一种三相凸极无刷直流电动机的换相方法，首先给电机定子中的两相绕组施加直流电流，使定子绕组产生一个定位磁势，拖动转子进入某一预知的初始位置。而后按照目标旋转方向，导通比转子初始位置超前１２０°电角度的磁势所对应的两相绕组，当通电电流达到当前两相绕组通电电流初始值时，导通比转子当前位置超前１２０°电角度的磁势所对应的两相绕组，根据上述换相方法，递推导通比换相点转子位置超前１２０°电角度的磁势所对应的两相绕组，推动转子朝目标方向旋转。根据上述方法，给出了一种实现装置。本发明专利技术的换相方法能准确检测到转子位置的换相点，具有可移植性强，实现简单，且性能可靠等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电机的换相方法及换相装置，特别是一种无位置传感器的 三相凸极无刷直流电动机的换相方法及相应的换相装置。
技术介绍
为了实现对无刷直流电机的加电控制，电机电压或电机电流在转子的某些特定位置处进行电子换相。在三相无刷直流电机两两通电方式中，每隔120度 电角度一个功率开关管关断而切换到下一个功率开关管导通状态，为确保这种 换相过程在预定的位置进行换相，电机的当前位置必须是已知的，对于这样的 控制方式，通常是利用专门的转子位置传感器如霍尔传感器来检测电机的位置 或者是采用开环起动技术实现换相。无位置传感器无刷直流电动机由于省去了转子位置传感器，使得电机结构 简单、体积小、可靠性高。特别是在一些特殊的场合，如当对电机的连线数目 有要求时，或者对电机体积限制、位置传感器难以安装时，或当电机工作在恶 劣环境中以至于位置传感器工作的可靠性难以保证时，这种无位置传感器的无 刷直流电动机更显示出其独特的优越性。无位置传感器无刷直流电动机在成功起动以后的位置检测方法具有多样性 并且实现装置筒单，但电机在静止和低速运行时位置检测方法却很少，目前普 遍采用开环起动技术实现起动，开环起动技术通常称为"三段式"起动技术， 即首先对转子进行预定位，然后采用外同步的方式，使电机逐步加速至预定速 度，再切换到自同步方式运行，详细原理分析及实现方法可以参考沈建新于 1998年5月在微特电机上发表的文章《无传感器无刷直流电机三段式起动技术 的深入分析》。这种起动方法的不足之处在于首先，转子预定位可靠性差，即 当转子的北极在加电磁势方向的反方向时，此时作用到转子上的力矩接近于零，使得初始位置不确定；其次，可移植性差，即针对不同的电机及不同负载情况 下都需要重新调整施加电压或者电流的时序；最后，电路调试复杂，即电机施 加电压或者电流的时序需要反复试凑才能达到预定的效果。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种可移植性强、 电路实现简单、性能可靠的三相凸极无刷直流电动机的换相方法及换相装置。本专利技术的技术解决方案是 一种三相凸极无刷直流电动机的换相方法，步 骤如下(1 )对三相凸极无刷直流电动才几三相绕组中的其中两相施加直流电流， 使定子绕组产生一个定位磁势，拖动转子进入预定的初始位置；(2) 根据转子的初始位置、目标旋转方向，对与转子初始位置超前120。电 角度的^兹势所对应的两相绕组施加直流电流，并记录通电电流初始值；(3) 检测当前通电的两相绕组电流值的变化情况，当绕组中电流值达到步 骤(2)所述通电电流初始值时，定子绕组换相，并向比转子当前换相点位置超 前120'电角度的》兹势所对应的两相绕组施加直流电流；(4) 重复步骤(3)的方法，依次向比转子换相点位置超前120。电角度的 f兹势所对应的两相绕组施加直流电流，推动转子朝目标方向旋转。所述步骤(1 )和步骤(2)之间还包括排除定位死区的步骤，方法为将加 电位置由步骤(1)中所述的电机两相绕组改为超前该位置60'电角度的磁势所 对应的两相绕组，而后重复步骤(1)的操作，使转子进入初始位置。所述步骤(3)中被施加直流电流的两相绕组中电流值的变化规律为在定 子绕组的每一个换相周期内，电流先减小后增大。一种三相凸极无刷直流电动机的换相装置，包括三相桥功率电路、电流传 感器、模数转换电路和控制器，三相桥功率电路接外部电源，控制器控制三相 桥功率电路中功率管的关断，为电机提供换相时各通电状态所需的电压，电流 传感器采集三相桥功率电路的母线电流，并将采集获得的数字量送入控制器，当控制器检测到三相桥功率电路的母线电流值与换相后第一次的电流采样值相 等时，控制三相桥功率电路改变通电状态，从而改变定子磁势，推动转子朝目 标方向旋转。本专利技术的原理为三相凸极同步电动机由于转子是凸极结构，所以定子与 转子之间的气隙不均匀使定子绕组的自感和互感因定子、转子相对位置的不同而不同，随夹角P呈周期性变化。因此，可以写出定子绕组每相的自感^^式为<formula>formula see original document page 5</formula>其中，^是转子轴线北极与定子A相轴线的电角度，丄。是定子绕组自感的平均值，^是定子绕组自感的二次谐波幅值。同理可以写出三相凸才及无刷直流电动才几定子两相绕组的互感^>式为<formula>formula see original document page 5</formula>根据上述定子绕组的自感和互感公式，经过数学推导，可以得出三相凸极 无刷直流电动机定子六个》兹势所对应的两相绕组电感与转子位置的函数关系式 如下<formula>formula see original document page 5</formula> 表1列出了电机顺时针旋转(以图2中绕组的空间分布为参考)转子位置 与定子绕组六个磁势之间的对应关系，表2列出了电机逆时针旋转转子位置与 定子绕组六个磁势之间的对应关系。依据上述关系，结合三相凸极无刷直流电 动机定子六个磁势所对应的两相绕组电感与转子位置的函数关系式，可以得知 电机顺时针和逆时针旋转时每个定子磁势所对应的转子位置区间内电感的变化规律，即每个磁势所对应的转子位置区间内电感随转子位置先增大后减小, 且每个换相点的电感相同。表1 电机顺时针旋转转子位置与定子绕组六个磁势之间对应关系<table>table see original document page 6</column></row><table>表2 电机顺时针旋转转子位置与定子绕组六个磁势之间对应关系<table>table see original document page 6</column></row><table>由于电感是无法直接测量的，只有通过间*接的方式测量。而定子电感的变 化会引起绕组电流的变化，因此，采取测量通电的两相绕组的电流值间接获取 电感的变化。现以j万通电状态为例写出由电机电压方程如下，其中，U是端电压，R是端电阻，^是A相反电势， 是B相反电势。 在一个通电区间内，可以认为转速恒定，即 、^为常数，得到一个通电 区间内电流的零状态响应为其中，r-:^。由此可以确定定子绕组电流值先减小后增大的变化规律，当母线电流值与换相后的初始加电电流值相等时，即为电机的下一个换相点，从 而可以准确换相。本专利技术与现有技术相比的优点在于(1) 本专利技术方法可以在无位置传感器的情况下实现电机的准确换相，推 动转子朝目标方向旋转，从而带动电机转动，梯:作方法简单，可靠性高；(2) 采取两次预定位的方法，不仅使得寻找初始位置简单，而且排除了定位死区，使得转子可靠进入预定位置；(3)由于整个换相过程中不涉及任何具体的电参数计算，而仅判断流过三 相绕组中通电绕组的电流变化规律而实现换相，换相方法可移植性强；(4 )本专利技术的换相装置由于只需检测三相桥母线电流的变化即可实现对电 机的换相控制，电路结构简单、检测方法可靠。 附图说明图1为本专利技术电机换相方法的流本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三相凸极无刷直流电动机的换相方法，其特征在于步骤如下： （１）对三相凸极无刷直流电动机三相绕组中的其中两相施加直流电流，使定子绕组产生一个定位磁势，拖动转子进入预定的初始位置； （２）根据转子的初始位置、目标旋转方向，对与转子初始位置超前１２０°电角度的磁势所对应的两相绕组施加直流电流，并记录通电电流初始值； （３）检测当前通电的两相绕组电流值的变化情况，当绕组中电流值达到步骤（２）所述通电电流初始值时，定子绕组换相，并向比转子当前换相点位置超前１２０°电角度的磁势所对应的两相绕组施加直流电流； （４）重复步骤（３）的方法，依次向比转子换相点位置超前１２０°电角度的磁势所对应的两相绕组施加直流电流，推动转子朝目标方向旋转。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：翟波，李建春，王晓瑜，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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