CN1140960C - 一种无位置传感器无刷直流电动机的转子位置检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无位置传感器无刷直流电动机的转子位置检测方法，先在无位置传感器的无刷直流电动机功率电路的PWM调制中，只对桥式电路的上半桥加以调制，下半桥不加调制；再采用三个星形电阻网络，其中第一个星形电阻网络由各相的串联电阻网络接成星形，得到电动机的相电势；第二个星形电阻网络形成反电势信号源；第三个星形电阻网络形成后级比较电路的信号源；并在第一个星形电阻网络和第二个星形电阻网络之间采用电解电容进行隔直；然后由过零比较器转换成反映电动机转子位置的信号。本发明能精确检测到电势过零点，抗干扰能力强，输出正确反映转子位置的方波信号。
Description
本发明涉及一种无位置传感器的无刷直流电动机的转子位置检测方法。
无刷直流电动机的转速控制是通过对供电电压进行调节，如PWM调制，并根据转子的位置信号来切换电动机的电源来实现的。传统的无刷直流电动机采用光敏元件、磁敏元件或其他位置检测元件来检测无刷直流电动机的转子位置，但这使得电动机的制造工艺复杂且高速难度加大，电机引出线较多。
由于无刷直流电动机转子的位置与相反电势有确定的对应关系，因此如果能通过检测电动机反电势来检测无刷直流电动机的转子位置，就无需位置传感器元件；通常对于电动机的绕组来说，根据开关器件导通或截止总存在几个不同的拓扑结构，如三相桥式电源电路接三相星形电机，各相绕组总有接到电源正极、接到电源负极和悬空等三个拓扑结构，当某个绕组处于悬空状态时，该绕组接线端对星点(中心点)的电位就反应了该相绕组的反电势。利用这一原理，近年已开始研制出无位置传感器的无刷直流电动机，这种电机转子位置只有通过与电动机相数相同的数根引出线，再由设于电动机外的电路来进行检测，因此这种检测方法仍须解决以下问题：1、由于电动机绕组的星点是内部接线，没法引出来，能够检测到的仅是线电压，而不是真正反映转子位置的相反电势；2、因线电压经过PWM调制，所检测的电压因高频调制会产生干扰，反映不出电路的三种拓扑结构；3、检测的反电势信号具有直流分量；4、比较器和功率电路之间没有隔离，造成干扰通路，影响检测电路可靠工作。
本发明的目的在于提供一种应用于无位置传感器的无刷直流电动机转子位置检测的方法，能精确检测到电势过零点即反电势，并输出正确反映转子位置的方波信号。
本发明的目的是以下技术措施来实现的：(1)在无位置传感器的无刷直流电动机功率电路的PWM调制中，只对桥式电路的上半桥加以调制，下半桥不加调制，从而使电动机各绕组有接正电源、接负电源和不接电源而悬空三种状态；(2)采用三个星形电阻网络，第一个星形电阻网络由各相的串联电阻网络接成星形，模拟电动机的星形绕组，得到中心点，从而可以得到电动机的相电势；第二个星形电阻网络形成反电势信号源，得到含有直流分量的相电压信号；第三个星形电阻网络通过接入点的电位变化形成后级比较电路的信号源；(3)在第一个星形电阻网络和第二个星形电阻网络之间采用电解电容进行隔直，滤掉直流分量，得到正弦波反电势信号；(4)正弦波反电势信号由过零比较器转换成反映电动机转子位置的方波信号。
作为本发明的进一步改进，将第二个星形电阻网络与功率电路共地；将第三个星形电阻网络与后级的过零比较器电源共地，与功率电路不共地，这样干扰信号不通过地形成回路，提高了抗干扰能力。
本发明与现有技术相比具有以下的优点；1、通过只对桥式电路的上半桥加以调制、下半桥不加调制和各相的串联电阻网络接成的第一个星形电阻网络，从而能精确检测到相反电势；2、第三个星形电阻网络与后级的过零比较器电源共地，与功率电路不共地，对前后电路进行有效的隔离，大大地提高了抗干扰能力；3、采用电解电容进行检波隔直，电路简单且功能划分明确，基本上不需调试就能出来波形，只根据实际需要调整所需电压即可达到实用程度。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详述说明。
图1为本发明其中一实施例三相桥式功率电路供电的无位置传感器的三相星形无刷直流电动机转子位置的检测电路图。
如图1所示为由三相桥式功率电路供电的无位置传感器的三相星形无刷直流电动机M的转子位置检测电路，+、一分别为直流电源正、负极，kp1至kp6为功率开关管，采用120度导通形方式，上半桥kp1、kp3、kp5加PWM调制，其触发脉冲为120度的方波信号为包络线的调制脉冲序列；下半桥kp2、kp4、kp6不加PWM调制，其触发脉冲为120度的方波信号，从而使电动机各绕组有接正电源、接负电源和不接电源而悬空三种状态。位置检测的关键是检测电势过零点，当其中一项处于悬空状态时，这时的相电压为真正的反电势，悬空相与接负电源相间的电压未加调制，这就减少了因调制造成的干扰，容易检测到星点由正变负的过程，尤其是代表电机转子特殊位置反电势过零点。例图中kp1、kp4处于截止状态，电机A相处于悬空状态，这时可以检测到A相电势的过零点。
A、B、C为电动机的三个引出端，由此测出电机的三相线电压输入由电阻R1、R2、R7、R8及R13、R14组成的第一个星行电阻网络，第一个星形电阻网络由各相的串联电阻接成星形，模拟电动机的星形绕组，得到中心点，从而可以得到电动机的相电势，第一个星形电阻网络的各相电阻串联是为了分压，两电阻之间引出中间抽头，从中可以取出经电阻网络分压后的相电势信号，从第一个星形电阻网络的中间抽头E、F、G输出的电势信号经电解电容C2、C4、C6隔直后，再经过由电阻R3、R9、R15组成的第二个星形电阻网络，得到不带有直流分量的较规则的正弦反电势信号，此正弦反电势信号代表了电动机的相绕组的反电势，同时第二个星形电阻网络与功率电路共地。接着正弦反电势信号经过由电阻R4、R10、R16组成的第三个电阻星形网络调整基准点，利用接入点的电位变化形成后级比较电路的信号源，同时第三个星形电阻网络与功率电路不共地，与后级的过零比较器电源共地，使干扰信号不通过地形成回路，提高了抗干扰能力。由第三个星形电阻网络形成的信号源通过过零比较器UIA、UIB、UIC转换成正确反映电动机转子位置的方波信号，该方波信号作为位置信号输入到单片机P或其它控制电路，进行电机M的速度和转矩控制。
Claims (2)
1、一种无位置传感器无刷直流电动机的转子位置检测方法，其特征在于：采取以下措施进行信号检测和处理：
(1)在无位置传感器的无刷直流电动机功率电路的PWM调制中，只对桥式电路的上半桥加以调制，下半桥不加调制，从而使电动机各绕组有接正电源、接负电源和不接电源而悬空三种状态；
(2)采用三个星形电阻网络，第一个星形电阻网络由各相的串联电阻网络接成星形，模拟电动机的星形绕组，得到中心点，从而可以得到电动机的相电势；第二个星形电阻网络形成反电势信号源，得到含有直流分量的相电压信号；第三个星形电阻网络通过接入点的电位变化形成后级比较电路的信号源；
(3)在第一个星形电阻网络和第二个星形电阻网络之间采用电解电容进行隔直，滤掉直流分量，得到正弦波反电势信号；
(4)正弦波反电势信号由过零比较器转换成反映电动机转子位置的方波信号。
2、根据权利要求1所述的无位置传感器无刷直流电动机的转子位置检测方法，其特征在于：第二个星形电阻网络与功率电路共地；第三个星形电阻网络与后级的过零比较器电源共地，与功率电路不共地。
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