单相无刷直流电机无霍尔控制方法及其单相无刷直流电机技术

本发明专利技术公开了一种单相无刷直流电机无霍尔控制方法及其单相无刷直流电机，预先确定转子初始位置，然后向所述单相无刷直流电机注入用于驱动转子旋转的电压，通过观测器实时估算转子角度theta，基于该转子角度theta控制所述单相无刷直流电机驱动运行；本发明专利技术由于节省了霍尔传感器件的使用，避免了霍尔传感器件的安装过程，不仅节省了硬件成本，同时有效降低了对电机生产工艺的要求，进一步降低了生产成本，明显改善了单相无刷直流电机的性能。

【技术实现步骤摘要】
单相无刷直流电机无霍尔控制方法及其单相无刷直流电机
本专利技术属于电机控制领域，具体涉及一种单相无刷直流电机无霍尔控制方法，本专利技术还涉及该无霍尔控制方法应用的单相无刷直流电机。
技术介绍
单相无刷直流电机因其具有结构简单，成本低，广泛应用于小功率风机、水泵等领域。单相无刷直流电机在工作时，通常需要控制器来对电机的运行过程进行控制，其中，控制器需要设置霍尔传感器来用于检测电机永磁转子的位置，控制器根据检测获取的转子位置霍尔信号来控制向电机输出的相应电压，进而实现对电机的控制运转。然而由于霍尔传感器的使用增加了控制系统的成本，而且由于霍尔传感器的安装误差会影响电机的运行性能，因此对于电机的生产工艺的要求较高，此外，霍尔信号存在延迟也会影响电机的高速运行性能。为了实现对单相无刷直流电机的无霍尔控制，公开号为CN106026805A的专利技术专利公开了一种单相无传感器无刷直流电机控制系统，包括：分别与电机的两相线相连接的H桥控制电路，该H桥控制电路的输出端与电流传感器相接；电流传感器与主控制器相接，该主控制器上分别设有用于驱动H桥控制电路的第一、第二驱动电路，电机的两相线均与反电动势采样电路相连接，所述反电动势采样电路用于对单相无刷电机上的反电动势比较信号进行采集，并将该反电动势比较信号输送至主控制器中；所述主控制对第一驱动电路和第二驱动电路的开合状态进行控制；该方案同样存在控制器元件复杂，控制过程复杂，对于系统成本并没有实际改善。因此，本申请人希望寻求新的技术方案对以上技术问题进行改进。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种单相无刷直流电机无霍尔控制方法及其单相无刷直流电机，由于节省了霍尔传感器件的使用，避免了霍尔传感器件的安装过程，不仅节省了硬件成本，同时有效降低了对电机生产工艺的要求，进一步降低了生产成本，明显改善了单相无刷直流电机的性能。本专利技术采用的技术方案如下：一种单相无刷直流电机的无霍尔控制方法，所述单相无刷直流电机包括定子和转子，所述单相无刷直流电机中定子和转子之间的气隙不均匀，确保当电机处于未通电的自由状态时，所述转子的两个磁极分别位于确定的第一最小磁阻位置点和第二最小磁阻位置点；所述无霍尔控制方法包括：预先确定转子初始位置，然后向所述单相无刷直流电机注入用于驱动转子旋转的电压，通过观测器实时估算转子角度theta，基于该转子角度theta控制所述单相无刷直流电机驱动运行；其中，预先确定转子初始位置的步骤包括：A10)、向定子绕组注入可形成瞬间定子定向磁场的电压；A20)、在该瞬间定子定向磁场的作用下驱动所述转子按一定方向进行旋转，使得所述转子的两个磁极旋转至与该定子定向磁场吸合对应的定向位置；A30)、停止电压注入，在电机的齿槽转矩作用下驱动所述转子按与所述步骤A20中相反的旋转方向进行旋转，使得所述转子的两个磁极分别返回与其对应相邻的最小磁阻位置点；A40)、完成对所述转子初始位置的预先确定。优选地，在所述步骤A10)中，向定子绕组注入可形成瞬间定子定向磁场的负向电压，其中，定子定向磁场的N极磁场位于上方，其S极磁场位于下方。优选地，在所述步骤A20)中，在该瞬间定子定向磁场的作用下驱动所述转子逆时针旋转，其中，所述转子的S极磁极位于上方且与所述N极磁场对应吸合，所述转子的N极磁极位于上方且与所述S极磁场对应吸合；在所述步骤A30)中，在电机的齿槽转矩作用下驱动所述转子顺时针旋转，使得所述N极磁极返回至第一最小磁阻位置点，且所述S极磁极返回至第二最小磁阻位置点。优选地，所述第一最小磁阻位置点和第二最小磁阻位置点之间的连接线与所述定子定向磁场的磁极连接线具有夹角，所述夹角大于0゜且小于90゜。优选地，所述夹角的范围为10-45゜。优选地，所述单相无刷直流电机的母线电压为10-15V，在所述步骤A10)中，所述电压的占空比范围为10-30％；所述电压的注入时间范围为0.5-3秒。优选地，所述观测器实时估算转子角度theta的过程包括：B10)、通过观测器计算电机的实时电流i(k)；B20)、基于实时电流i(k)和通过采样得到的实际电流iactual之间的差值，得到反电动势e的瞬时值，按控制周期更新存储入反电动势e数组；B30)、从所述反电动势e数组中提取得到滞后于瞬时值的反电动势延迟值e_beta；B40)、基于所述反电动势e的瞬时值以及反电动势延迟值e_beta计算得到转子角度theta。优选地，所述转子角度所述反电动势延迟值e_beta相对于所述反电动势e的瞬时值滞后90゜。优选地，在所述步骤B10)中，实时电流其中,ΔT为单个控制周期，L为电感，v为电机电压，R为绕组电阻，i为电机电流，i(k)为实时电流，i(k-1)为上一控制周期的电机电流，e0为上一控制周期中反电动势的瞬时值。优选地，在所述观测器实时估算转子角度theta时，向所述单相无刷直流电机注入的电压占空比范围为10-30％，且所述电压为负向电压，用于驱动所述转子逆时针旋转。优选地，一种无霍尔控制的单相无刷直流电机，采用如上所述的无霍尔控制方法。需要说明的是，本申请述及的转子的两个磁极分别位于确定的第一最小磁阻位置点和第二最小磁阻位置点，具体是指，转子的两个磁极处于电机预先设定的第一最小磁阻位置点和第二最小磁阻位置点的朝向。本专利技术首先利用了单相无刷直流电机当处于定子和转子之间的气隙不均匀且设置预先确定的第一最小磁阻位置点和第二最小磁阻位置点时，当电机定子通电注入电压产生定子定向磁场时，驱动转子旋转，会使得转子的两个磁极旋转至与该定子定向磁场吸合对应的定向位置，然后进一步利用单相无刷直流电机自身存在的齿槽转矩效应而定向返回至与其对应相邻的最小磁阻位置点，在无霍尔位置传感器的基础上，实现了对转子初始位置的快速便捷确定，然后通过向电机注入驱动转子旋转的电压，在转子旋转的过程中，通过观测器实时估算转子角度theta，依据该实时估算得到的转子角度theta用于控制单相无刷直流电机的精准驱动运行，本专利技术由于节省了霍尔传感器件的使用，避免了霍尔传感器件的安装过程，不仅节省了硬件成本，同时有效降低了对电机生产工艺的要求，进一步降低了生产成本，明显改善了单相无刷直流电机的性能。本专利技术还进一步利用观测器计算得到电机的实时电流，基于实时电流与实时采样电流的差值计算处理得到反电动势e的瞬时值，并建立按控制周期更新存储入反电动势e数组，在实际实施时，通过提取滞后于瞬时值的反电动势延迟值e_beta，进而计算得到转子角度，实现对转子角度的实时位置估算，确保单相无刷直流电机可根据该实时转子角度信号控制电机的精准运行。附图说明图1是本专利技术具体实施方式下单相无刷直流电机中第一最小磁阻位置点和第二最小磁阻位置点的定位示意图；图2(a)是本专利技术具体实施方式下单相无刷直流电机在未通电状态下的一种结构示意图(转子的N极磁极位于第一最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相无刷直流电机的无霍尔控制方法，所述单相无刷直流电机包括定子和转子，其特征在于，所述单相无刷直流电机中定子和转子之间的气隙不均匀，确保当电机处于未通电的自由状态时，所述转子的两个磁极分别位于确定的第一最小磁阻位置点和第二最小磁阻位置点；/n所述无霍尔控制方法包括：预先确定转子初始位置，然后向所述单相无刷直流电机注入用于驱动转子旋转的电压，通过观测器实时估算转子角度theta，基于该转子角度theta控制所述单相无刷直流电机驱动运行；/n其中，预先确定转子初始位置的步骤包括：/nA10)、向定子绕组注入可形成瞬间定子定向磁场的电压；/nA20)、在该瞬间定子定向磁场的作用下驱动所述转子按一定方向进行旋转，使得所述转子的两个磁极旋转至与该定子定向磁场吸合对应的定向位置；/nA30)、停止电压注入，在电机的齿槽转矩作用下驱动所述转子按与所述步骤A20中相反的旋转方向进行旋转，使得所述转子的两个磁极分别返回与其对应相邻的最小磁阻位置点；/nA40)、完成对所述转子初始位置的预先确定。/n

【技术特征摘要】
1.一种单相无刷直流电机的无霍尔控制方法，所述单相无刷直流电机包括定子和转子，其特征在于，所述单相无刷直流电机中定子和转子之间的气隙不均匀，确保当电机处于未通电的自由状态时，所述转子的两个磁极分别位于确定的第一最小磁阻位置点和第二最小磁阻位置点；
所述无霍尔控制方法包括：预先确定转子初始位置，然后向所述单相无刷直流电机注入用于驱动转子旋转的电压，通过观测器实时估算转子角度theta，基于该转子角度theta控制所述单相无刷直流电机驱动运行；
其中，预先确定转子初始位置的步骤包括：
A10)、向定子绕组注入可形成瞬间定子定向磁场的电压；
A20)、在该瞬间定子定向磁场的作用下驱动所述转子按一定方向进行旋转，使得所述转子的两个磁极旋转至与该定子定向磁场吸合对应的定向位置；
A30)、停止电压注入，在电机的齿槽转矩作用下驱动所述转子按与所述步骤A20中相反的旋转方向进行旋转，使得所述转子的两个磁极分别返回与其对应相邻的最小磁阻位置点；
A40)、完成对所述转子初始位置的预先确定。


2.根据权利要求1所述的单相无刷直流电机无霍尔控制方法，其特征在于，在所述步骤A10)中，向定子绕组注入可形成瞬间定子定向磁场的负向电压，其中，定子定向磁场的N极磁场位于上方，其S极磁场位于下方。


3.根据权利要求2所述的单相无刷直流电机无霍尔控制方法，其特征在于，在所述步骤A20)中，在该瞬间定子定向磁场的作用下驱动所述转子逆时针旋转，其中，所述转子的S极磁极位于上方且与所述N极磁场对应吸合，所述转子的N极磁极位于上方且与所述S极磁场对应吸合；
在所述步骤A30)中，在电机的齿槽转矩作用下驱动所述转子顺时针旋转，使得所述N极磁极返回至第一最小磁阻位置点，且所述S极磁极返回至第二最小磁阻位置点。


4.根据权利要求1或2或3所述的单相无刷直流电机无霍尔控制方法，其特征在于，所述第一最小磁阻位置点和第二最小磁阻位置点之间的连接线与所述定子定向磁场的磁极连接线具有夹角...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明仁，娄明明，
申请(专利权)人：无锡雷利电子控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32