無刷電機的基于轉(zhuǎn)子位置檢測的自矯正啟動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無刷電機控制領(lǐng)域，具體地，涉及一種無刷電機的基于采用單個霍爾傳感檢測轉(zhuǎn)子位置的自矯正啟動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)以及電力電子技術(shù)特別是大功率開關(guān)器件的發(fā)展，無刷電動機得到了長足的發(fā)展。其中電機的轉(zhuǎn)子位置的檢測正確可靠，對縮短電機的啟動時間和增加電機的啟動成功率起到非常關(guān)鍵的作用。
[0003]然而由于傳感器的安裝位置，轉(zhuǎn)子磁場強度的大小及生產(chǎn)工藝水平均影響轉(zhuǎn)子位置的檢測精度，檢測反饋信號錯誤是難以避免的，當(dāng)錯誤發(fā)生時，需要有一種方法自動對錯誤進(jìn)行矯正，否則電機無法啟動。尤其是對于采用單個霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置的無刷電機而言，情況更差。
[0004]因此，對于普通消費者來說，需要一種能夠解決上述問題的無刷電機的基于轉(zhuǎn)子位置檢測的自矯正啟動方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了提供一種針對如上所述的采用單個霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置的無刷電機的基于轉(zhuǎn)子位置檢測的自矯正啟動方法。根據(jù)本發(fā)明的無刷電機的基于轉(zhuǎn)子位置檢測的自矯正啟動方法，電機上電時，控制器通過檢測霍爾信號快速判定轉(zhuǎn)子的初始位置，并根據(jù)檢測結(jié)果驅(qū)動電機啟動。如果判定初始位置錯誤，控制器能夠根據(jù)輸入電壓相位自動校正轉(zhuǎn)子的相位，從而正確的驅(qū)動電機，解決了現(xiàn)有技術(shù)中單相無刷電機啟動時轉(zhuǎn)子位置判定錯誤無法啟動的問題。使得轉(zhuǎn)子位置的檢測正確可靠，有利地縮短了電機的啟動時間和并增加了啟動成功率。
[0006]具體而言，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種針對采用單個霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置的無刷電機的基于轉(zhuǎn)子位置檢測的自矯正啟動方法，包括步驟:
[0007]在電機啟動前，讀取轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測到的初始電壓波形，根據(jù)初始電壓波形與第一閾值的比較結(jié)果，設(shè)定轉(zhuǎn)子位置狀態(tài)變量為第一狀態(tài)或者第二狀態(tài)；
[0008]如果轉(zhuǎn)子位置狀態(tài)變量為第一狀態(tài)，則進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置傳感器的最大值檢測過程；
[0009]如果轉(zhuǎn)子位置狀態(tài)變量為第二狀態(tài)，則進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置傳感器的最小值檢測過程，
[0010]其中轉(zhuǎn)子位置傳感器的最大值檢測過程包括:
[0011]向電機施加與第一狀態(tài)對應(yīng)的第一預(yù)定輸入電壓，并判斷轉(zhuǎn)子位置傳感器此時檢測到的電壓波形是否逐漸增加；
[0012]如果判斷轉(zhuǎn)子位置傳感器此時檢測到的電壓波形逐漸減小或者固定不變，則判定轉(zhuǎn)子位置錯誤，修改轉(zhuǎn)子位置狀態(tài)變量為第二狀態(tài)，
[0013]如果判斷轉(zhuǎn)子位置傳感器此時檢測到的電壓波形逐漸增加，則將轉(zhuǎn)子位置傳感器當(dāng)前檢測到的電壓波形值與轉(zhuǎn)子位置傳感器的最大電壓波形閾值進(jìn)行比較；
[0014]如果轉(zhuǎn)子位置傳感器當(dāng)前檢測到的電壓波形值與上述最大電壓波形閾值之差小于一容限閾值，則將轉(zhuǎn)子位置狀態(tài)變量更新為第二狀態(tài)，完成了轉(zhuǎn)子位置傳感器的最大值檢測過程；
[0015]如果線性霍爾傳感器的轉(zhuǎn)子位置傳感器當(dāng)前檢測到的電壓波形值與上述最大電壓波形閾值之差大于等于容限閾值，則繼續(xù)施加交流電壓驅(qū)動電機，
[0016]其中轉(zhuǎn)子位置傳感器的最小值檢測過程包括:
[0017]向電機施加與第二狀態(tài)對應(yīng)的第二預(yù)定輸入電壓，并判斷轉(zhuǎn)子位置傳感器此時檢測到的電壓波形是否逐漸減??；
[0018]如果判斷轉(zhuǎn)子位置傳感器此時檢測到的電壓波形逐漸增大或者固定不變，則判定轉(zhuǎn)子位置錯誤，修改轉(zhuǎn)子位置狀態(tài)變量為第一狀態(tài)；
[0019]如果判斷轉(zhuǎn)子位置傳感器此時檢測到的電壓波形逐漸減小，則將線性霍爾傳感器的轉(zhuǎn)子位置傳感器當(dāng)前檢測到的電壓波形值與轉(zhuǎn)子位置傳感器的最小電壓波形閾值進(jìn)行比較；
[0020]如果轉(zhuǎn)子位置傳感器當(dāng)前檢測到的電壓波形值與上述最小電壓波形閾值之差大于一容限閾值，則將轉(zhuǎn)子位置狀態(tài)變量更新為第一狀態(tài)，完成了轉(zhuǎn)子位置傳感器的最小值檢測過程；
[0021]如果線性霍爾傳感器的轉(zhuǎn)子位置傳感器當(dāng)前檢測到的電壓波形值與上述最小電壓波形閾值之差小于等于容限閾值，則繼續(xù)施加交流電壓驅(qū)動電機，
[0022]如果完成了轉(zhuǎn)子位置傳感器的最大值檢測過程、最小值檢測過程，則結(jié)束所述的自矯正啟動方法。
[0023]其中，霍爾傳感器采用線性霍爾傳感器。
[0024]其中，第一狀態(tài)是電機啟動前轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測到的電壓大于中點電壓的、與最小齒槽轉(zhuǎn)矩位置對應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置；第二狀態(tài)是電機啟動前轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測到的電壓小于中點電壓、與最小齒槽轉(zhuǎn)矩位置對應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置，其中，轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測到的電壓信號是以所述中點電壓所在的橫軸直線為基準(zhǔn)進(jìn)行正弦變化。
[0025]其中，轉(zhuǎn)子位置傳感器的最大電壓波形閾值、最小電壓波形閾值存儲在控制無刷電機的單片機的存儲器中。
[0026]其中，第一預(yù)定輸入電壓是L電壓〉N電壓的交流電壓，第二預(yù)定輸入電壓是N電壓〉L電壓的交流電壓。
[0027]其中，無刷電機是單相無刷電機或多相無刷電機。
【附圖說明】
[0028]通過下面結(jié)合附圖對示例實施例的詳細(xì)描述，將更好地理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)清楚地理解，所描述的示例實施例僅僅是作為說明和示例，而本發(fā)明不限于此。本發(fā)明的精神和范圍由所附權(quán)利要求書的具體內(nèi)容限定。下面描述附圖的簡要說明，其中:
[0029]圖1示出單相無刷電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖；
[0030]圖2示出單相無刷電機的控制系統(tǒng)框圖；
[0031]圖3示出單相無刷電機的同步檢測電路輸出的與交流輸入電壓同步的方波信號；
[0032]圖4示出單相無刷電機的轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的模擬電壓波形；
[0033]圖5示意示出了對轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的反饋信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后的波形；
[0034]圖6示出了達(dá)到單相無刷電機的同步轉(zhuǎn)速時的信號關(guān)系波形圖；
[0035]圖7示出了單相無刷電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的齒槽轉(zhuǎn)矩波形和轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的模擬電壓波形；
[0036]圖8示出了實際的單相無刷電機達(dá)到同步轉(zhuǎn)速后霍爾狀態(tài)信號的切換點；
[0037]圖9示出了單相無刷電機轉(zhuǎn)子靜止時霍爾傳感器檢測到的電壓信號；以及
[0038]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的單相無刷電機的基于轉(zhuǎn)子位置檢測的自矯正啟動方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0039]現(xiàn)在參照附圖來詳細(xì)地描述本發(fā)明。本發(fā)明以單相無刷電機為例進(jìn)行說明是為了使本發(fā)明的原理能夠容易被理解，但是以單相無刷電機為例的說明并不能將本發(fā)明的實際應(yīng)用范圍僅限于單相無刷電機，本發(fā)明的方法對多相無刷電機也是適用的，多相無刷電機同樣也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0040]圖1示出單相無刷電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，單相無刷電動機結(jié)構(gòu)上一般由電子控制系統(tǒng)(未示出)、轉(zhuǎn)子位置傳感器11、轉(zhuǎn)子12、定子13組成。
[0041]轉(zhuǎn)子位置傳感器11通?？蛇x用利用電流的磁效應(yīng)進(jìn)行工作的磁敏式霍爾位置傳感器，它們在磁場作用下會產(chǎn)生霍爾電勢，經(jīng)整形、放大后即可輸出所需電平信號，構(gòu)成了原始的轉(zhuǎn)子位置信號。
[0042]轉(zhuǎn)子12由一對極對子的永磁體組成。
[0043]定子13由單相電樞繞組組成。
[0044]圖2示出單相無刷電機的控制系統(tǒng)框圖。如圖2所示，單相無刷電機的控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子位置傳感器21、同步檢測電路22、直流電源生成電路23、單片機24、交流開關(guān)25。
[0045]單相交流輸入電源為單相無刷電機20提供工作電壓。
[0046]單相交流輸入電源經(jīng)直流電源生成電路23生成用于為單片機24供電的直流電壓。
[0047]同步檢測電路22檢測單相交流輸入電源的電壓，把交流電壓轉(zhuǎn)換為與交流電壓同步的單片機可檢測的信號(例如，轉(zhuǎn)換成50Hz的方波同步信號)，如圖3所示。同步檢測電路22將所生成的方波同步信號輸出到單片機24。
[0048]僅包括單個位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置傳感器21檢測單相無刷電機20的轉(zhuǎn)子位置，轉(zhuǎn)子位置傳感器21采用線性霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置，輸出模擬電壓，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器檢測到的電壓波形如圖4所示。
[0049]單片機24讀取霍爾傳感器21輸出的電壓反饋信號并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并按以下方式把霍爾傳感器輸出的反饋信號分為兩種狀態(tài):霍爾傳感器檢測到的電壓波形中電壓上升的為1，電壓下降的為O。參見圖5，圖5示意示出了對轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的反饋信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后得到的霍爾狀態(tài)信號的波形。在電機啟動階段，單片機24根據(jù)同步檢測電路22輸出的例如50Hz的方波同步信號以及對轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的反饋信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后的霍爾狀態(tài)信號的波形來驅(qū)動交流換流開關(guān)25，使得單相無刷電機運轉(zhuǎn)并達(dá)到與交流輸入電源的頻率同步的同步轉(zhuǎn)速，從而完成電機啟動階段的轉(zhuǎn)速控制。之后，電機將進(jìn)入其他階段的轉(zhuǎn)速控制，以達(dá)到用戶期望的轉(zhuǎn)速或額定轉(zhuǎn)速。達(dá)到同步轉(zhuǎn)速之后的轉(zhuǎn)速控制不屬于本發(fā)明所涉及的范圍，因此省略其描述。
[0050]達(dá)到單相無刷電機同步轉(zhuǎn)速時的信號關(guān)系波形圖參見圖6所示。(請注意，未達(dá)到單相無刷電機同步轉(zhuǎn)速時的霍爾狀態(tài)信號的高電平時段要大于達(dá)到單相無刷電機同步轉(zhuǎn)速時的開關(guān)信號的高電平時段。達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時，霍爾狀態(tài)信號與同步信號是同步的，未達(dá)到同步轉(zhuǎn)速之前，兩者是不同步的)。
[0051]參見圖6，圖6所示的同步信號是同步檢測電路22輸出的方波同步信號。當(dāng)同步信號和霍爾狀態(tài)信號同時為“I”時，或者當(dāng)同步信號和霍爾狀態(tài)信號同時為“O”時，單片機24輸出高電平的開關(guān)信號以控制交流開關(guān)25為“導(dǎo)通”;單片機24輸出低電平的開關(guān)信號以控制交流開關(guān)25為“截止”。盡管圖6示出了單相無刷電機達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時的信號關(guān)系波形圖，但是開始啟動到達(dá)到同步轉(zhuǎn)速這一過程中，單片機24也是根據(jù)同步檢測電路22輸出的方波同步信號以及對轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的反饋信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后的霍爾狀態(tài)信號的波形來驅(qū)動交流換流開關(guān)25，只是開關(guān)信號的占空比不同。
[0052]圖7示出了單相無刷電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的齒槽轉(zhuǎn)矩波形和轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的模擬電壓波形。參照圖7，電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，齒槽轉(zhuǎn)矩的變化波形如圖7虛線所示，霍爾位置傳感器檢測到的與轉(zhuǎn)子位置信息相關(guān)的反饋信號如圖7實線所示?；魻栁恢脗鞲衅鳈z