CN215871241U - 一种无刷电机控制机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无刷电机控制机构，包括：控制器、包括至少两个桥臂的逆变电路，桥臂上分别设有串联的上开关管及下开关管，控制器控制上开关管及下开关管至少以一种状态导通，并采集每种状态的母线电流值，根据母线电流值确定电机转子的初始位置，控制器输出一个周期的PWM信号为一次开通，且存储有小于满占空比的预设占空比、与预设占空比对应的预设次数及预设采样电流值，控制器控制每种状态以预设占空比开通所述预设次数，母线电流值可达到预设采样电流值。本实用新型通过定位时给定小的占空比，缓慢增加电流，可减小尖峰电流，延长开关管的使用寿命。

Description

一种无刷电机控制机构

[技术领域]

本实用新型涉及一种无刷电机控制技术领域，尤其涉及一种无刷无感电机控制机构。

[背景技术]

目前无刷电机的应用已越来越广泛，为了实现无刷电机的启动，确定转子的初始位置是必要的。对于有位置传感器的电机来说，很容易检测转子位置，但位置传感器成本高，因此无刷无传感器电机得到广泛应用，无位置传感器控制方式不采用位置传感器，可采用检测母线电流的方式，对逆变电路的开关管进行不同的组合切换，分别采取母线电流，根据电流之间的关系，确定转子的初始位置，实现定位。但现有的定位方式在导通每次组合时，给满占空比且只能改变导通时间来调节，容易导致电流突然增加，且调节时间短，电流可能采集不到，或开通时间长，定位尖峰电压和尖峰电流高，容易损坏开关管。

因此，确有必要设计一种寿命长且定位简单的无刷电机控制机构，以解决上述问题。

[实用新型内容]

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种寿命长且定位简单的无刷电机控制机构。

本实用新型解决现有技术问题可采用如下技术方案：包括：控制器、连接于所述控制器及无刷电机的逆变电路，所述逆变电路包括正负直流母线、连接于所述正负直流母线之间的至少两个桥臂，所述桥臂上分别设有串联的上开关管及下开关管，所述控制器控制所述上开关管及所述下开关管至少以一种状态导通，并采集每种状态的母线电流值，根据所述母线电流值确定所述无刷电机转子的初始位置，所述控制器输出一个周期的PWM信号为一次开通，且存储有小于满占空比的预设占空比、与所述预设占空比对应的预设次数及预设采样电流值，所述控制器控制所述每种状态以所述预设占空比开通所述预设次数，所述母线电流值可达到所述预设采样电流值。

进一步改进方案为：所述预设占空比与所述预设次数为反比关系，所述预设占空比越大，对应的所述预设次数越小。

进一步改进方案为：所述预设占空比为30％，所述预设次数为5次。

进一步改进方案为：所述预设占空比为60％，所述预设次数为3次。

进一步改进方案为：所述无刷电机控制机构包括电流采样电路，所述电流采样电路包括采样电阻和电流检测电路，所述采样电阻设置在所述负直流母线上。

进一步改进方案为：所述电流检测电路用于检测所述采样电阻两端的电压并输入至所述控制器，所述控制器获取所述母线电流值。

进一步改进方案为：所述控制器连接有驱动模块，所述控制器通过所述驱动模块控制所述逆变电路。

进一步改进方案为：所述桥臂包括三个桥臂，所述每种状态为其中一个桥臂的上开关管与另一桥臂的下开关管进行通断。

进一步改进方案为：所述控制器控制所述逆变电路以6种状态导通以获取所述母线电流值。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：通过控制上开关管及下开关管至少以一种状态导通，并采集每种状态的母线电流值，确定电机转子的初始位置且控制器输出一个周期的PWM信号为一次开通，控制每种状态以小于满占空比的预设占空比开通预设次数，即母线电流值可达到预设采样电流值，缓慢增加母线电流值，可减小尖峰电流，延长开关管的使用寿命且控制简单。

[附图说明]

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步详细的说明:

图1是本实用新型链锯的结构图；

图2是本实用新型无刷电机控制机构的电路图；

图3是本实用新型无刷电机控制机构定子绕组与转子的位置示意图；

图4是本实用新型第一实施方式的无刷电机控制机构任一状态的PWM信号与母线电流波形图；

图5是本实用新型第二实施方式的无刷电机控制机构任一状态的PWM信号与母线电流波形图。

图中附图标记的含义：

100、链锯101、机壳102、切割组件1、控制器2、电机3、逆变电路4、电流检测电路5、驱动模块

[具体实施方式]

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

请参阅图1所示，为本实用新型涉及的无刷电机控制机构，应用于链锯100上，当然，也可以应用于其他产品。所述链锯100包括机壳101、连接于所述机壳101前侧的切割组件102、安装于所述机壳101内的电机组件和传动组件(图未示)，所述电机组件驱动所述传动组件运转，并带动所述切割组件102运动，以对木材进行切割作业。

请参阅图2所示，所述无刷电机控制机构电路图，包括直流电源、控制器1、连接于所述控制器1及电机2的逆变电路3，所述逆变电路3包括正负直流母线、连接于所述正负直流母线之间的至少两个桥臂，所述桥臂上分别设有串联的上开关管Q1、Q2、Q3及下开关管Q4、Q5、Q6，所述控制器1控制所述上开关管Q1、Q2、Q3及所述下开关管Q4、Q5、Q6至少以一种状态导通，并采集每种状态的母线电流值，根据所述母线电流值确定所述电机2转子的初始位置，所述控制器1输出一个周期的PWM信号为一次开通，且存储有小于满占空比的预设占空比、与所述预设占空比对应的预设次数及预设采样电流值，所述控制器1控制所述每种状态以所述预设占空比开通所述预设次数，所述母线电流值可达到所述预设采样电流值。

本实施方式中，所述电机2为无刷电机且为星形连接，当然也可以为三角形连接；所述逆变电路3将直流电源提供的直流电逆变成交流电给所述电机2的三相绕组供电；所述逆变电路3包括正负直流母线、第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂，每个桥臂连接于正负直流母线之间，所述第一桥臂由串联连接的上开关管Q1和下开关管Q4组成；第二桥臂由串联连接的上开关管Q2和下开关管Q5组成；第三桥臂由串联连接的上开关管Q3和下开关管Q6组成，每一上、下开关管分别反向并联有二极管D1～D6；所述电机2包括第一相U、第二相V和第三相W，所述三相绕组的其中一端相连于一点，所述第一相U的另一端与第一桥臂的中点相连，所述第二相V的另一端与第二桥臂的中点相连，所述第三相W的另一端与第三桥臂的中点相连。

所述无刷电机控制机构包括电流采样电路，所述电流采样电路包括采样电阻R1和电流检测电路4，所述采样电阻R1设置在所述负直流母线上，所述电流检测电路4连接于所述采样电阻R1两端，通过检测采样电阻R1两端的电压，输入至所述控制器1，所述控制器1获取所述母线电流值。所述控制器1连接有驱动模块5，所述控制器1通过所述驱动模块5控制所述逆变电路3以驱动所述电机2。

控制器1采用三相六状态两两导通的方式，所述每种状态为其中一个桥臂的上开关管以及其他任一桥臂的下开关管两两导通，同一桥臂的上下两个开关管不可同时导通，因此，该逆变电路3可以分别以以下六种状态控制开关管导通：Q1Q5导通、Q1Q6导通、Q2Q4导通、Q2Q6导通、Q3Q4导通、Q3Q5导通，通过六种状态的切换实现所述电机2的换相。如图3所示，为所述电机2定子绕组结构与转子位置示意图，定子绕组结构形成6个扇区，每个扇区对应转子所在的位置区域，且每个位置区域对应每两个开关管导通。在初始定位时，所述控制器1控制所述驱动模块5导通UV两相(Q1、Q5导通)，所述控制器1采样一次母线电流，按照上述方式依次导通VU两相(Q2、Q4导通)、UW两相(Q1、Q6导通)、WU两相(Q3、Q4导通)、VW两相(Q2、Q6导通)、WV两相(Q3、Q5导通)，分别采样母线电流值Iuv、Ivu、Iuw、Iwu、Ivw、Iwu，所述控制器1根据采样的母线电流值与所述控制器1内部存储的电流与转子初始位置之间的关系进行比较，确定转子的初始位置，取得初始位置后，并可控制所述电机2转动。

本实施方式中，所述预设占空比与所述预设次数为反比关系，所述预设占空比越大，对应的所述预设次数越小，根据不同的电机可选择不同大小的占空比进行驱动。请参阅图4所示，为本实用新型的第一实施方式，为在一种状态下输入的PWM信号及对应的电流放大波形图，在将所述每种状态进行导通时，所述预设占空比为30％，对应的所述预设次数为5次，所述母线电流值缓慢升高，且在所述PWM信号第5次开通时，所述母线电流值达到预设采样电流值18.6A，所述控制器1在每种状态下采集第5次开通的母线电流值并进行存储。

请参阅图5所示，为本实用新型的第二种实施方式，为在一种状态下输入的PWM信号及对应的电流放大波形图，在将所述每种状态进行导通时，所述预设占空比为60％，所述预设次数为3次，所述母线电流值缓慢升高，且在所述PWM信号第3次开通时，所述母线电流值达到预设采样电流值34.8A，所述控制器1在每种状态下采集第3次开通的母线电流值并进行存储。通过以小于满占空比的PWM信号进行多次开通，可缓慢增加母线电流，使母线电流不会一下子升得很高，而产生尖峰电流，对开关管造成损坏。

本实用新型电机控制机构通过控制上开关管及下开关管至少以一种状态导通，并采集每种状态的母线电流值，确定电机2转子的初始位置且控制器1输出一个周期的PWM信号为一次开通，控制每种状态以小于满占空比的预设占空比开通预设次数，即母线电流值可达到预设采样电流值，缓慢增加母线电流值，可减小尖峰电流，延长开关管的使用寿命。

本实用新型不局限于上述具体实施方式。本领域普通技术人员可以很容易地理解到，在不脱离本实用新型原理和范畴的前提下，本实用新型无刷电机控制机构还有其他很多的替代方案。本实用新型的保护范围以权利要求书的内容为准。

Claims (9)

1.一种无刷电机控制机构，包括：控制器、连接于所述控制器及无刷电机的逆变电路，所述逆变电路包括正负直流母线、连接于所述正负直流母线之间的至少两个桥臂，所述桥臂上分别设有串联的上开关管及下开关管，所述控制器控制所述上开关管及所述下开关管至少以一种状态导通，并采集每种状态的母线电流值，根据所述母线电流值确定所述无刷电机转子的初始位置；其特征在于：所述控制器输出一个周期的PWM信号为一次开通，且存储有小于满占空比的预设占空比、与所述预设占空比对应的预设次数及预设采样电流值，所述控制器控制所述每种状态以所述预设占空比开通所述预设次数，所述母线电流值可达到所述预设采样电流值。

2.根据权利要求1所述的无刷电机控制机构，其特征在于：所述预设占空比与所述预设次数为反比关系，所述预设占空比越大，对应的所述预设次数越小。

3.根据权利要求2所述的无刷电机控制机构，其特征在于：所述预设占空比为30％，所述预设次数为5次。

4.根据权利要求2所述的无刷电机控制机构，其特征在于：所述预设占空比为60％，所述预设次数为3次。

5.根据权利要求1所述的无刷电机控制机构，其特征在于：所述无刷电机控制机构包括电流采样电路，所述电流采样电路包括采样电阻和电流检测电路，所述采样电阻设置在所述负直流母线上。

6.根据权利要求5所述的无刷电机控制机构，其特征在于：所述电流检测电路用于检测所述采样电阻两端的电压并输入至所述控制器，所述控制器获取所述母线电流值。

7.根据权利要求1所述的无刷电机控制机构，其特征在于：所述控制器连接有驱动模块，所述控制器通过所述驱动模块控制所述逆变电路。

8.根据权利要求1所述的无刷电机控制机构，其特征在于：所述桥臂包括三个桥臂，所述每种状态为其中一个桥臂的上开关管与另一桥臂的下开关管进行通断。

9.根据权利要求8所述的无刷电机控制机构，其特征在于：所述控制器控制所述逆变电路以6种状态导通以获取所述母线电流值。

Images