CN112787555A - 霍尔元件温度漂移校正方法、电机及其控制方法、电器及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种霍尔元件温度漂移校正方法、电机及其控制方法、电器及计算机可读存储介质，该方法包括获取霍尔元件输出电压信号，根据电压信号计算基准换相时刻；并且，获取霍尔元件的环境温度，根据环境温度确定换相滞后时间；根据基准换相时刻与换相滞后时间计算实际换相时刻，并在下一霍尔周期的实际换相时刻输出换相信号。本发明还提供实现上述方法的电机、电机控制方法以及计算机可读存储介质。本发明能够提高实际换相时间计算的准确性以及效率，减少控制器的计算量。

Description

霍尔元件温度漂移校正方法、电机及其控制方法、电器及计算 机可读存储介质

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体地，是一种霍尔元件温度漂移校正方法，还涉及应用这种方法的电机以及电机的控制方法、具有这种电机的电器以及实现这种方法的计算机可读存储介质。

背景技术

直流电机广泛应用在各种电器中，例如空调器、洗衣机等家用电器大量使用直流电机。直流电机工作时，需要对转子的位置进行检测，从而对加载到开关器件的脉冲调制信号的进行控制。因此，直流电机通常设置有霍尔传感器，霍尔传感器通常设置在直流电机的转子的上方，通过霍尔传感器输出的信号来判断转子的位置，并且根据霍尔传感器输出的信号来确定换相时刻。

通常，霍尔传感器分为霍尔IC和霍尔元件两种，由于霍尔元件的成本较低，得到广泛应用。但霍尔元件的输出电压幅值受温度影响较大，即存在较大的温度漂移特性，当霍尔元件所在的环境温度较高时，霍尔元件输出的电压信号的幅值会降低，并导致时换相时刻的延迟，电机的功率和效率因此会损失。

如图1所示，霍尔元件输出的电压信号包括两路信号，分别是HP信号与HN信号，图中上方的两路信号是在常温下霍尔元件输出的电压信号。采用霍尔元件检测转子位置的原理是：在电压信号过零点后，当HP信号的波形幅值大于HN信号的波形幅值0.3V时开始换相。从图1可见，在常温下，霍尔元件输出电压幅值较大，换相点在t1时刻，当电机温度升高后，霍尔元件的工作温度也随之升高，输出的电压信号的幅值降低，即HP信号的波形幅值与HN信号的波形幅值均减小，图1下方的两路信号是在高温环境下霍尔元件输出的电压信号。

从图1可见，在高温环境下，HP信号的波形幅值大于HN信号的波形幅值0.3V的时刻相比起常温时滞后，高温环境下HP信号的波形幅值大于HN信号的波形幅值0.3V的时刻是在t2时刻。从图1可见，电机真正的换相时刻应该是t1时刻，但在高温环境下，换相时刻延迟到t2时刻，t1时刻与t2时刻之间时间长度为T1，这一时间长度就是换相滞后时间。

对于单个霍尔周期T而言，在高温环境下，换相时刻t2滞后于常温下换相时刻t1的电角度为(T1/T)×360°，这种情况是由霍尔元件的温度漂移特性引起的，在这一情况下，直流电机将在t2时刻换相，将导致电机的功率和效率因此会损失，导致电器的能耗增加，不利于电器的节能。

为此，现有的一些直流电机采用补偿方式来解决霍尔元件的温度漂移问题，例如公开号为CN112067023A的中国发明专利申请就公开了一种两霍尔磁电编码器的角度值温漂补偿方法，该方法需要检测霍尔元件输出的电压值，并乘以温度漂移修正系数Ki得到一修正值，再进行查表进行温度漂移的修正。然而，这种方法需要乘上一个修正系数后再查表，计算量较大。由于直流电机是高速运行的，换相时刻的计算需要在极短时间内完成，现有的这种方法会导致换相时刻计算不够及时而导致换相时刻不准确，影响直流电机的及时换相。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种能够快速计算出换相时刻的霍尔元件温度漂移校正方法。

本发明的第二目的是提供一种应用上述霍尔元件温度漂移校正方法的电机控制方法。

本发明的第三目的是提供一种应用上述电机控制方法的电机。

本发明的第四目的是提供一种应用上述电机的电器。

本发明的第五目的是提供一种实现上述霍尔元件温度漂移校正方法或者电机控制方法的计算机可读存储介质。

为实现本发明的第一目的，本发明提供的霍尔元件温度漂移校正方法包括获取霍尔元件输出电压信号，根据电压信号计算基准换相时刻；并且，获取霍尔元件的环境温度，根据环境温度确定换相滞后时间；根据基准换相时刻与换相滞后时间计算实际换相时刻，并在下一霍尔周期的实际换相时刻输出换相信号。

由上述方案可见，计算实际换相时刻的过程并不需要进行乘法计算，而是获取环境温度后直接就获取相应的换相滞后时间，并且在下一霍尔周期中计算出实际的换相时刻，从而提高实际换相时刻的计算效率，满足直流电机高速运行的需求。

一个优选的方案是，根据环境温度确定换相滞后时间包括：根据环境温度从预先设定的表格中查找该环境温度对应的换相滞后时间。

由此可见，通过查表的方式获取换相滞后时间，而不是通过特定的计算公式计算，可以减少获取换相滞后时间的计算量。

进一步的方案是，实际换相时刻为基准换相时刻前的换相滞后时间对应的时刻。

更进一步的方案是，根据电压信号计算基准换相时刻包括：计算电压信号的过零时间，以过零时间后到达预设电压值的时刻为基准换相时刻。

可见，上述计算可以准确的计算出电机的换相时刻，提高电机的控制精度。

更优选的，霍尔元件输出电压信号包括两路电压信号；以过零时间后到达预设电压值的时间为基准换相时刻包括：以过零时间后到两路电压信号的电压差值达预设电压值的时刻为基准换相时刻。

由此可见，通过计算霍尔元件两路的电压信号的差值来计算基准换相时刻，能够确保后续计算的实际换相时刻的准确性。

为实现上述的第二目的，本发明提供的电机控制方法中，该电机的转子的上方设置有至少一个霍尔传感器，该方法包括：应用上述的霍尔元件温度漂移校正方法获取换相信号，根据换相信号向开关器件输出脉冲调制信号。

一个优选的方案是，转子的上方还设置有温度传感器；获取霍尔元件的环境温度包括：根据温度传感器输出的信号计算霍尔元件的环境温度。

可见，通过温度传感器输出的信号来确认霍尔元件所在的环境的温度，可以提高温度检测的准确性。

更进一步的方案是，霍尔元件的数量为二个以上，温度传感器的数量为一个；获取霍尔元件的环境温度包括：根据温度传感器输出的信号计算多个霍尔元件的环境温度。

由于多个霍尔元件通常设置非常靠近，因此，仅通过一个温度传感器检测多个霍尔元件的环境温度可以满足检测的需求，并且还可以降低电机的生产成本。

为实现上述的第三目的，本发明提供的电机包括转子，转子的上方设置有霍尔元件，且电机上还设置有控制器，其中，控制器包括处理器以及存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的电机控制方法的各个步骤。

为实现上述的第四目的，本发明提供的电器包括壳体以及上述的电机。

为实现上述的第五目的，本发明提供计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述霍尔元件温度漂移校正方法的各个步骤或者实现上述的电机控制方法的各个步骤。

附图说明

图1是常温与温度过热情况下，霍尔元件输出的电压波形图。

图2是本发明霍尔元件温度漂移校正方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的霍尔元件温度漂移校正方法应用于直流电机上，优选的，直流电机的转子的上方设置有霍尔元件，如果直流电机是三相电机，则需要设置三个霍尔元件。优选的，直流电机还设置有控制器，控制器内设置有处理器以及存储器，存储器上存储有计算机程序，处理器通过执行该计算机程序实现上述的霍尔元件温度漂移校正方法。

霍尔元件温度漂移校正方法实施例：

参见图2，本实施例首先执行步骤S1，获取霍尔元件输出的电压信号，并且根据所输出的电压信号计算基准换相时刻。本实施例中，直流电机设置有控制器，控制器上设置有三个霍尔元件，优选的，三个霍尔元件均位于转子的上方。每一个霍尔元件输出的电压信号包括两路电压信号，即如图1所示的HP信号与HN信号。由于两路电压信号均为正弦波信号，即存在过零点，并且两路电压信号存在相位差，因此，会出现两路电压信号的差值交替变化的情况。

在常温的环境下，当HP信号的电压幅值大于HN信号的电压幅值时且两者的差值到达预设电压值时，可以认为该时刻为换相时刻，也就是基准换相时刻。因此，在一个霍尔周期下，计算电压信号在过零时间后，当出现HP信号的电压幅值大于HN信号的电压幅，且HP信号与HN信号的电压差值为预设电压值时，即认为该时刻为基准换相时刻，本实施例中，预设电压值0.3V。当然，实际应用时，预设电压值不一定是0.3V时，还可以是其他的电压值。

然后，执行步骤S2，获取霍尔元件的环境温度。本实施例中，在转子的上方设置一个温度传感器，例如设置热敏电阻，热敏电阻与一固定阻值电阻串联，向热敏电阻与固定阻值电阻的两端加载固定的电压，检测热敏电阻两端的电压值，根据该电压值计算出热敏电阻所在的位置的环境温度。由于热敏电阻设置在靠近霍尔元件的位置，因此，热敏电阻所检测的温度就是霍尔元件的环境温度。

本实施例的直流电机上设置有多个霍尔元件，但多个霍尔元件的距离较近，且均与热敏电阻的距离较近，因此，可以仅在转子的上方设置一个热敏电阻，采用一个热敏电阻所检测的温度作为多个霍尔元件的环境温度。这样，并不会导致霍尔元件的环境温度检测精度下降，而且还能够降低电机的生产成本。

然后，执行步骤S3，根据获取的环境温度，查询预先设定的表格来获取对应的换相滞后时间。本实施例中，预先检测霍尔元件在不同温度下的换相滞后时间，例如以电角度的方式来表示换相滞后时间，即图1所示的高温条件下换相时刻t2与常温下换相时刻t1之间的时间差值对应的电角度。并且在计算不同环境温度下的换相滞后时间后，制作成表格的形式，例如下表1所记录的数据，该表格的数据预先存储在存储器内。步骤S3中，在获取霍尔元件的环境温度后，通过查询该表格即可以快速的获取当前环境温度对应的换相滞后时间。

表1不同温度下的换相滞后时间

接着，执行步骤S4，判断是否进入下一霍尔周期。一个霍尔周期的起始时刻是HP信号与HN信号过零点，并且HP信号位于正半周，HN信号位于负半周。如果进入下一个霍尔周期，则执行步骤S5，如果没有进入下一个霍尔周期，则继续等待。

进入下一个霍尔周期后，在步骤S5中，计算实际的换相时刻。实际换相时刻是对应于常温环境下HP信号的电压幅值大于HN信号的电压幅值0.3V的时刻，但由于霍尔元件存在温度漂移的问题，在高温环境下导致电压信号的幅值减小，使得HP信号的电压幅值大于HN信号的电压幅值0.3V的时刻延迟，因此，需要反推在一个霍尔周期内实际的换相时刻。

实际上，实际换相时刻是在高温环境下，检测到HP信号的电压幅值大于HN信号的电压幅值0.3V时，向前的换相滞后时间就是实际换相时刻。例如图1的情况，在高温环境下，HP信号的电压幅值大于HN信号的电压幅值0.3V的时刻是t2实际，因此t2时刻为步骤S1计算的基准换相时刻，而步骤S3查表获得的换相滞后时间为T1，这样，在t2时刻前的T1时间，就是实际换相时刻t1，步骤S5就是需要计算实际换相时刻t1。

然而，由于实际换相时刻t2是基准换相时刻t1的前的换相滞后时间，如果使用同一个霍尔周期的基准换相时刻计算实际换相时刻，是不可能计算出实际换相时刻的。因此，本实施例中，使用上一霍尔周期的基准换相时刻为参考，使用上一霍尔周期的基准换相时刻作为当前霍尔周期的基准换相时刻，并且将上一霍尔周期的基准换相时刻减去换相滞后时间，得到当前霍尔周期的实际换相时刻。

由于相邻的两个霍尔周期的时间间隔非常短，因此霍尔元件的环境温度变化并不大，相邻两个霍尔周期下，霍尔元件输出的电压信号的幅值差异不大，因此，采用上一霍尔周期的基准换相时刻来计算当前霍尔周期的实际换相时刻，并不会导致计算获得的实际换相时刻误差过大，能够满足换相的需求。

然后，执行步骤S6，判断是否到达实际换相时刻。具体的，计算上一霍尔周期的电压信号从过零点开始到HP信号的电压幅值大于HN信号的电压幅值0.3V的时间长度，将该时间长度减去换相滞后时间，即得到当前霍尔周期的实际换相时刻所在的时间点。进入当前霍尔周期后，也就是从霍尔元件的电压信号过零点开始计算，到达当前霍尔周期的实际换相时刻对应的时间点，即确认到达当前的换相时刻。如果步骤S6的判断结果为是，执行步骤S7，输出换相信号，控制器根据换相信号调节场效应管等开关器件的脉冲调制信号的波形，例如改变开关器件的导通或者关断的状态。

可见，本实施例并不需要进行乘法计算，例如乘以温漂系数，而是通过查表的方式直接获取换相滞后时间，因此，在计算实际换相时刻的过程中计算量大幅度减少，从而提高实际换相时刻计算的准确率与效率。

电机及其控制方法实施例：

本实施例的电机为直流电机，直流电机设置有转子，转子的上方设置有一个或者多个霍尔元件，并且设置有温度传感器，例如热敏电阻。另外，直流电机还设置有控制器，控制器包括有处理器、存储器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述霍尔元件温度漂移校正方法的各个步骤。

电机的控制方法是利用上述霍尔元件温度漂移校正方法计算的实际换相时刻输出换相信号，根据换相信号对场效应管等开关器件输出的脉冲调制信号进行调节。并且，处理器执行计算机程序时还能够实现电机控制方法的各个步骤。

例如，计算机程序可以被分割成一个或多个模块，一个或者多个模块被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本发明的各个模块。一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在终端设备中的执行过程。

本发明所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分。

存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现终端设备的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

电器实施例：

本实施例的电器可以是家用电器，例如空调、电冰箱、洗衣机等，也可以是工业用的电器，例如工业机器人等，电器具有壳体，壳体内设置有上述电机。

计算机可读存储介质实施例：

上述电机的存储器所存储的计算机程序如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述霍尔元件温度漂移校正方法的各个步骤。

其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，例如温度传感器类型的变化，或者计算基准换相时刻具体步骤的变化等，这些改变也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种霍尔元件温度漂移校正方法，包括：

获取霍尔元件输出电压信号，根据所述电压信号计算基准换相时刻；

其特征在于：

获取所述霍尔元件的环境温度，根据所述环境温度确定换相滞后时间；

根据所述基准换相时刻与所述换相滞后时间计算实际换相时刻，并在下一霍尔周期的实际换相时刻输出换相信号。

2.根据权利要求1所述的霍尔元件温度漂移校正方法，其特征在于：

根据所述环境温度确定所述换相滞后时间包括：根据所述环境温度从预先设定的表格中查找该环境温度对应的换相滞后时间。

3.根据权利要求1或2所述的霍尔元件温度漂移校正方法，其特征在于：

所述实际换相时刻为所述基准换相时刻前的换相滞后时间对应的时刻。

4.根据权利要求1或2所述的霍尔元件温度漂移校正方法，其特征在于：

根据所述电压信号计算基准换相时刻包括：计算所述电压信号的过零时间，以过零时间后到达预设电压值的时刻为所述基准换相时刻。

5.根据权利要求4所述的霍尔元件温度漂移校正方法，其特征在于：

所述霍尔元件输出电压信号包括两路电压信号；

以过零时间后到达预设电压值的时间为基准换相时刻包括：以过零时间后到两路电压信号的电压差值达所述预设电压值的时刻为所述基准换相时刻。

6.电机控制方法，该电机转子的上方设置有至少一个霍尔传感器，其特征在于，该方法包括：应用如权利要求1至5任一项所述的霍尔元件温度漂移校正方法获取换相信号，根据所述换相信号向开关器件输出脉冲调制信号。

7.根据权利要求6所述的电机控制方法，其特征在于：

所述转子的上方设置有温度传感器；

获取所述霍尔元件的环境温度包括：根据所述温度传感器输出的信号计算所述霍尔元件的环境温度。

8.根据权利要求7所述的电机控制方法，其特征在于：

所述霍尔元件的数量为二个以上，所述温度传感器的数量为一个；

获取所述霍尔元件的环境温度包括：根据所述温度传感器输出的信号计算多个所述霍尔元件的环境温度。

9.电机，包括转子，所述转子的上方设置有霍尔元件，且电机上还设置有控制器，其特征在于，所述控制器包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6至8任一项所述的电机控制方法的各个步骤。

10.电器，其特征在于，包括壳体以及如权利要求9所述的电机。

11.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任意一项所述的霍尔元件温度漂移校正方法的各个步骤，或者实现如权利要求6至8任一项所述的电机控制方法的各个步骤。

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