CN112701967A - 一种无刷电机驱动控制方法、控制器及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无刷电机驱动控制方法，包括以下步骤：无刷电机正常转动至线圈中电流为零状态时，线圈断开，给线圈两端施加一预设大小的方波，对线圈充磁使其具有一定的磁场能；方波结束后，线圈闭合，无刷电机因惯性继续转动，线圈中磁场能转化为电机转子的机械能；通过在线圈电流为零时，给其一方波脉冲，使线圈具有一定的磁场能，使线圈闭合，在电机转动过程中，磁场能自然而然的转化成转子的动能，当线圈的磁场能完全转化为转子的动能时，线圈的电流变化到零值，这时再度开始新的一轮循环，不断的把电能转化为转子的机械能，维持电机的转动，通过该种方式对无刷电机进行驱动相较于常规的驱动方式能够获得更高的能量转化效率和更高的转速。
Description
技术领域
本发明涉及无刷电机技术领域，更具体地说，涉及一种无刷电机驱动控制方法、控制器及设备。
背景技术
现有的无刷电机是通过控制电机在转动过程中的电流大小，每一个电机角度对应着一个数值的电流，控制器实时地比较真实电流值与设定值的差值，通过调整输入方波进行修正，是一种补充能量型工作方式；
目前，我国正处在产业结构转型时期，国家正在大力提倡节能减排；在各行各业中，电机的使用普便而广泛；如何进一步提高无刷电机的驱动效率，对实现节能减排有着重要的经济意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种无刷电机驱动控制方法，一种无刷电机控制器及一种设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种无刷电机驱动控制方法，其包括以下步骤：
第一步：无刷电机正常转动至线圈中电流为零状态时，线圈断开，给线圈两端施加一预设大小的方波，对线圈充磁使其具有一定的磁场能；
第二步：方波结束后，线圈闭合，无刷电机因惯性继续转动，线圈中磁场能转化为电机转子的机械能。
本发明所述的无刷电机驱动控制方法，其中，还包括方法：根据无刷电机相数N与线圈中电流的方向，将无刷电机的一个运行周期分解为2*N个能量转化周期，对每一能量转化周期所对应的绕组执行所述第一步和所述第二步的方法，N为大于1的整数。
本发明所述的无刷电机驱动控制方法，其中，还包括方法：将N相无刷电机的N个绕组两端抽头使得N个绕组相互独立，形成N相2*N线制无刷电机，N为大于1的整数。
本发明所述的无刷电机驱动控制方法，其中，还包括方法：将360度进行2*N等分获得检测角度，通过检测无刷电机转角判断线圈中电流是否为零。
本发明所述的无刷电机驱动控制方法，其中，还包括方法：通过在无刷电机上安装霍尔传感器和磁铁检测无刷电机转角。
本发明所述的无刷电机驱动控制方法，其中，还包括方法：通过检测无刷电机转角判断是否到达线圈闭合时刻。
一种无刷电机驱动控制器，根据上述的无刷电机驱动控制方法，其中，所述无刷电机驱动控制器运用所述无刷电机驱动控制方法控制无刷电机。
一种无刷电机设备，根据上述的无刷电机驱动控制器，其中，所述无刷电机设备上设置有所述无刷电机驱动控制器。
本发明的有益效果在于：通过在线圈电流为零时，把电机绕组线圈看作一个电感，给其一方波脉冲，使线圈具有一定的磁场能，使线圈闭合，在电机转动过程中，磁场能自然而然的转化成转子的动能，当线圈的磁场能完全转化为转子的动能时，线圈的电流变化到零值，这时再度开始新的一轮循环，不断的把电能转化为转子的机械能，维持电机的转动，通过该种方式对无刷电机进行驱动相较于常规的驱动方式能够获得更高的能量转化效率和更高的转速。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，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附图：
图1是本发明较佳实施例的无刷电机驱动控制方法流程图图；
图2是本发明较佳实施例的无刷电机驱动控制方法以三相无刷电机为例的电压-时间正弦函数图像；
图3是本发明较佳实施例的无刷电机驱动控制方法以三相无刷电机为例6周期分解示意图；
图4是本发明较佳实施例的无刷电机驱动控制方法实验一的示波器输出结果示意图；
图5是本发明较佳实施例的无刷电机驱动控制方法实验二的示波器输出结果示意图；
图6是本发明较佳实施例的无刷电机驱动控制方法实验三的示波器输出结果示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明较佳实施例的无刷电机驱动控制方法，如图1所示，同时参阅图2-6，包括以下步骤：
S01：无刷电机正常转动至线圈中电流为零状态时，线圈断开，给线圈两端施加一预设大小的方波，对线圈充磁使其具有一定的磁场能；
S02：方波结束后，线圈闭合，无刷电机因惯性继续转动，线圈中磁场能转化为电机转子的机械能；
通过在线圈电流为零时，把电机绕组线圈看作一个电感，给其一方波脉冲，使线圈具有一定的磁场能，使线圈闭合，在电机转动过程中，磁场能自然而然的转化成转子的动能，当线圈的磁场能完全转化为转子的动能时，线圈的电流变化到零值，这时再度开始新的一轮循环，不断的把电能转化为转子的机械能，维持电机的转动，通过该种方式对无刷电机进行驱动相较于常规的驱动方式能够获得更高的能量转化效率和更高的转速。
优选的，还包括方法：根据无刷电机相数N与线圈中电流的方向，将无刷电机的一个运行周期分解为2*N个能量转化周期，对每一能量转化周期所对应的绕组执行第一步和第二步的方法，N为大于1的整数；便于进行周期性的进行充放磁场能操作，通过该种方式进行有规律的驱动无刷电机。
优选的，还包括方法：将N相无刷电机的N个绕组两端抽头使得N个绕组相互独立，形成N相2*N线制无刷电机，N为大于1的整数；方便进行对绕组两端进行施加方波脉冲，结构可以在现有的无刷电机绕组上直接简单进行改进获得。
优选的，还包括方法：将360度进行2*N等分获得检测角度，通过检测无刷电机转角判断线圈中电流是否为零。
优选的，还包括方法：通过在无刷电机上安装霍尔传感器和磁铁检测无刷电机转角；便于进行无线控制和无线检测。
优选的，还包括方法：通过检测无刷电机转角判断是否到达线圈闭合时刻。
一种无刷电机驱动控制器，根据上述的无刷电机驱动控制方法，其中，无刷电机驱动控制器运用无刷电机驱动控制方法控制无刷电机。
一种无刷电机设备，根据上述的无刷电机驱动控制器，其中，无刷电机设备上设置有无刷电机驱动控制器；设备可以是提供驱动力的驱动设备，也可以是包含有无刷电机驱动部分的用电设备。
以三相无刷电机为例，驱动方式说明如下：
1、在普通的无刷电机基础上改动线圈绕组抽头，使得三个绕组相互独立，使之成为三向6线制电机；这里三相分别设为X相、Y相和Z相；在电机上加装霍尔传感器和磁铁，使之能得到电机的转角t；
2、使电机匀速转动，以X相输出电压-时间图像为正弦函数图像的点为零点，则Y相、Z相输出电压-时间的图相与X相的关系如图2所示；
3、根据电机相数和线圈中电流方向，将电机运行一个周期分解为6个能量转化周期，如图3所示；
在正常运行模式时：
在t1～t2时间段内X相线圈通以正向电流，驱动电机运动；
在t2～t3时间段内Y相线圈通以正向电流，驱动电机运动；
在t3～t4时间段内Z相线圈通以正向电流，驱动电机运动；
在t4～t5时间段内X相线圈通以反向电流，驱动电机运动；
在t5～t6时间段内Y相线圈通以反向电流，驱动电机运动；
在t6～t7时间段内Z相线圈通以反向电流，驱动电机运动。
采用本申请的驱动方式时：
以t1～t2时间段内电机的运行作具体说明，其它时段运行方法一样，只是线圈不同，电流方向不同，因此不作细说。
当霍尔元件检测到电机运行到60度角(t1时刻)，
1，此时线圈X处于断开，线圈A中的电流为零。
2，在此时，线圈X两端加上一个电压为A，时间为ton的方波。在方波信号结束前使得X相线圈中的电流持续增大。方波结束后，线圈中有一定的磁场能。
3，方波刚刚结束时刻，电路换路。使线圈从充磁状态变为线圈闭合状态。此时电机因惯性而继续转动。同时X线圈中的磁场能继续转化为电机转子的机械能。
4.经过设计的方波大小使得电机转至t2时刻前，电流已减小到零。
5.当电路检测到电流变为零时，线圈X相断开，t1～t2时间段内的电机驱动结束；
以三线圈独立电机为例，具体实验检测数据如下：
实验一：
使用一个电动机作驱动实验电机，通过联轴器带动另一个电机作为负载。电机内部的霍尔传感器连接至示波器，通过示波器来观测电机的运行转速。
实验观测到的示波器输出结果如图4所示：
示波器参数说明：
示波器信号为电机内部三个霍尔输出中的任意一个，这三个信号输出频率相同，相位差为120度角，在这里只是为了得到电机的转速信息，所以接任何一个输出都看到的是同样的结果。又因为电机转子有两对磁极，所以转子转一圈，电机霍尔信号发出两个方波信号。示波器频率除以2就是电机每秒所转过的圈数，通常电机转速是以每分钟多少转(RPM)来表示的。所以要再乘以60。
计算电机的运行转速：489*60/2＝14670RPM
结果分析：在电机达到此速度时，因为伴随着很大的噪音。所以可以认为驱动有很大的阻力。进而得出电机驱动力矩足够正常使用。但此时不是正常的转速。
——虽没有得到额定转速，但确定电机力矩足够用。
实验二：
使用一个电机作为驱动实验电机，通过联轴器带动60mm直径小切割片作为负载。电机内部的霍尔传感器连接至示波器，通过示波器来观测电机的运行转速。
实验观测到的示波器输出结果如图5所示：
示波器参数说明：
示波器信号为电机内部三个霍尔输出中的任意一个，这三个信号输出频率相同，相位差为120度角，在这里只是为了得到电机的转速信息，所以接任何一个输出都看到的是同样的结果。又因为电机转子有两对磁极，所以转子转一圈，电机霍尔信号发出两个方波信号。示波器频率除以2就是电机每秒所转过的圈数，通常电机转速是以每分钟多少转(RPM)来表示的。所以要再乘以60。
计算电机的运行转速：：761*60/2＝22830RPM
结果分析：此时噪音不算太过巨大，一般应用场也差不多如此，此时转速可基本等于其额定转速，此时为23000转/分。
——实测得出额定转速
实验三：
使用一个电机作为驱动实验电机，不带任何负载。电机内部的霍尔传感器连接至示波器，通过示波器来观测电机的运行转速。
实验观测到的示波器输出结果如图6所示：
示波器参数说明：
示波器信号为电机内部三个霍尔输出中的任意一个，这三个信号输出频率相同，相位差为120度角，在这里只是为了得到电机的转速信息，所以接任何一个输出都看到的是同样的结果。又因为电机转子有两对磁极，所以转子转一圈，电机霍尔信号发出两个方波信号。示波器频率除以2就是电机每秒所转过的圈数，通常电机转速是以每分钟多少转(RPM)来表示的。所以要再乘以60。
计算电机的运行转速：902*60/2＝27060RPM
结果说明：一般电机为了保持一定的机械效率，往往设计的额定转速不低于空载转速的85％，所以测得其空载转速，也可算出额定转速。
27000*85％＝23000转/分
——根据空载转速估算额定转速。
综上实验数据，电机经改造后的额定转速为23000转/分。——12V电压工作。
本电机在没有改造驱动实验前，所使用的电机额定转速为20000RPM@12电压条件下。
改造后，通过实验1,2,3可以看出平均转速大于20000RPM,相同情况下转速有所提高。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种无刷电机驱动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：无刷电机正常转动至线圈中电流为零状态时，线圈断开，给线圈两端施加一预设大小的方波，对线圈充磁使其具有一定的磁场能；
第二步：方波结束后，线圈闭合，无刷电机因惯性继续转动，线圈中磁场能转化为电机转子的机械能。
2.根据权利要求1所述的无刷电机驱动控制方法，其特征在于，还包括方法：根据无刷电机相数N与线圈中电流的方向，将无刷电机的一个运行周期分解为2*N个能量转化周期，对每一能量转化周期所对应的绕组执行所述第一步和所述第二步的方法，N为大于1的整数。
3.根据权利要求2所述的无刷电机驱动控制方法，其特征在于，还包括方法：将N相无刷电机的N个绕组两端抽头使得N个绕组相互独立，形成N相2*N线制无刷电机，N为大于1的整数。
4.根据权利要求2所述的无刷电机驱动控制方法，其特征在于，还包括方法：将360度进行2*N等分获得检测角度，通过检测无刷电机转角判断线圈中电流是否为零。
5.根据权利要求4所述的无刷电机驱动控制方法，其特征在于，还包括方法：通过在无刷电机上安装霍尔传感器和磁铁检测无刷电机转角。
6.根据权利要求4所述的无刷电机驱动控制方法，其特征在于，还包括方法：通过检测无刷电机转角判断是否到达线圈闭合时刻。
7.一种无刷电机驱动控制器，根据权利要求1-6任一所述的无刷电机驱动控制方法，其特征在于，所述无刷电机驱动控制器运用所述无刷电机驱动控制方法控制无刷电机。
8.一种无刷电机设备，根据权利要求7所述的无刷电机驱动控制器，其特征在于，所述无刷电机设备上设置有所述无刷电机驱动控制器。
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| CN202011470310.1A CN112701967A (zh) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | 一种无刷电机驱动控制方法、控制器及设备 |
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| CN101796715A (zh) * | 2007-06-01 | 2010-08-04 | 依必安-派特圣乔根有限责任两合公司 | 用于借助于直流电压源运行单相电子换向电机的方法以及用于执行这样的方法的电机 |
| CN107005181A (zh) * | 2015-02-12 | 2017-08-01 | 日立汽车系统株式会社 | 电动机驱动控制装置 |
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