直流无刷电机及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种直流无刷电机及其控制方法，该直流无刷电机包括电机本体和控制器；电机本体上设置有主磁场传感器和辅助磁场传感器；电机本体的随电机转子转动的机械结构上还设置有多个磁阻片；磁阻片的位置与辅助磁场传感器的位置在同一水平面相对应；主磁场传感器和辅助磁场传感器分别与控制器连接；主磁场传感器用于采集电机本体运行的扇区；辅助磁场传感器用于采集电机本体在扇区内的运行角度；控制器用于接收扇区和运行角度，输出对应的控制信号，以控制电机本体的旋转方向和输出电流。本发明专利技术通过设置辅助磁场传感器可以增加相位采集精度，从而可以精确地控制直流无刷电机的提前换向角度，同时有效抑制电机运行过程中产生的尖峰电流。

【技术实现步骤摘要】
直流无刷电机及其控制方法
本专利技术涉及电机控制
，尤其是涉及一种直流无刷电机及其控制方法。
技术介绍
伴随着国家新能源纯电动车的飞速发展，电动车直流无刷电机的控制技术及其产品得到广泛应用，直流无刷电机控制技术对电动车的发展起到关键作用。直流无刷电机运行在理想状态下，当电机转速高于额定转速时，电机转矩会随着电机速度的增大而减小，由于受到电压饱和的限制，直流无刷电机在额定转速以上运行时，其调速范围受到限制，直流无刷电机在高速运行中无法实现恒功率输出。通过控制直流无刷电机提前换向可以解决上述问题。另外直流无刷电机在运行中，由于受到电感饱和效应的影响，相电流会产生较大尖峰，尖峰电流的峰值能超过平均相电流的两倍以上，特别是对于纯电动汽车这种大功率驱动电机，尖峰电流必须加以限制，否者所选用的大功率器件会成倍增加成本。通过精确控制直流无刷电机输出可以解决上述问题。目前常用的控制直流无刷电机提前换向的方法，是根据电机转速计算提前角对应的换向时间。使用上述方法预测提前角对应的换向时间，由于负载波动导致转速变化率过大或者主霍信号受到干扰时就会影响提前换向的精度和响应时间，提前角偏离目标值过大就会直接导致控制器烧毁。目前常用的抑制直流无刷电机尖峰电流的方法，是通过改变电机定子齿槽，使用上述方法，电机适用调速范围窄，无法完全满足纯电动汽车全工况下运行要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种直流无刷电机及其控制方法，以增加相位采集精度，从而可以精确地控制直流无刷电机的提前换向角度，同时有效抑制电机运行过程中产生的尖峰电流。第一方面，本专利技术实施例提供了一种直流无刷电机，包括电机本体和控制器；电机本体上设置有主磁场传感器和辅助磁场传感器；电机本体的随电机转子转动的机械结构上还设置有多个磁阻片；磁阻片的位置与辅助磁场传感器的位置在同一水平面相对应；主磁场传感器和辅助磁场传感器分别与控制器连接；主磁场传感器用于采集电机本体运行的扇区；辅助磁场传感器用于采集电机本体在扇区内的运行角度；控制器用于接收扇区和运行角度，输出对应的控制信号，以控制电机本体的旋转方向和输出电流。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，主磁场传感器包括主霍尔传感器；辅助磁场传感器包括辅助霍尔传感器。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，辅助磁场传感器设置于电机本体的后端盖上。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，多个磁阻片设置于电机本体的风扇叶轮上，且沿着风扇叶轮的圆周位置均匀分布。第二方面，本专利技术实施例提供了一种直流无刷电机的控制方法，该方法应用于上述直流无刷电机的控制器；该方法包括：根据磁阻片的数量和电机本体的电机极对数，计算辅助磁场传感器输出的单个脉冲对应的电机角度；根据电机本体的理想换向角和预设的提前换向角，计算实际换向角度；根据实际换向角度和单个脉冲对应的电机角度，计算实际换向角度对应的辅助磁场传感器的脉冲数；采集换向点与当前换向周期内第一个脉冲的时间间隔；根据实际换向角度，计算经过脉冲数后，还需等待的换向时间；对时间间隔和换向时间进行校验；如果校验通过，当到达换向时间后，产生中断，控制电机本体换向。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，根据实际换向角度，计算经过脉冲数后，还需等待的换向时间的步骤，包括：通过下述公式，计算换向时间TH：TH＝agl_value*T_pulse/agl_pulse-T1-n_pulse*T_pulse其中，agl_value为实际换向角度；T_pulse为辅助磁场传感器输出的单个脉冲对应的时间；agl_pulse为辅助磁场传感器输出的单个脉冲对应的电机角度；T1为换向点与当前换向周期内第一个脉冲的时间间隔；n_pulse为实际换向角度对应的辅助磁场传感器的脉冲数。结合第二方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，对时间间隔和换向时间进行校验的步骤，包括：判断时间间隔和换向时间是否同时满足下述公式：TH<T_pulse,T1<T_pulse,(T1+TH)<T_pulse,如果是，确定校验通过。结合第二方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，该方法还包括：通过下述公式，计算到达换向时间后，电机本体的实际换向角度：agl_value＝(T1+TH+n_pulse*T_pulse)*360*n_pole/T_m；其中，n_pole为电机极对数；T_m为电机本体的机械周期时间。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，该方法还包括：采集电机本体输出的相电流在每个周期内的尖峰位置；通过辅助磁场传感器采集电机本体的运行角度；当运行角度到达尖峰位置时，降低控制器输出电压占空比，以降低尖峰位置的尖峰电流大小。结合第二方面的第四种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第二方面的第五种可能的实施方式，其中，当运行角度到达尖峰位置时，降低控制器输出电压的占空比的步骤，包括：在辅助磁场传感器输出的脉冲信号的跳变沿位置处，检测运行角度是否到达尖峰位置；如果到达，产生中断，以降低控制器输出电压的占空比。本专利技术实施例提供的一种直流无刷电机及其控制方法，电机本体上设置有主磁场传感器和辅助磁场传感器；主磁场传感器用于采集电机本体运行的扇区；辅助磁场传感器用于采集电机本体在扇区内的运行角度；控制器用于接收该扇区和运行角度，输出对应的控制信号，以控制电机本体的旋转方向和输出电流。该方式通过设置辅助磁场传感器可以增加相位采集精度，从而可以精确地控制直流无刷电机的提前换向角度，同时有效抑制电机运行过程中产生的尖峰电流。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本专利技术的上述技术即可得知。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种直流无刷电机的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的另一种直流无刷电机的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种直流无刷电机的控制方法流程图；图4为本专利技术实施例提供的另一种直流无刷电机的控制方法流程图；图5为本专利技术实施例提供的直流无刷电机的控制方法中，电机的控制时序图；图6为本专利技术实施例提供的直流无刷电机运行过程中的相电流示意图；图7为本专利技术实施例提供的直流无刷电机的控制方法中，得到的调整点波形图。图标：100-电机本体；110-控制器；101-主磁场传感器；102-辅助磁场传感器；103-磁阻片；200-电机风扇罩；201-电机风扇；210-磁阻片；211-辅助霍尔传感器。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流无刷电机，其特征在于，包括电机本体和控制器；所述电机本体上设置有主磁场传感器和辅助磁场传感器；所述电机本体的随电机转子转动的机械结构上还设置有多个磁阻片；所述磁阻片的位置与所述辅助磁场传感器的位置在同一水平面相对应；所述主磁场传感器和所述辅助磁场传感器分别与所述控制器连接；所述主磁场传感器用于采集所述电机本体运行的扇区；所述辅助磁场传感器用于采集所述电机本体在所述扇区内的运行角度；所述控制器用于接收所述扇区和所述运行角度，输出对应的控制信号，以控制所述电机本体的旋转方向和输出电流。

【技术特征摘要】
1.一种直流无刷电机，其特征在于，包括电机本体和控制器；所述电机本体上设置有主磁场传感器和辅助磁场传感器；所述电机本体的随电机转子转动的机械结构上还设置有多个磁阻片；所述磁阻片的位置与所述辅助磁场传感器的位置在同一水平面相对应；所述主磁场传感器和所述辅助磁场传感器分别与所述控制器连接；所述主磁场传感器用于采集所述电机本体运行的扇区；所述辅助磁场传感器用于采集所述电机本体在所述扇区内的运行角度；所述控制器用于接收所述扇区和所述运行角度，输出对应的控制信号，以控制所述电机本体的旋转方向和输出电流。2.根据权利要求1所述的直流无刷电机，其特征在于，所述主磁场传感器包括主霍尔传感器；所述辅助磁场传感器包括辅助霍尔传感器。3.根据权利要求1所述的直流无刷电机，其特征在于，所述辅助磁场传感器设置于所述电机本体的后端盖上。4.根据权利要求1所述的直流无刷电机，其特征在于，多个所述磁阻片设置于所述电机本体的风扇叶轮上，且沿着所述风扇叶轮的圆周位置均匀分布。5.一种直流无刷电机的控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-4任一项所述的直流无刷电机的控制器；所述方法包括：根据磁阻片的数量和电机本体的电机极对数，计算辅助磁场传感器输出的单个脉冲对应的电机角度；根据所述电机本体的理想换向角和预设的提前换向角，计算实际换向角度；根据所述实际换向角度和所述单个脉冲对应的电机角度，计算所述实际换向角度对应的辅助磁场传感器的脉冲数；采集换向点与当前换向周期内第一个脉冲的时间间隔；根据所述实际换向角度，计算经过所述脉冲数后，还需等待的换向时间；对所述时间间隔和所述换向时间进行校验；如果校验通过，当到达所述换向时间后，产生中断，控制电机本体换向。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述实际换向角度，计算经过所述脉冲数后...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，赵建，王和平，
申请(专利权)人：武汉菱电汽车电控系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42