CN219420626U - 一种中置电机位置校准控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种中置电机位置校准控制系统，属于电机技术领域。它解决了现有的位置校准方式复杂繁琐不便且校准精确性较低的问题。本中置电机位置校准控制系统包括驱动电路、角度传感器、编码器采样电路、反电动势采样电路以及用于根据角度传感器采集的中置电机转子位置信号、编码器采样电路采集的脉冲信号和反电动势采样电路采集的反电动势信号来对编码器安装位置进行校准的电机控制器，电机控制器连接有用于对校准结果进行提示的提示机构，角度传感器、驱动电路、编码器采样电路和反电动势采样电路均与所述电机控制器连接。本实用新型能够提高电机转子位置校准的精确性。

Description

一种中置电机位置校准控制系统

技术领域

本实用新型属于电机技术领域，涉及一种中置电机位置校准控制系统。

背景技术

目前高速电摩随着车速的增加，对车辆操控的要求，使用的电机已经从原来的BLDC(直流无刷电机)逐渐变化到PMSM(永磁同步电机)，电机的结构从轮毂电机逐渐变化到中置电机。

编码器是安装在电机上，将角位移或直线位移转换成电信号，用于检测旋转轴的角位移及转速的一种传感器。在装配时或安装在电机之上时，由于轴系精度及敏感元件对位偏差的影响，会产生角度反馈误差，甚至造成编码器误码，编码器误码将造成角度反馈错误，造成飞车等危险，编码器存在反馈误差，会使设备精度丧失。而永磁同步电机为了使其发挥出效率高、调速范围广的特点，通常进行矢量控制。要进行矢量控制，需要准确得到当前电机的转子位置状态，让定子绕组产生的电磁场始终与转子永磁场正交，从而得到最大输出转矩。现有的位置校准方法，不仅存在校准方式复杂繁琐不便的问题，而且校准精确性也存在较低的问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种中置电机位置校准控制系统，其所要解决的技术问题是：如何提高电机转子位置校准的精确性。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种中置电机位置校准控制系统，包括用于驱动待校准中置电机启动的驱动电路和用于采集中置电机转子位置信号的角度传感器，该中置电机位置校准控制系统还包括用于采集中置电机上编码器输出的脉冲信号的编码器采样电路、用于采集中置电机产生的反电动势信号的反电动势采样电路以及用于根据中置电机转子位置信号、脉冲信号和反电动势信号来对编码器安装位置进行校准的电机控制器，所述电机控制器连接有用于对校准结果进行提示的提示机构，所述角度传感器、驱动电路、编码器采样电路和反电动势采样电路均与所述电机控制器连接。

本中置电机位置校准控制系统在进行位置校准时，电机控制器控制驱动电路启动工作，将中置电机先驱动起来，编码器采样电路对中置电机上编码输出的脉冲信号进行采集并输送采集到的脉冲信号给电机控制器，反电动势采样电路对中置电机产生的反电动势信号进行采集并输送采集到的反电动势信号给电机控制器，角度传感器对中置电机转子位置信号进行采集并输送采集到的中置电机转子位置信号给电机控制器，电机控制器则对接收到的各项信号进行处理，将中置电机转子位置信号与脉冲信号进行比较，判断中置电机转子位置信号所体现得物理位置是否与脉冲信号所体现的电磁角度是否一致，在不一致时通过提示机构进行提示，对编码器的安装位置进行调整，直至电机的电磁角度与物理角度在误差范围内，同时根据反电动势信号、中置电机转子位置信号和脉冲信号，并通过调整编码器的位置来使编码器发出的脉冲信号校准到相电压反电势的最高点，通过本控制系统的应用，有效提高了电机转子位置校准的精确性。

在上述的中置电机位置校准控制系统中，所述编码器采样电路包括二极管D12、二极管D13、二极管D15、电阻R37、电阻R40、电阻R41和电阻R44，所述二极管D12的正极通过电阻R37与电机控制器连接，所述二极管D13的正极通过电阻R40与电机控制器连接，所述二极管D15的正极通过电阻R44与电机控制器连接，所述二极管D12的负极、二极管D13的负极、二极管D15的负极和电阻R41的一端用于对应连接电机编码器的接口，所述电阻R41的另一端与所述电机控制器连接，所述二极管D13的正极还连接有与电压VDD连接的电阻R31，所述二极管D13的正极还连接有与电压VDD连接的电阻R32，所述二极管D15的正极还连接有与电压VDD连接的电阻R34，所述电阻R41的一端还连接有与电压VDD连接的电阻R33，所述电阻R37、电阻R40、电阻R41和电阻R44与电机控制器的连接点均连接有与地端连接的电容C。通过编码器采样电路能够检测编码器的脉冲信号、能检测磁铁旋转周期与Z端信号周期是否对应、能检测磁铁旋转周期与A、B端信号周期是否对应以及能检测PWM端的脉宽变化情况。

在上述的中置电机位置校准控制系统中，所述反电动势采样电路包括用于与中置电机的U相接口连接的第一采样线路、用于与中置电机的V相接口连接的第二采样线路和用于与中置电机的W相接口连接的第三采样线路，所述第一采样线路、第二采样线路和第三采样线路均包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电容C1、二极管D5和二极管D6，所述电阻R1的一端用于连接中置电机，所述电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端和电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，所述电阻R2的另一端分别连接电容C1的一端、二极管D5的负极、二极管D6的正极以及电机控制器，所述二极管D6的负极接电压VDD，所述二极管D5的正极接地。电机控制器通过第一采样线路、第二采样线路和第三采样线路来获得中置电机各相线的反电动势信号。

在上述的中置电机位置校准控制系统中，所述提示机构包括用于显示校准结果的显示器，所述显示器与所述电机控制器连接。显示器除显示校准结果外，还可以显示各采样电路所采集的信号的数值，便于查看，提高位置校准的精确性。

在上述的中置电机位置校准控制系统中，所述提示机构还包括用于声音提示校准结果的报警器，所述报警器与所述电机控制器连接。报警器的设置，实现了声音提醒，提高了位置校准的工作效率，保证人员能及时作出反应。

在上述的中置电机位置校准控制系统中，所述电机控制器采用单片机。

与现有技术相比，本中置电机位置校准控制系统具有以下优点：

1、本实用新型通过将中置电机的转子的物理位置与编码器感应到的位置进行校准，能够将编码器校准达到±3°电角度的精度，具有电机转子位置校准精确性高的优点。

3、本实用新型无需复杂的校准设备，校准操作便利；采用电机控制器对中置电机的转子位置进行校准，校准效率高且精度高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型反电动势采样电路的电路示意图。

图3是本实用新型编码器采样电路的电路示意图。

图4是本实用新型驱动电路部分线路的示意图。

图中，1、电机控制器；2、驱动电路；3、角度传感器；4、编码器采样电路；5、反电动势采样电路；51、第一采样线路；52、第二采样线路；53、第三采样线路；6、提示机构；61、显示器；62、报警器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。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，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本中置电机位置校准控制系统包括用于驱动待校准中置电机启动的驱动电路2、用于采集中置电机转子位置信号的角度传感器3、用于采集中置电机上编码器输出的脉冲信号的编码器采样电路4、用于采集中置电机产生的反电动势信号的反电动势采样电路5以及用于根据中置电机转子位置信号、脉冲信号和反电动势信号来对编码器安装位置进行校准的电机控制器1，电机控制器1连接有用于对校准结果进行提示的提示机构6，角度传感器3、驱动电路2、编码器采样电路4和反电动势采样电路5均与电机控制器1连接。

其中，如图3所示，编码器采样电路4包括二极管D12、二极管D13、二极管D15、电阻R37、电阻R40、电阻R41和电阻R44，二极管D12的正极通过电阻R37与电机控制器1连接，二极管D13的正极通过电阻R40与电机控制器1连接，二极管D15的正极通过电阻R44与电机控制器1连接，二极管D12的负极连接电机编码器的接口J-A+，二极管D13的负极连接电机编码器的接口J-B+、二极管D15的负极连接电机编码器的接口J-Z+，电阻R41的一端连接电机编码器的接口J-CBPWM，电阻R41的另一端与电机控制器1连接，二极管D13的正极还连接有与电压VDD连接的电阻R31，二极管D13的正极还连接有与电压VDD连接的电阻R32，二极管D15的正极还连接有与电压VDD连接的电阻R34，电阻R41的一端还连接有与电压VDD连接的电阻R33，电阻R37、电阻R40、电阻R41和电阻R44与电机控制器1相连的连接点均连接有与地端连接的电容C。其中，电阻R37与电机控制器1相邻的连接点连接有电容C26的一端，电容C26的另一端接地，电阻R40与电机控制器1相邻的连接点连接有电容C27的一端，电容C27的另一端接地，电阻R41与电机控制器1相邻的连接点连接有电容C28的一端，电容C28的另一端接地，电阻R44与电机控制器1相邻的连接点连接有电容C29的一端，电容C29的另一端接地。

如图2所示，反电动势采样电路5包括用于与中置电机的U相接口连接的第一采样线路51、用于与中置电机的V相接口连接的第二采样线路52和用于与中置电机的W相接口连接的第三采样线路53，第一采样线路51、第二采样线路52和第三采样线路53均包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电容C1、二极管D5和二极管D6，电阻R1的一端用于连接中置电机，电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端和电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，电阻R2的另一端分别连接电容C1的一端、二极管D5的负极、二极管D6的正极以及电机控制器1，二极管D6的负极接电压VDD，二极管D5的正极接地。

提示机构6包括用于显示校准结果的显示器61和用于声音提示校准结果的报警器62，显示器61和报警器62均与电机控制器1连接。

电机控制器1采用单片机。

角度传感器3采用GMR磁编位置传感器，该传感器是由采样芯片和信号磁钢组合的。信号磁钢和转子轴是同轴连接的。

驱动电路2为现有技术，如图4所示展示的部分电路，其包括驱动芯片IC3、三级管Q1、三极管Q7和用于与中置电机的其中一个相线连接的MOS管M18，驱动芯片IC3的2脚通过电阻R120与电机控制器1连接，驱动芯片IC3的7脚分别连接三极管Q1的基极和三极管Q7的基极，三极管Q1的发射极和三极管Q7的发射极相连后与MOS管M18的栅极连接，该驱动电路2中还包括电阻、电容和二极管。用于实现中置电机启动运转。驱动芯片IC3采用型号S2127的芯片。

本中置电机位置校准控制系统在对待校准中置电机进行位置校准时，首先将待校准的中置电机放置在测试台架上，中置电机的三相线对应连接驱动电路2的相应线路接口，中置电机的U相接口连接第一采样线路51，V相接口连接第二采样线路52，W相接口连接第三采样线路53，编码器采样电路4与编码器的相应接口连接，角度传感器3设置在相应位置用于对中置电机的转子位置信号进行采集，该采集的是中置电机转子的物理角度，编码器采样电路4采集的脉冲信号则为电角度信号，在校准时，需要将角度传感器3和编码器采样电路4所采集的角度校准到一致，操作为：首先由电机控制器1控制驱动电路2工作，以使中置电路启动并开始校准工作，编码器采样电路4对中置电机上编码输出的脉冲信号进行采集并输送采集到的脉冲信号给电机控制器1，反电动势采样电路5对中置电机产生的反电动势信号进行采集并输送采集到的反电动势信号给电机控制器1，角度传感器3对中置电机转子位置信号进行采集并输送采集到的中置电机转子位置信号给电机控制器1，电机控制器1则对接收到的各项信号进行处理，在电机的转子的物理位置与编码器感应到的位置不一致时，对编码器的安装位置进行调整直至位置校准到一致，而编码器采样电路4的设置则是用于检测磁铁旋转周期与Z端信号周期是否对应、磁铁旋转周期与A、B端信号周期是否对应以及PWM端的脉宽变化情况，并且保证Z信号脉冲能够校准到U相电压反电势的最高点。通过本控制系统的应用，有效提高了电机转子位置校准的精确性和便利性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种中置电机位置校准控制系统，包括用于驱动待校准中置电机启动的驱动电路(2)和用于采集中置电机转子位置信号的角度传感器(3)，其特征在于，该中置电机位置校准控制系统还包括用于采集中置电机上编码器输出的脉冲信号的编码器采样电路(4)、用于采集中置电机产生的反电动势信号的反电动势采样电路(5)以及用于根据中置电机转子位置信号、脉冲信号和反电动势信号来对编码器安装位置进行校准的电机控制器(1)，所述电机控制器(1)连接有用于对校准结果进行提示的提示机构(6)，所述角度传感器(3)、驱动电路(2)、编码器采样电路(4)和反电动势采样电路(5)均与所述电机控制器(1)连接。

2.根据权利要求1所述的中置电机位置校准控制系统，其特征在于，所述编码器采样电路(4)包括二极管D12、二极管D13、二极管D15、电阻R37、电阻R40、电阻R41和电阻R44，所述二极管D12的正极通过电阻R37与电机控制器(1)连接，所述二极管D13的正极通过电阻R40与电机控制器(1)连接，所述二极管D15的正极通过电阻R44与电机控制器(1)连接，所述二极管D12的负极、二极管D13的负极、二极管D15的负极和电阻R41的一端用于对应连接电机编码器的接口，所述电阻R41的另一端与所述电机控制器(1)连接，所述二极管D13的正极还连接有与电压VDD连接的电阻R31，所述二极管D13的正极还连接有与电压VDD连接的电阻R32，所述二极管D15的正极还连接有与电压VDD连接的电阻R34，所述电阻R41的一端还连接有与电压VDD连接的电阻R33，所述电阻R37、电阻R40、电阻R41和电阻R44与电机控制器(1)的连接点均连接有与地端连接的电容C。

3.根据权利要求1所述的中置电机位置校准控制系统，其特征在于，所述反电动势采样电路(5)包括用于与中置电机的U相接口连接的第一采样线路(51)、用于与中置电机的V相接口连接的第二采样线路(52)和用于与中置电机的W相接口连接的第三采样线路(53)，所述第一采样线路(51)、第二采样线路(52)和第三采样线路(53)均包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电容C1、二极管D5和二极管D6，所述电阻R1的一端用于连接中置电机，所述电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端和电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，所述电阻R2的另一端分别连接电容C1的一端、二极管D5的负极、二极管D6的正极以及电机控制器(1)，所述二极管D6的负极接电压VDD，所述二极管D5的正极接地。

4.根据权利要求1或2或3所述的中置电机位置校准控制系统，其特征在于，所述提示机构(6)包括用于显示校准结果的显示器(61)，所述显示器(61)与所述电机控制器(1)连接。

5.根据权利要求4所述的中置电机位置校准控制系统，其特征在于，所述提示机构(6)还包括用于声音提示校准结果的报警器(62)，所述报警器(62)与所述电机控制器(1)连接。

6.根据权利要求1所述的中置电机位置校准控制系统，其特征在于，所述电机控制器(1)采用单片机。