CN107769631A - 一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式 - Google Patents
一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107769631A CN107769631A CN201711073220.7A CN201711073220A CN107769631A CN 107769631 A CN107769631 A CN 107769631A CN 201711073220 A CN201711073220 A CN 201711073220A CN 107769631 A CN107769631 A CN 107769631A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- module
- phases
- motor
- logic control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式，主要通过逻辑控制模块、转子位置采样模块、三相驱动模块和转速信号输出模块得以实现，转子位置采样模块、逻辑控制模块连接、三相驱动模块依次连接，转速信号输出模块的输出端和输入端分别连接逻辑控制模块连接和三相驱动模块；逻辑控制模块根据接收到的HALL信号计算转子位置并合成SVPWM调制信号；三相驱动模块主要为三相桥式逆变电路，通过逻辑控制模块输出的SVPWM信号驱动逆变器中功率晶体管的导通和断开，从而实现永磁无刷直流电机的换相过程；逻辑控制模块通过检测U相线圈端电压与电机的绕组中点电压进行比较，确定U相反电动势过零点；进行HALL信号的偏置。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其是涉及一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式。
背景技术
永磁无刷电动机可以看做是一台用电子换向装置取代机械换向的直流电动机，永磁直流无刷电动机主要由永磁电动机本体、转子位置传感器和电子换向电路组成。无论是结构或控制方式，永磁直流无刷电动机与传统的直流电动机都有很多相似之处：用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极；用具有多相绕组的定子取代电枢；用由固态逆变器和轴位置检测器组成的电子换向器取代机械换向器和电刷；
与传统的电励磁电动机相比，永磁电动机特别是稀土永磁电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量小、损耗少、效率高，以及电动机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，因为应用范围极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域；
本发明提出了一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式，通过更加精确的运算模式、更加精细的调制方法，以使得永磁无刷电动机在实际生产中得到更好的运用。
发明内容
本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案；
一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式，主要通过逻辑控制模块、转子位置采样模块、三相驱动模块和转速信号输出模块得以实现，所述转子位置采样模块、逻辑控制模块连接、三相驱动模块依次连接，所述转速信号输出模块的输出端和输入端分别连接逻辑控制模块连接和三相驱动模块；所述转子位置采样模块采用单HALL传感器，逻辑控制模块根据接收到的HALL信号计算转子位置并合成SVPWM调制信号；所述三相驱动模块主要为三相桥式逆变电路，通过逻辑控制模块输出的SVPWM信号驱动逆变器中功率晶体管的导通和断开，从而实现永磁无刷直流电机的换相过程；所述逻辑控制模块通过检测U相线圈端电压与电机的绕组中点电压进行比较，确定U相反电动势过零点；进行HALL信号的偏置，使HALL信号超前U相反电动势过零点30°电角度，作为V相和W相到U相的换相点；而W相和U相到V相以及U相和V相到W相的换相点都能够从此点进行推算；
优选地，所述SVPWM调制过程主要包括：参考电压矢量的扇区判断、各个扇区非零矢量和零矢量作用时间的计算从而确定各个扇区矢量切换点，最后使用一定频率的三角载波信号与各个扇区矢量切换点进行比较，从而产生逆变器所需的SVPWM脉冲信号；
优选地，定义开关量为Ta、Ta’、Tb、Tb’、Tc、Tc’，同一桥臂不能同时导通，则两电平三相逆变器的开关状态共有8种，对应8个电压空间矢量；
优选地，8个电压空间矢量包括6个非零矢量U1（001）、U2（010）、U3（011）、U4（100）、U5（101）、U6（110），以及2个零矢量U0（000）、U7（111）；
优选地，知道参考电压矢量所在的区间位置，利用所在扇区的相邻两电压矢量和适当的零矢量合成参考电压矢量，即可实现SVPWM信号调制；
优选地，利用电压空间矢量合成图通过简单计算获得各个扇区的作用时间，确定三相电压时间切换点与各个扇区的关系，通过比较一定频率的三角载波信号和各个扇区矢量切换点，产生逆变器所需的SVPWM波形；
优选地，通过maxwell软件对电机磁场进行仿真，确定单HALL传感器的最佳感应位置；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明主要通过逻辑控制模块、转子位置采样模块、三相驱动模块和转速信号输出模块得以实现，转子位置采样模块采用单HALL传感器，逻辑控制模块根据接收到的HALL信号计算转子位置并合成SVPWM调制信号；三相驱动模块主要为三相桥式逆变电路，通过逻辑控制模块输出的SVPWM信号驱动逆变器中功率晶体管的导通和断开，从而实现永磁无刷直流电机的换相过程；逻辑控制模块通过检测U相线圈端电压与电机的绕组中点电压进行比较，确定U相反电动势过零点；进行HALL信号的偏置，使HALL信号超前U相反电动势过零点30°电角度，作为V相和W相到U相的换相点。而W相和U相到V相以及U相和V相到W相的换相点都能够从此点进行推算；
本发明通过更加精确的运算模式、更加精细的调制方法，以使得永磁无刷电动机在实际生产中得到更好的运用；
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的结构框图；
图2为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式中HALL信号以及U、V、W反电动势和电压的时域波形图；
图3为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的逆变器原理图；
图4为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的电压空间矢量图；
图5为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的极弧系数为0.90时的磁场分布图；
图6为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的极弧系数为0.90时在1.88mT附近放大图；
图7为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的极弧系数为0.85时的磁场分布图；
图8为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的极弧系数为0.85时在1.88mT附近放大图；
图9为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的极弧系数为0.80时的磁场分布图；
图10为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的极弧系数为0.80时在1.88mT附近放大图；
图11为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的极弧系数为0.75时的磁场分布图；
图12为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的极弧系数为0.75时在1.88mT附近放大图；
图13为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的极弧系数为0.70时的磁场分布图；
图14为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的极弧系数为0.70时在1.88mT附近放大图；
图15为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的极弧系数为0.65时的磁场分布图；
图16为一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式的极弧系数为0.65时在1.88mT附近放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；
请参阅图1-16，本发明实施例中，一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式，主要通过逻辑控制模块、转子位置采样模块、三相驱动模块和转速信号输出模块得以实现，所述转子位置采样模块、逻辑控制模块连接、三相驱动模块依次连接，所述转速信号输出模块的输出端和输入端分别连接逻辑控制模块连接和三相驱动模块；所述转子位置采样模块采用单HALL传感器，逻辑控制模块根据接收到的HALL信号计算转子位置并合成SVPWM调制信号；所述三相驱动模块主要为三相桥式逆变电路，通过逻辑控制模块输出的SVPWM信号驱动逆变器中功率晶体管的导通和断开，从而实现永磁无刷直流电机的换相过程；所述逻辑控制模块通过检测U相线圈端电压与电机的绕组中点电压进行比较，确定U相反电动势过零点；进行HALL信号的偏置，使HALL信号超前U相反电动势过零点30°电角度，作为V相和W相到U相的换相点。而W相和U相到V相以及U相和V相到W相的换相点都能够从此点进行推算；
所述SVPWM调制过程主要包括：参考电压矢量的扇区判断（为了确定此开关周期所使用的基本电压空间矢量）、各个扇区非零矢量和零矢量作用时间的计算从而确定各个扇区矢量切换点，最后使用一定频率的三角载波信号与各个扇区矢量切换点进行比较，从而产生逆变器所需的SVPWM脉冲信号。参考电压扇区判断；
定义开关量为Ta、Ta’、Tb、Tb’、Tc、Tc’，同一桥臂不能同时导通，则两电平三相逆变器的开关状态共有8种，对应8个电压空间矢量。其中包括6个非零矢量U1（001）、U2（010）、U3（011）、U4（100）、U5（101）、U6（110），以及2个零矢量U0（000）、U7（111），将电压矢量映射至图4所示复平面可得到图4所示的电压空间矢量图，它们将复平面分成了6个扇区；
要实现SVPWM信号调制，首先需要知道参考电压矢量所在的区间位置，利用所在扇区的相邻两电压矢量和适当的零矢量合成参考电压矢量；
在上述过程的基础上利用电压空间矢量合成图通过简单计算获得各个扇区的作用时间，确定三相电压时间切换点与各个扇区的关系，通过比较一定频率的三角载波信号和各个扇区矢量切换点，产生逆变器所需的SVPWM波形；
通过maxwell软件对电机磁场进行仿真，确定单HALL传感器的最佳感应位置；
图5-16示出了不同极弧系数的磁场随h和r变化的曲线，由磁场仿真可以看出：磁场随r的变化时，在r约为3mm时出现极值点。若忽略掉定子的磁场分布，霍尔元件安装的极限高度如表1所示；
表1 忽略定子磁场HALL元件极限高度
为了获得更精确的计算结果，下面对定子产生磁场的分布进行分析；
针对不同电机定子参数，进行磁场分析，电机定子参数如表2所示
表2 3种电机参数
三种类型电机在单HALL传感器上表面处的磁感应强度如表3所示；
表3 定子铁心磁感应强度
转子产生的磁场为Br，定子产生的磁场为Bs，为了无刷直流电机能够正确换向，霍尔元件接受到的磁场感应强度满足，如下要求：。综合分析，考虑极限条件下，三种型号电机霍尔传感器高度极限距离如表4所示
表4 HALL传感器理论极限高度
根据霍尔元件说技术手册，霍尔元件高为2.67mm，所以霍尔元件与转子的在电机轴向间隙为h-2.67，具体数据如表5所示
表5 HALL传感器与转子轴向间隙
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式，主要通过逻辑控制模块、转子位置采样模块、三相驱动模块和转速信号输出模块得以实现，其特征在于，所述转子位置采样模块、逻辑控制模块连接、三相驱动模块依次连接，所述转速信号输出模块的输出端和输入端分别连接逻辑控制模块连接和三相驱动模块；所述转子位置采样模块采用单HALL传感器，逻辑控制模块根据接收到的HALL信号计算转子位置并合成SVPWM调制信号；所述三相驱动模块主要为三相桥式逆变电路，通过逻辑控制模块输出的SVPWM信号驱动逆变器中功率晶体管的导通和断开，从而实现永磁无刷直流电机的换相过程；所述逻辑控制模块通过检测U相线圈端电压与电机的绕组中点电压进行比较，确定U相反电动势过零点；进行HALL信号的偏置，使HALL信号超前U相反电动势过零点30°电角度，作为V相和W相到U相的换相点；而W相和U相到V相以及U相和V相到W相的换相点都能够从此点进行推算。
2.根据权利要求1所述的一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式，其特征在于，所述SVPWM调制过程主要包括：参考电压矢量的扇区判断、各个扇区非零矢量和零矢量作用时间的计算从而确定各个扇区矢量切换点，最后使用一定频率的三角载波信号与各个扇区矢量切换点进行比较，从而产生逆变器所需的SVPWM脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式，其特征在于，定义开关量为Ta、Ta’、Tb、Tb’、Tc、Tc’，同一桥臂不能同时导通，则两电平三相逆变器的开关状态共有8种，对应8个电压空间矢量。
4.根据权利要求3所述的一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式，其特征在于，8个电压空间矢量包括6个非零矢量U1（001）、U2（010）、U3（011）、U4（100）、U5（101）、U6（110），以及2个零矢量U0（000）、U7（111）。
5.根据权利要求1或3所述的一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式，其特征在于，知道参考电压矢量所在的区间位置，利用所在扇区的相邻两电压矢量和适当的零矢量合成参考电压矢量，即可实现SVPWM信号调制。
6.根据权利要求1或3所述的一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式，其特征在于，利用电压空间矢量合成图通过简单计算获得各个扇区的作用时间，确定三相电压时间切换点与各个扇区的关系，通过比较一定频率的三角载波信号和各个扇区矢量切换点，产生逆变器所需的SVPWM波形。
7.根据权利要求1所述的一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式，其特征在于，通过maxwell软件对电机磁场进行仿真，确定单HALL传感器的最佳感应位置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711073220.7A CN107769631A (zh) | 2017-11-04 | 2017-11-04 | 一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711073220.7A CN107769631A (zh) | 2017-11-04 | 2017-11-04 | 一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107769631A true CN107769631A (zh) | 2018-03-06 |
Family
ID=61272147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711073220.7A Pending CN107769631A (zh) | 2017-11-04 | 2017-11-04 | 一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107769631A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115118186A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-27 | 南阳微特防爆电机有限公司 | 无位置传感器无刷直流电机的控制装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201383787Y (zh) * | 2009-03-19 | 2010-01-13 | 深圳市拓邦电子科技股份有限公司 | 直流无刷电机控制器 |
| US20140246997A1 (en) * | 2013-03-04 | 2014-09-04 | Denso Corporation | Rotary electric machine control apparatus |
| CN104967370A (zh) * | 2015-07-23 | 2015-10-07 | 苏州思奥半导体科技有限公司 | 一种正弦波无刷直流电机驱动器 |
-
2017
- 2017-11-04 CN CN201711073220.7A patent/CN107769631A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201383787Y (zh) * | 2009-03-19 | 2010-01-13 | 深圳市拓邦电子科技股份有限公司 | 直流无刷电机控制器 |
| US20140246997A1 (en) * | 2013-03-04 | 2014-09-04 | Denso Corporation | Rotary electric machine control apparatus |
| CN104967370A (zh) * | 2015-07-23 | 2015-10-07 | 苏州思奥半导体科技有限公司 | 一种正弦波无刷直流电机驱动器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115118186A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-27 | 南阳微特防爆电机有限公司 | 无位置传感器无刷直流电机的控制装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103825518B (zh) | 三相永磁同步电动机相序检测和转子初始位置定位***及方法 | |
| CN102969955A (zh) | 永磁直流无刷双转电机的无位置检测 | |
| CN109921696A (zh) | 一种永磁无刷直流电机的过零点换向器及控制方法 | |
| JP2013034317A (ja) | 永久磁石回転電機及びその運転方法 | |
| CN104753279B (zh) | 交流变频感应无刷励磁的单电枢同步电机 | |
| CN108667358A (zh) | 一种无刷直流电机全范围调速控制***及其控制方法 | |
| CN106887978B (zh) | 马达驱动控制装置 | |
| Ozturk | Modelling, simulation and analysis of low-cost direct torque control of PMSM using hall-effect sensors | |
| Yang et al. | Direct torque control of brushless DC motor without flux linkage observation | |
| CN101814881A (zh) | 用于控制ipm电动机的方法及控制器 | |
| US8283885B2 (en) | Driver circuit | |
| CN107769631A (zh) | 一种三相永磁无刷直流电机的单Hall控制方式 | |
| CN109981003A (zh) | 直流无刷电机、机器人及检测直流无刷电机转速的方法 | |
| CN202586846U (zh) | 一种无传感器无刷直流电机控制模块 | |
| CN109599962A (zh) | 一种新分相形式的双凸极电机 | |
| CN109510525B (zh) | 一种永磁同步电机初始状态检测方法 | |
| CN105141200B (zh) | 一种永磁同步电机的驱动电路及驱动方法 | |
| CN2770217Y (zh) | 一种新型永磁无刷直流电机 | |
| CN106026824A (zh) | 一种识别不同型号交流电机的方法 | |
| CN207304423U (zh) | 一种星载二维指向机构永磁同步电机极点检测装置 | |
| CN110308690A (zh) | 基于Petri网的无刷直流电机DSP逻辑控制程序设计方法 | |
| CN105515470A (zh) | 一种直流无刷电机的转子位置检测电路 | |
| CN208128150U (zh) | 直流无刷电机及机器人 | |
| CN109586644B (zh) | 一种电机无位置传感器控制方法 | |
| Hu et al. | 180-degree commutation system of permanent magnet brushless DC motor drive based on speed and current control |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180306 |