一种直流无刷电机霍尔传感器冗余设计制造技术

本发明专利技术公开了一种直流无刷电机霍尔传感器冗余设计，包括两套三相霍尔传感器，三相霍尔传感器对称设置、独立定位，在其中一套霍尔出现故障时另一套霍尔能迅速替代，能够迅速检测出故障霍尔的位置以及做出有效的故障处理措施，并且在多相霍尔故障时仍能正常工作，有利于电机控制，提高了电机工作效率。

Redundancy design of a Holzer sensor for brushless DC motor

The invention discloses a brushless DC motor Holzer sensor redundancy design, including two sets of three-phase Holzer sensor, three-phase Holzer sensor are symmetrically arranged, independent positioning, in which a Holzer failure of another Holzer can quickly replace, can quickly detect the fault location and fault Holzer make effective treatment measures, and can still work normally in the heterogeneous Holzer fault, for motor control, improve the work efficiency of the motor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及直流无刷电机控制，具体涉及直流无刷电机霍尔传感器控制方法。
技术介绍
直流无刷电机有转矩高、能量密度高、效率高、噪声低等优点，广泛应用于新能源汽车驱动电机，而直流无刷电机矢量控制方法中需要精确确定转子位置，霍尔传感器因其体积小、安装方便、价格低廉等优点被普遍应用于直流无刷电机转子的相位检测中。准确的转子相位对于直流无刷电机控制策略十分重要，相位的准确性直接影响到电机运行过程中的震动、噪声及效率等，然而霍尔传感器出现故障，电机控制器将会解析出错误的转子相位信号并输出错误的控制信号，进而带来严重的后果，如转矩波动、相电流过大、电机热负荷过大甚至电机内部短路。现有的直流无刷电机一般配置三个对称安装的霍尔传感器，三相霍尔传感器的编码信号为001、010、011、100、101、110共六个信号，利用该六个编码信号可以将直流无刷电机的一个电周期分为六个区域，并于区域交界处有6个准确的参考相位，然而当三相霍尔其中一相或两相出现故障时，其输出仍然为上述六个编码信号，不容易判断是否故障以及故障的具体霍尔，不利于电机的高效控制。
技术实现思路
一般的直流无刷电机会配置三个对称安装的霍尔传感器，利用三个霍尔传感器的输出信号组成的六个编码信号可以将直流无刷电机的一个电周期分为六个区域，并于区域交界处有6个准确的参考相位，然而当三相霍尔其中一相或两相出现故障时，仍然会输出上述六个编码信号，不容易快速判断是否故障以及故障的具体霍尔，不利于电机的高效控制。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种直流无刷电机霍尔传感器冗余设计，包括霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1、霍尔A2、霍尔B2、霍尔C2共六相霍尔，所述霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1相邻两相之间夹角为120°，所述霍尔A2、霍尔B2、霍尔C2相邻两相之间夹角为120°。所述霍尔A1与所述霍尔A2设置于相同的位置，所述霍尔B1与所述霍尔B2设置于相同的位置，所述霍尔C1与所述霍尔C2设置于相同的位置。所述霍尔A1与所述霍尔A2的位置相对电机转子中心对称，所述霍尔B1与所述霍尔B2的位置相对电机转子中心对称，所述霍尔C1与所述霍尔C2的位置相对电机转子中心对称。所述霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1、霍尔A2、霍尔B2、霍尔C2各自独立定位。还包括故障检测模块，所述故障检测模块的具体操作步骤如下：步骤一：记录电机转子经过上一个霍尔区域的时间tn-1，如果从电机转子进入当前霍尔区域时的tn-1+Δt时间内，电机转子离开当前霍尔区域时对应的霍尔电平发生变化，则该霍尔正常，如果对应的霍尔电平未发生变化，则将该霍尔标记为可疑霍尔，其中Δt为设定的误差时间；步骤二：当检测出某个霍尔为可疑霍尔时，暂停使用该霍尔，经过至少一个旋转周期后，再次对该可疑霍尔重复步骤一的检测，若该霍尔电平发生变化，则标记为正常，恢复使用该霍尔；若该霍尔电平未发生变化，则仍标记为可疑；步骤三：重复步骤二，若出现正常，则标记为正常，恢复使用该霍尔；若经过两次以上的检测该霍尔电平均未发生变化，则该霍尔确定为故障，停止使用。还包括故障检测模块，所述故障检测模块具体操作步骤如下：步骤一：通过当前电机转速ω计算出所述霍尔A、霍尔B、霍尔C电平变化的周期Tn＝180°/ωn，如果从某个霍尔发生一次电平变化时开始，在Tn+ΔT时间内，该霍尔电平再次发生变化，则该霍尔正常，如果该霍尔电平未发生变化，则将该霍尔标记为可疑霍尔，其中ΔT为设定的误差时间；步骤二：当检测出某个霍尔为可疑霍尔时，暂停使用该霍尔，经过至少一个旋转周期后，再次对该可疑霍尔重复步骤一的检测，若该霍尔电平发生变化，则标记为正常，恢复使用该霍尔，若该霍尔电平未发生变化，则仍标记为可疑；步骤三：重复步骤二，若出现正常，则标记为正常，恢复使用该霍尔，若经过两次以上的检测该霍尔电平均未发生变化，则该霍尔确定为故障，停止使用。还包括容错控制模块，所述容错控制模块包括：(1)当检测出霍尔A1与霍尔A2最多一相故障且霍尔B1与霍尔B2最多一相故障且霍尔C1与霍尔C2最多一相故障时，由故障霍尔对应的另一霍尔替代所示故障霍尔；(2)当检测出其中一相霍尔及其对应霍尔均故障时，根据当前电机转速ωn1计算出按照转子转动顺序下故障霍尔的前一个无故障霍尔电平变化的周期Tn1＝180°/ωn1，记所述转子从该无故障霍尔对应位置开始经过Tn1/3时间到达的位置为所述故障霍尔所对应的位置；(3)当检测出其中两相霍尔及其对应霍尔均故障时，根据当前电机转速ωn2计算出无故障霍尔电平变化的周期Tn2＝180°/ωn2，将所述周期平均分为三部分霍尔区域，记所述霍尔区域的Tn2/3和2Tn2/3分别为两相故障霍尔对应的位置。相比现有的直流无刷电机霍尔传感器冗余设计，本专利技术有显著优点和有益效果，具体体现为：使用本专利技术直流无刷电机霍尔传感器冗余设计，将三相霍尔解耦，每相霍尔独立检测转子位置，在霍尔出现故障时能够迅速检测出故障霍尔的位置以及有效的处理故障，有利于电机控制，提高了电机工作效率。附图说明图1为本专利技术直流无刷电机霍尔传感器冗余设计第一实施例的结构示意图；图2为本专利技术直流无刷电机霍尔传感器冗余设计第二实施例的结构示意图；图3为本专利技术直流无刷电机霍尔传感器冗余设计的流程示意图。具体实施方式本专利技术的具体实施方法如下：为了解决现有的直流无刷电机霍尔传感器故障检测不及时的问题，本专利技术提出一种直流无刷电机霍尔传感器冗余设计，设置两套三相霍尔传感器，且将三相霍尔解耦，每相霍尔独立检测转子位置，在霍尔出现故障时能够迅速检测出故障霍尔的位置以及有效的处理故障，有利于电机控制，提高电机的工作效率。下面结合附图具体说明本专利技术的实施方式：如图1所示为本专利技术直流无刷电机霍尔传感器冗余设计第一实施例的结构示意图，所述电机布置两套三相霍尔传感器，分别为霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1及霍尔A2、霍尔B2、霍尔C2，所述霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1对称布置于电机转子外，所述霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1相邻霍尔之间的夹角为120°，所述霍尔A2与所述霍尔A1设置于相同位置，所述霍尔B2与所述霍尔B1设置于相同位置，所述霍尔C2与所述霍尔C1设置于相同位置。所述霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1、霍尔A2、霍尔B2、霍尔C2分别能够根据磁通量输出高低电平来确定所述电机转子的两个位置，分别为图中虚线对应位置，即所述霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1、霍尔A2、霍尔B2、霍尔C2通过输出电平值共能确定电机转子六个位置，也就是将所述电机转子的一个旋转周期平分为六个区域，分别为图中的Sec1、Sec2、Sec3、Sec4、Sec5、Sec6，根据所述霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1、霍尔A2、霍尔B2、霍尔C2的信号既能得出电机转子的六个准确位置，也能得出电机转子所在的区域，对于电机的控制有明显助益。不妨假设所述电机转子的运转方向为逆时针旋转，且转子磁极的方向与所述霍尔A1、霍尔A2的位置方向夹角为θ，则当所述电机转子由霍尔A1、霍尔A2所在位置经过θ＝90°时，霍尔A1、霍尔A2输出电平由1翻转为0，当转子经过θ＝270°时，霍尔A1、霍尔A2输出电平由0翻转为1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流无刷电机霍尔传感器冗余设计，其特征在于，包括霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1、霍尔A2、霍尔B2、霍尔C2共六相霍尔，所述霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1相邻两相之间夹角为120°，所述霍尔A2、霍尔B2、霍尔C2相邻两相之间夹角为120°。

【技术特征摘要】
1.一种直流无刷电机霍尔传感器冗余设计，其特征在于，包括霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1、霍尔A2、霍尔B2、霍尔C2共六相霍尔，所述霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1相邻两相之间夹角为120°，所述霍尔A2、霍尔B2、霍尔C2相邻两相之间夹角为120°。2.根据权利要求1所述的直流无刷电机霍尔传感器冗余设计，其特征在于，所述霍尔A1与所述霍尔A2设置于相同的位置，所述霍尔B1与所述霍尔B2设置于相同的位置，所述霍尔C1与所述霍尔C2设置于相同的位置。3.根据权利要求1所述的直流无刷电机霍尔传感器冗余设计，其特征在于，所述霍尔A1与所述霍尔A2的位置相对电机转子中心对称，所述霍尔B1与所述霍尔B2的位置相对电机转子中心对称，所述霍尔C1与所述霍尔C2的位置相对电机转子中心对称。4.根据权利要求2或3所述的直流无刷电机霍尔传感器冗余设计，其特征在于，所述霍尔A1、霍尔B1、霍尔C1、霍尔A2、霍尔B2、霍尔C2各自独立定位。5.根据权利要求4所述的直流无刷电机霍尔传感器冗余设计，其特征在于，还包括故障检测模块，所述故障检测模块的具体操作步骤如下：步骤一：记录电机转子经过上一个霍尔区域的时间tn-1，如果从电机转子进入当前霍尔区域时的tn-1+Δt时间内，电机转子
\t离开当前霍尔区域时对应的霍尔电平发生变化，则该霍尔正常，如果对应的霍尔电平未发生变化，则将该霍尔标记为可疑霍尔，其中Δt为设定的误差时间；步骤二：当检测出某个霍尔为可疑霍尔时，暂停使用该霍尔，经过至少一个旋转周期后，再次对该可疑霍尔重复步骤一的检测，若该霍尔电平发生变化，则标记为正常，恢复使用该霍尔；若该霍尔电平未发生变化，则仍标记为可疑；步骤三：重复步骤二，若出现正常，则标记为正常，恢复使用该霍尔；若经过两次以上的检测该霍尔电平均未发生变化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岷舣，余国权，刘菁，黄俊，
申请(专利权)人：天津市松正电动汽车技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12