CN108448956B - 一种六相不对称方波电机的转子位置检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种六相不对称方波电机的转子位置检测装置包括：主控模块，输出DCT控制信号控制两套三相逆变器的开关元件；两个非换相电压选择器，与对应的三相绕组的三相端子相连接，用于选出三相绕组中的非换相端；两个滤波电路，分别对两套三相绕组的非换相端电压进行滤波处理；两个分压电路，分别对滤波处理后的两个非换相端电压进行分压；两个电压比较模块，分别用于将分压后的两个非换相端电压与参考电压进行比对以输出非换相的反电势过零信号。主控模块对非换相的反电势过零信号进行处理，得到转子位置，从而确定电机换相时刻。本发明的检测装置舍弃了位置传感器，通过检测***中的各种物理量来间接地得到转子的位置而使电机进行换相。

Description

一种六相不对称方波电机的转子位置检测装置

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及一种六相不对称方波电机的转子位置检测装置。

背景技术

无刷直流电机的驱动电流是交流电，通常无刷电机的驱动电流分成两种，一种是方波，另一种是正弦波。无刷直流方波电机有位置传感器技术已经日趋成熟，但在恶劣的环境下位置传感器会产生错误的信号对***产生干扰，所以发展无位置传感器检测技术就十分的必要了。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种六相不对称方波电机的转子位置检测装置。

本发明提供一种六相不对称方波电机的转子位置检测装置，直流电源上并联两套三相逆变器，每套三相逆变器分别连接一套三相绕组，包括：

主控模块，通过输出DCT控制信号控制两套三相逆变器中的开关元件进而控制电机换相；

两个非换相电压选择器，每个非换相电压选择器与对应的三相绕组的三相端子相连接，用于选出每套三相绕组中的非换相端并输出该端电压；

两个滤波电路，分别对两套三相绕组的非换相端电压进行滤波处理；

两个分压电路，分别对滤波处理后的两个非换相端电压进行分压；

两个电压比较模块，分别用于将分压后的两个非换相端电压与参考电压进行比对以输出非换相的反电势过零信号；

所述主控模块对非换相的反电势过零信号进行处理，得到转子位置，从而确定电机换相时刻。

在本发明的六相不对称方波电机的转子位置检测装置中，所述装置还包括分别于主控模块和电压比较模块相连接的参考电压选择电路，所述参考电压选择电路包括第一开关、第二开关、第十一电阻和第十二电阻；所述第十一电阻一端与直流电源正极相接，另一端通过第十二电阻接地；所述第一开关一端接到所述第十一电阻和第十二电阻的交点上，另一端分别与两个电压比较模块的输入端相连接；所述第二开关一端与所述直流电源负极相连接，另一端分别与两个电压比较模块的输入端相连接；所述主控模块控制第一开关和第二开关的开断进而输出不同的参考电压。

在本发明的六相不对称方波电机的转子位置检测装置中，参考电压的选择方式包括：

当电机处于六相工作模式且主控模块输出的DCT控制信号的PWM占空比小于50％时，主控模块将第二开关关闭同时保持第一开关断开，所述参考电压选择电路将参考电压选为零电压；

当电机处于六相工作模式且主控模块输出的DCT控制信号的PWM占空比大于50％时，主控模块将第二开关断开同时关闭第一开关，所述参考电压选择电路将参考电压选为直流母线电压的十分之一；

当电机转速升高到一定值时切掉反电势较大的一套三相绕组，电机运行在三相工作模式，此时主控模块输出的DCT控制信号的PWM占空比大于50％，主控模块继续保持第二开关断开，第一开关关闭，所述参考电压选择电路将参考电压选为直流母线电压的十分之一。

在本发明的六相不对称方波电机的转子位置检测装置中，所述主控模块包括相互连接的DSP芯片和CPLD芯片，所述DSP芯片用于输出DCT控制信号和控制指令，并对非换相的反电势过零信号进行处理以获得转子位置；所述CPLD芯片用于对DSP芯片输入和输出的信号和控制指令进行信号处理。

在本发明的六相不对称方波电机的转子位置检测装置中，所述滤波电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第三电容；所述第一电阻、第二电容和第三电阻依次串接在非换相电压选择器和分压电路之间；所述第一电容和第二电阻串接后再与第二电容并联相接；所述第三电容的一端接在第三电阻和分压电路的交点处，另一端接地。

在本发明的六相不对称方波电机的转子位置检测装置中，所述分压电路包括：第七电阻、第八电阻和第七电容，所述第七电阻一端与滤波电路相连接，另一端通过第八电阻接地，所述第七电容与第八电阻并联相接；经所述第七电阻和第八电阻分压后，第七电阻和第八电阻的交点作为分压后的非换相端电压输出端与电压比较模块的输入端相连接。

本发明的六相不对称方波电机的转子位置检测装置既能提高低速段时反电势过零检测灵敏度，同时通过对高速采样电路改进既能提高低速段时反电势过零检测灵敏度，同时通过对高速采样电路改进还能有效避免反电势幅值过高给检测电路造成损坏，保证六相不对称电机工作于更宽的转速范围内，简化了***，降低了***运行时的噪声，使***在恶劣环境下运行更加可靠，大转矩地起动运行，这种新型的六相方波电机控制策略在电动汽车领域具有很好的效果。

附图说明

图1是本发明的一种六相不对称方波电机的转子位置检测装置的框图。

具体实施方式

参照附图对本发明的一种六相不对称方波电机的转子位置检测装置进行说明。

如图1所示，本发明的种六相不对称方波电机的转子位置检测装置用于无位置传感器检测转子的位置。本实施例中，六相不对称方波电机包括两套不对称三相绕组，一套三相绕组包括U，V，W三相，另一套三相绕组包括R，S，T三相。两套三相绕组通过直接接触器Q连接。直流电源U_d上并联两套三相逆变器7，每套三相逆变器7分别连接一套三相绕组。

如图1所示，本发明的转子位置检测装置包括：主控模块1、两个非换相电压选择器2、两个滤波电路3、两个分压电路4、两个电压比较模块5和参考电压选择电路6。

如图所示，第一套三相逆变器7包括六个晶闸管T1、T2、T3、T4、T5和T6。具体地，晶闸管T1、T3、T5连接在直流电源的正极，晶闸管T2、T4和T6连接在直流电源的负极。另一套三相逆变器7包括六个晶闸管T7、T8、T9、T10、T11和T12。具体地，晶闸管T7、T9、和T11连接在直流电源的正极，晶闸管T8、T10和T12连接在直流电源的负极。三相逆变器7将直流电源U_d转换成交流电压。

其中，主控模块1通过输出DCT控制信号控制两套三相逆变器7中的12个开关元件，即12个晶闸管T1-T12的状态进而控制电机换相。非换相电压选择器2与三相绕组的三相端子相连接，用于选出三相绕组中的非换相端并输出该端电压。

本实施例中的检测对象是六相不对称方波电机，因此设置两个非换相电压选择器2，其中一个非换相电压选择器2与第一套三相绕组的U，V，W三相连接，另一个非换相电压选择器2与第二套三相绕组的R，S，T三相连接。具体实施时，非换相电压选择器2采用8通道模拟多路复用器为主题，其型号为hef4051b，在其基础上进行电路展开。当电机刚起动时运行在六相状态下，此时接触器Q闭合，直流电源正向电流通过晶闸管T1流过U相绕组，再经过V相绕组和晶闸管T6流向直流电源的负侧；同时直流电源正向电流通过晶闸管T7流过R相绕组，再经过S相绕组和晶闸管T12流向直流电源的负侧，此时W相和T相绕组为非换相相，通过非换相相电压选择器2将其选择出来。

滤波电路3与非换相电压选择器2相连接，用于对三相绕组的非换相端电压进行滤波处理。如图1所示，本发明检测装置设置两个滤波电路3分别对两套三相绕组的非换相端电压进行滤波处理。第一个滤波电路3包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3。其中，第一电阻R1、第二电容C2和第三电阻R3依次串接在非换相电压选择器2和分压电路4之间。所述第一电容C1和第二电阻R2串接后再与第二电容C2并联相接。所述第三电容C3的一端接在第三电阻R3和分压电路4的交点处，另一端接地。第二个滤波电路3包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6。其中，第四电阻R4、第五电容C5和第六电阻R6依次串接在非换相电压选择器2和分压电路4之间。所述第四电容C4和第五电阻R5串接后再与第五电容C5并联相接。所述第六电容C6的一端接在第六电阻R6和分压电路4的交点处，另一端接地。

分压电路4与滤波电路3相连接，用于对滤波处理后的两个非换相端电压进行分压。如图1所示，本发明检测装置设置两个分压电路4，分别对滤波处理后的两个非换相端电压进行分压。第一个分压电路4包括：第七电阻R7、第八电阻R8和第七电容C7。所述第七电阻R7一端与滤波电路3相连接，另一端通过第八电阻R8接地，所述第七电容C7与第八电阻R8并联相接；经所述第七电阻R7和第八电阻R8分压后，第七电阻R7和第八电阻R8的交点作为分压后的非换相端电压输出端与电压比较模块5的输入端相连接。另一个分压电路4包括：第九电阻R9、第十电阻R10和第八电容C8。所述第九电阻R9一端与滤波电路3相连接，另一端通过第十电阻R10接地，所述第八电容C8与第十电阻R10并联相接；经所述第九电阻R9和第十电阻R10分压后，第九电阻R9和第十电阻R10的交点作为分压后的非换相端电压输出端与电压比较模块5的输入端相连接。

电压比较模块5用于将分压后的非换相端电压与参考电压U_ref进行比对以输出非换相的反电势过零信号。本发明检测装置设置两个电压比较模块5，分别用于将分压后的两个非换相端电压与参考电压进行比对以输出非换相的反电势过零信号。

参考电压U_ref通过参考电压选择电路6生成。所述参考电压选择电路6分别于主控模块1和电压比较模块5相连接，所述参考电压选择电路6包括第一开关S1、第二开关S2、第十一电阻R11和第十二电阻R12；所述第十一电阻R11一端与直流电源U_d正极相接，另一端通过第十二电阻R12接地；所述第一开关S1一端接到所述第十一电阻R11和第十二电阻R12的交点上，另一端分别与两个电压比较模块5的输入端相连接；所述第二开关S2一端与所述直流电源U_d负极相连接，另一端分别与两个电压比较模块5的输入端相连接；所述主控模块1控制第一开关S1和第二开关S2的开断进而输出不同的参考电压。其中，直流母线即直流电源U_d电压经过第十一电阻R11和第十二电阻R12进行分压得到直流母线电压的十分之一作为参考值，另一个参考值直接连接地线。参考电压的选择方式包括：

当电机处于六相工作模式且主控模块1输出的DCT控制信号的PWM占空比小于50％时，主控模块1将第二开关S2关闭同时保持第一开关S1断开，所述参考电压选择电路6将参考电压选为零电压；

当电机处于六相工作模式且主控模块1输出的DCT控制信号的PWM占空比大于50％时，主控模块1将第二开关S2断开同时关闭第一开关S1，所述参考电压选择电路6将参考电压选为直流母线电压的十分之一；

当电机转速升高到一定值时切掉反电势较大的一套三相绕组，电机运行在三相工作模式，此时主控模块1输出的DCT控制信号的PWM占空比大于50％，主控模块1继续保持第二开关S2断开，第一开关S1关闭，所述参考电压选择电路6将参考电压选为直流母线电压的十分之一。

所述主控模块1对电压比较模块5输出的非换相的反电势过零信号进行处理，得到转子位置，从而确定电机换相时刻。具体实施时，主控模块1包括相互连接的DSP芯片和CPLD芯片。DSP芯片用于输出DCT控制信号和控制指令，并对非换相的反电势过零信号进行处理以获得转子位置。所述CPLD芯片用于对DSP芯片输入和输出的信号和控制指令进行信号处理。

电机在运行时有高速和低速运行，当转速较高时需要较高PWM占空比来为电机提供能量，而当转速较低时，需要降低PWM的占空比来限制多余的能量。

本发明的检测装置在高转速下以H_PWM_ON-L_ON调制方式为依据进行检测，此时将参考电压选为直流母线电压的十分之一。在低速下H_PWM_OFF-L_ON调制方式为依据进行检测，此时将参考电压选为零电压。这样对DSP芯片中的AD检测和比较检测7反电势过零具有更好的效果。

由于六相电机当转速升高到一定值时会切掉其中反电势较大的三相绕组使电机运行在剩余三相工作模式，所以当电机在三相工作时转速相对于六相而言更高，所以采用H_PWM_ON-L_ON调制方式，此时将参考电压选为直流母线电压的十分之一。本文用DCT信号来根据PWM的占空比和三六相运行状态分别进行控制。具体地如下：

(1)当六相电机刚起动后运行在六相绕组下，此时电机转速低于阈值且当PWM占空比小于50％时，应用H_PWM_OFF-L_ON调制方式，此时将参考电压选为零电压进行比较来获取反电势过零检测信号。

(2)随着电机转速继续升高，且PWM占空比大于50％时，应用H_PWM_ON-L_ON调制方式，此时将参考电压选为直流母线电压的十分之一，进行比较来获取反电势过零检测信号；

(3)六相不对称方波电机在转速较低时工作在六相绕组状态，当转速升高到阈值时，切换掉反电势系数较大的三相绕组(R，S，T三相)使方波电机工作在三相状态，这样可以使电机的转速继续升高。此时将参考电压选为直流母线电压的十分之一，进行比较来获取反电势过零检测信号。

(4)当电机在三相高速下降速时，将电机转速降到阈值时，将电机切掉的三相绕组(R，S，T三相)重新接回使电机工作在六相绕组模式下，此时PWM的占空比依旧大于50％，用H_PWM_ON-L_ON调制方式，参考电压依旧选用直流母线电压的十分之一，当电机转速继续下降到PWM占空比低于50％时，应用H_PWM_OFF-L_ON调制方式，参考电压选为零电压。

根据电机工作于不同转速和三六相绕组状态的不同，方波电机无位置传感器转子位置检测电路也随之改变。通过DCT信号区分高低转速和判别三六相工作模式，使***更加完善。反电势过零检测新方法既对电机高低速的反电势检测进行区分，而且对三六相工作模式区分对待，使电机反电势的检测更加精准，又防止了电机在高速运转时对电路造成损坏。

以上所述仅为本发明的较佳实例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种六相不对称方波电机的转子位置检测装置，直流电源上并联两套三相逆变器，每套三相逆变器分别连接一套三相绕组，其特征在于，包括：

主控模块，通过输出DCT控制信号控制两套三相逆变器中的开关元件进而控制电机换相，具体为：

(1)当六相电机刚起动后运行在六相绕组下，此时电机转速低于阈值且当PWM占空比小于50％时，应用H_PWM_OFF-L_ON调制方式，此时将参考电压选为零电压进行比较来获取反电势过零检测信号；

(2)随着电机转速继续升高，且PWM占空比大于50％时，应用H_PWM_ON-L_ON调制方式，此时将参考电压选为直流母线电压的十分之一，进行比较来获取反电势过零检测信号；

(3)六相不对称方波电机在转速较低时工作在六相绕组状态，当转速升高到阈值时，切换掉反电势系数较大的三相绕组使方波电机工作在三相状态，这样可以使电机的转速继续升高，此时将参考电压选为直流母线电压的十分之一，进行比较来获取反电势过零检测信号；

(4)当电机在三相高速下降速时，将电机转速降到阈值时，将电机切掉的三相绕组，重新接回使电机工作在六相绕组模式下，此时PWM的占空比依旧大于50％，用H_PWM_ON-L_ON调制方式，参考电压依旧选用直流母线电压的十分之一，当电机转速继续下降到PWM占空比低于50％时，应用H_PWM_OFF-L_ON调制方式，参考电压选为零电压；

两个非换相电压选择器，每个非换相电压选择器与对应的三相绕组的三相端子相连接，用于选出每套三相绕组中的非换相端并输出该端电压；

两个滤波电路，分别对两套三相绕组的非换相端电压进行滤波处理；

两个分压电路，分别对滤波处理后的两个非换相端电压进行分压；

两个电压比较模块，分别用于将分压后的两个非换相端电压与参考电压进行比对以输出非换相的反电势过零信号；

所述主控模块对非换相的反电势过零信号进行处理，得到转子位置，从而确定电机换相时刻。

2.如权利要求1所述的六相不对称方波电机的转子位置检测装置，其特征在于，所述装置还包括分别与主控模块和电压比较模块相连接的参考电压选择电路，所述参考电压选择电路包括第一开关、第二开关、第十一电阻和第十二电阻，其中第十一电阻的阻值为第十二电阻阻值的9倍；所述第十一电阻一端与直流电源正极相接，另一端通过第十二电阻接地；所述第一开关一端接到所述第十一电阻和第十二电阻的交点上，另一端分别与两个电压比较模块的输入端相连接；所述第二开关一端与所述直流电源负极相连接，另一端分别与两个电压比较模块的输入端相连接；所述主控模块控制第一开关和第二开关的开断进而输出不同的参考电压。

3.如权利要求2所述的六相不对称方波电机的转子位置检测装置，其特征在于，参考电压的选择方式包括：

当电机处于六相工作模式且主控模块输出的DCT控制信号的PWM占空比小于50％时，主控模块将第二开关关闭同时保持第一开关断开，所述参考电压选择电路将参考电压选为零电压；

当电机处于六相工作模式且主控模块输出的DCT控制信号的PWM占空比大于50％时，主控模块将第二开关断开同时关闭第一开关，所述参考电压选择电路将参考电压选为直流母线电压的十分之一；

当电机转速升高到一定值时切掉反电势较大的一套三相绕组，电机运行在三相工作模式，此时主控模块输出的DCT控制信号的PWM占空比大于50％，主控模块继续保持第二开关断开，第一开关关闭，所述参考电压选择电路将参考电压选为直流母线电压的十分之一。

4.如权利要求1所述的六相不对称方波电机的转子位置检测装置，其特征在于，所述主控模块包括相互连接的DSP芯片和CPLD芯片，所述DSP芯片用于输出DCT控制信号和控制指令，并对非换相的反电势过零信号进行处理以获得转子位置；所述CPLD芯片用于对DSP芯片输入和输出的信号和控制指令进行信号处理。

5.如权利要求1所述的六相不对称方波电机的转子位置检测装置，其特征在于，所述滤波电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第三电容；所述第一电阻、第二电容和第三电阻依次串接在非换相电压选择器和分压电路之间；所述第一电容和第二电阻串接后再与第二电容并联相接；所述第三电容的一端接在第三电阻和分压电路的交点处，另一端接地。

6.如权利要求1所述的六相不对称方波电机的转子位置检测装置，其特征在于，所述分压电路包括：第七电阻、第八电阻和第七电容，所述第七电阻一端与滤波电路相连接，另一端通过第八电阻接地，所述第七电容与第八电阻并联相接，其中第八电阻的阻值为第七电阻阻值的4倍，第十电阻的阻值为第九电阻阻值的4倍；经所述第七电阻和第八电阻分压后，第七电阻和第八电阻的交点作为分压后的非换相端电压输出端与电压比较模块的输入端相连接。

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