传感器检测转子在每个定位位置产生的磁场，并基于每个定位位置三个霍尔传感器的输出信号得到与每个定位位置分别对应的总电平信号；

基于全部导通相和全部总电平信号生成电机的实际换向表，其中，实际换向表包括逆时针换向表和顺时针换向表。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个预设电压矢量包括A+B-C-、A+B+C-、A-B+C-、A-B+C+、A-B-C+和A+B-C+。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在基于每个定位位置三个霍尔传感器的输出信号得到与每个定位位置分别对应的总电平信号之后，对总电平信号进行低通滤波，得到低通滤波后的总电平信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述驱动单元为三相桥功率驱动电路。

5.一种无刷直流电机定子相序自识别方法，其特征在于，所述方法包括：

获取设置在电机内不同位置的三个霍尔传感器的总电平信号，并基于权利要求1-4中任一项所述的无刷直流电机换向表自动生成方法生成的实际换向表和正确换向表确定与获取的总电平信号分别对应的电机定子的导通相；

基于确定的导通相得到定子的实际接线相序。

6.一种无刷直流电机霍尔传感器相序自识别方法，其特征在于，所述方法包括：

获取电机定子的导通相，并基于权利要求1-4中任一项所述的无刷直流电机换向表自动生成方法生成的实际换向表和正确换向表确定与获取的导通相分别对应的设置在电机内不同位置的三个霍尔传感器的总电平信号；

基于确定的总电平信号得到三个霍尔传感器的实际接线相序。

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