專利名稱：無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用于無刷直流電機(jī)無傳感器控制領(lǐng)域，尤其是涉及電動自行車行業(yè)300w/500w無刷直流電機(jī)無傳感器控制。
技術(shù)背景無刷直流電機(jī)利用電子開關(guān)裝置取代了傳統(tǒng)有刷電機(jī)的機(jī)械換向，避免了 炭刷機(jī)械換向帶來的換向火花、噪聲，具備良好的調(diào)速特性、動態(tài)性能并且體 積小、結(jié)構(gòu)簡單、功率密度高，應(yīng)用越來越廣泛。通常直流無刷電機(jī)在電機(jī)內(nèi)部安裝霍爾傳感器或其他類型的位置傳感器來 獲取轉(zhuǎn)子位置信息，以此來確定電子開關(guān)的換向點(diǎn)。位置傳感器的引入能使得 無刷電機(jī)換向精準(zhǔn)，從而實現(xiàn)電機(jī)扭矩大、無抖動、零啟動等一系列優(yōu)良特性，但同時也帶入了諸多的缺陷，譬如1、增加了電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，使得維護(hù) 和制造成本上升，90%的電機(jī)故障都是由于位置傳感器的損壞造成的；2、電機(jī) 軸引出線由3根電機(jī)線，外加3根位置信號線以及電源線、地線共8根線所組 成，額外增加了 5根引出線，使軸的內(nèi)徑增大，因而降低了電機(jī)軸的可靠性以 及引線間的抗干擾性；3、在某些對電機(jī)體積要求嚴(yán)格的場合，位置傳感器因不 符合整機(jī)要求而無法安裝?；谌缟纤鲈颍陙韲鴥?nèi)外開展對無位置傳感器無刷直流電機(jī)控制 策略的研究，無位置傳感器直流無刷電機(jī)的控制思想主要體現(xiàn)在摒棄位置傳 感器，利用電機(jī)的物理特性來獲取換向信號。主要有反電動勢過零檢測方法、 反電動勢三次諧波積分檢測法、續(xù)流二極管檢測法、磁鏈估計法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法等?，F(xiàn)有的無傳感無刷直流控制策略存在以下幾方面的缺點(diǎn)1、零啟動性能差，失步現(xiàn)象、回退現(xiàn)象、堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象出現(xiàn)頻繁，初始轉(zhuǎn)子定位啟動力矩不夠大；2、采用DSP芯片處理高頻注入信號檢測轉(zhuǎn)子空間位置，運(yùn)算負(fù)荷重、可 靠性穩(wěn)定性有待提高；3、與原無刷直流電機(jī)硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)不可兼容，采 用無傳感器無刷直流電機(jī)控制策略將給原生產(chǎn)流程、作業(yè)方法、系統(tǒng)設(shè)計帶來 巨大的變更，升級風(fēng)險性過高、成本控制較難。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立 裝置，它是基于反電動勢過零檢測原理，在保持原無刷直流電機(jī)控制器軟硬件
系統(tǒng)完整性的前提下，實現(xiàn)無刷直流電機(jī)無傳感器控制，并將無傳感控制模塊 化、分立化，自由切換無刷直流電機(jī)有/無傳感控制模式。 本實用新型解決其技術(shù)問題所釆用的技術(shù)方案是包括無刷直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)控制器、反饋補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源電路、 濾波延遲電路和過零點(diǎn)檢測電路；無刷直流電機(jī)與濾波延遲電路連接；穩(wěn)壓電 源電路分別與反饋補(bǔ)償電路、濾波延遲電路和過零點(diǎn)檢測電路連接；反饋補(bǔ)償 電路分別與濾波延遲電路和過零點(diǎn)檢測電路連接；濾波延遲電路經(jīng)過零點(diǎn)檢測 電路與無刷直流電機(jī)控制器連接；無刷直流電機(jī)控制器與無刷直流電機(jī)連接。所述的無刷直流電機(jī)的三相電機(jī)線分別與濾波延遲電路的接口 Al、 A2、 A3 連接。所述的反饋補(bǔ)償電路的集成芯片U2端口 13、 14、 l分別與濾波延遲電路的 電阻R30、 R31、 R32連接；反饋補(bǔ)償電路的電阻R33經(jīng)RC回路電阻R25、電 容C13與過零點(diǎn)檢測電路的二極管D2、 D4、 D6連接。所述的濾波延遲電路的電阻R13、 R17、 R18分別與過零點(diǎn)檢測電路的電阻 R19、 R20、 R21連接。所述的過零點(diǎn)檢測電路的接口 A6、 A5、 A4與無刷直流控制器的霍爾接口 連接。所述的反饋補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源電路、濾波延遲電路、過零點(diǎn)檢測電路構(gòu) 成實現(xiàn)無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立模塊，其與無刷直流電機(jī)控 制器是相分離的?；诜措妱觿葸^零檢測原理，硬件時延90度，反饋補(bǔ)償電路、過零點(diǎn)檢測 電路采用集成芯片LM339。本實用新型與背景技術(shù)相比具有的有益效果是1、 采用分立模塊化設(shè)計方法，與原系統(tǒng)友好兼容，能在實現(xiàn)無刷直流電機(jī) 無傳感控制策略的基礎(chǔ)上保持系統(tǒng)的可繼承性，并增加了無刷直流電機(jī)有/無傳 感控制策略的模式切換功能，最大程度地確保了生產(chǎn)流程的穩(wěn)定性以及規(guī)避了 企業(yè)二次研發(fā)生產(chǎn)的風(fēng)險。2、 采用純硬件電路設(shè)計，無需外加DSP做運(yùn)算處理，系統(tǒng)外加成本極低， 純硬件處理速度極快，穩(wěn)定性可靠性高。3、 采用反電動勢過零檢測原理，利用硬件時延90度確定電機(jī)的換相點(diǎn)， 零啟動具有大扭矩、無抖動、平滑、提速快的特性，可以完全取代霍爾傳感器。

圖1是本實用新型的邏輯示意圖。圖2是本實用新型的一個實施例的電路連接圖。圖中1、無刷直流電機(jī)，2、無刷直流電機(jī)控制器，3、反饋補(bǔ)償電路，4、 穩(wěn)壓電源電路，5、濾波延遲電路，6、過零點(diǎn)檢測電路。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本實用新型的一種無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分 立系統(tǒng)，包括無刷直流電機(jī)l、無刷直流電機(jī)控制器2、反饋補(bǔ)償電路3、穩(wěn)壓 電源電路4、濾波延遲電路5和過零點(diǎn)檢測電路6;無刷直流電機(jī)l與濾波延遲 電路5連接；穩(wěn)壓電源電路4分別與反饋補(bǔ)償電路3、濾波延遲電路5和過零點(diǎn) 檢測電路6連接；反饋補(bǔ)償電路3分別與濾波延遲電路5和過零點(diǎn)檢測電路6 連接；濾波延遲電路5經(jīng)過零點(diǎn)檢測電路6與無刷直流電機(jī)控制器2連接；無 刷直流電機(jī)控制器2與無刷直流電機(jī)1連接。如圖2所示，反饋補(bǔ)償電路3的集成芯片U2端口 13、 14、 l分別與濾波延 遲電路5的電阻R30、 R31、 R32連接；反饋補(bǔ)償電路3的電阻R33經(jīng)RC回路 R25、 C13與過零點(diǎn)檢測電路6的二極管D2、 D4、 D6連接；反饋補(bǔ)償電路3的 接口 Al、 A2、 A3與無刷直流電機(jī)1的三相電機(jī)線連接；濾波延遲電路5的電 阻R13、 R17、 R18分別與過零點(diǎn)檢測電路6的電阻R19、 R20、 R21連接；過 零點(diǎn)檢測電路6的接口 A6、 A5、 A4與無刷直流控制器2的霍爾接口三路霍爾 信號線連接；穩(wěn)壓電源電路4的接口 A7、 A8分別與無刷直流控制器2的霍爾 接口地線、霍爾傳感器電源線連接。 本實用新型的工作過程是-基于反電動勢過零檢測法，濾波延遲電路5檢測電機(jī)U、 V、 W三相反電動 勢信號，通過3路對稱的深度RC濾波電路延遲90度電角度后，利用LM339 芯片作為比較器電路檢測三相反電動勢的過零點(diǎn)；其中RC深度濾波對3相反電 動勢信號硬件延遲90度電角度，避免了傳統(tǒng)反電動勢過零檢測30度軟件時延 的方法，可靠性、穩(wěn)定性加強(qiáng)，運(yùn)算負(fù)荷減少，系統(tǒng)成本下降；濾波延遲電路5 的A1支路(U相)接有方波發(fā)生電路，在電機(jī)啟動階段時持續(xù)輸出特定頻率、幅 值的方波信號，使得U相初始端電壓輸入信號為特定的方波信號；此時，啟動 階段保持A2支路(V相)初始端電壓輸入信號為高電平，A3支路(W相)初始端電 壓輸入信號為低電平。反饋補(bǔ)償電路3采用LM339作為鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生3路 補(bǔ)償信號輸入至濾波延遲電路5和過零點(diǎn)檢測電路6，使得無傳感器無刷直流電 機(jī)在啟動階段能避免失步、回退、堵死等現(xiàn)象，實現(xiàn)零啟動、大轉(zhuǎn)矩。過零點(diǎn) 檢測電路6采用LM339搭建，將煩雜的反電動勢信號轉(zhuǎn)化為方波信號作為模擬 換相信號輸入至原無刷直流電機(jī)控制器2的霍爾信號接口。穩(wěn)壓電源電路4采 用10v穩(wěn)壓管，確保模塊上各個芯片的正常工作。上述具體實施方式
用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進(jìn)行限 制，在本實用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本實用新型做出的任何 修改和改變，都落入本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立裝置，其特征在于包括無刷直流電機(jī)(1)、無刷直流電機(jī)控制器(2)、反饋補(bǔ)償電路(3)、穩(wěn)壓電源電路(4)、濾波延遲電路(5)和過零點(diǎn)檢測電路(6)；無刷直流電機(jī)(1)與濾波延遲電路(5)連接；穩(wěn)壓電源電路(4)分別與反饋補(bǔ)償電路(3)、濾波延遲電路(5)和過零點(diǎn)檢測電路(6)連接；反饋補(bǔ)償電路(3)分別與濾波延遲電路(5)和過零點(diǎn)檢測電路(6)連接；濾波延遲電路(5)經(jīng)過零點(diǎn)檢測電路(6)與無刷直流電機(jī)控制器(2)連接；無刷直流電機(jī)控制器(2)與無刷直流電機(jī)(1)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立 裝置，其特征在于所述的無刷直流電機(jī)(l)的三相電機(jī)線分別與濾波延遲電路(5) 的接口 Al、 A2、 A3連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立 裝置，其特征在于所述的反饋補(bǔ)償電路(3)的集成芯片U2端口 13、 14、 l分別 與濾波延遲電路(5)的電阻R30、 R31、 R32連接；反饋補(bǔ)償電路(3)的電阻R33 經(jīng)RC回路電阻R25、電容C13與過零點(diǎn)檢測電路(6)的二極管D2、 D4、 D6連 接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立 系統(tǒng)，其特征在于所述的濾波延遲電路(5)的電阻R13、 R17、 R18分別與過零 點(diǎn)檢測電路(6)的電阻R19、 R20、 R21連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立 裝置，其特征在于所述的過零點(diǎn)檢測電路(6)的接口 A6、 A5、 A4與無刷直流 控制器(2)的霍爾接口連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立 裝置，其特征在于所述的反饋補(bǔ)償電斷3)、穩(wěn)壓電源電路(4)、濾波延遲電路 (5)、過零點(diǎn)檢測電路(6)構(gòu)成實現(xiàn)無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立模 塊，其與無刷直流電機(jī)控制器(2)是相分離的。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立 裝置，其特征在于基于反電動勢過零檢測原理，硬件時延90度，反饋補(bǔ)償電 路(3)、過零點(diǎn)檢測電路(6)采用集成芯片LM339。
專利摘要本實用新型公開了一種無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立裝置。所述的實現(xiàn)無傳感器無刷直流電機(jī)零啟動的純硬件分立系統(tǒng)由無刷直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)控制器、反饋補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源電路、濾波延遲電路和過零點(diǎn)檢測電路組成。本實用新型基于反電動勢過零檢測的原理，在保持原無刷直流電機(jī)控制器軟硬件系統(tǒng)完整性的前提下，實現(xiàn)無刷直流電機(jī)無傳感器控制，并將無傳感控制模塊化、分立化，自由切換無刷直流電機(jī)有/無傳感控制模式。系統(tǒng)采用純硬件電路設(shè)計，響應(yīng)時間極短、運(yùn)算負(fù)荷極低，沒有采用DSP芯片處理，具有低成本、高可靠性、零啟動、90°硬件時延、分立化設(shè)計的特點(diǎn)。
文檔編號H02P6/18GK201051732SQ200720106180
公開日2008年4月23日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者瀟 林, 潘雙夏 申請人:浙江大學(xué)