CN113740622A - 电动工具、直流无刷电机及其缺相检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种可读存储介质、电动工具、直流无刷电机及其缺相检测方法,该缺相检测方法在直流无刷电机运行时进行:在根据位置传感器的检测数据确定换相时,根据所述检测数据确定当前未导通相;根据所述检测数据确定所述未导通相的端电压的理论变化趋势,并在所述未导通相的端电压的理论变化趋势为上升时,将当前未导通相作为当前检测相;对当前检测相的端电压进行检测,并根据当前检测相的端电压的检测值判断当前检测相是否发生缺相故障。实施本发明的技术方案,可在直流无刷电机运行时实现缺相故障的检测,以及时产生保护,从而避免控制器的损坏,提高了控制器的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域,尤其涉及一种可读存储介质、电动工具、直流无刷电机及其缺相检测方法。
背景技术
直流无刷电机是一种自控变频的永磁同步式电机,由电机本体、位置传感器、电子开关电路组成,其中,电机本体用于产生气隙磁通,且定子作为电枢,由多相绕组组成,经由驱动器接到直流电源上;位置传感器用于检测电机转子与定子的相对位置;电子开关电路由功率管和控制器组成,用于控制电机定子绕组的通电顺序和导通时间,实现换相。
现有的直流无刷电机的缺相检测一般应用在电机起动前,但是,在某些工况下,如电动工具中,电机在运行后才由于强烈的冲击而导致缺相,例如,某一相定子绕组开路、功率管接触不良等均有可能造成运行中的缺相。当电机发生缺相故障时,电机的相电流输出异常或缺失,电机输出转矩产生较大的波动,且控制器在绕组缺相状态下工作很容易烧毁。因此,有必要对运行中的直流无刷电机进行缺相检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术存在的无法对对运行中的直流无刷电机进行缺相检测的缺陷,提供一种可读存储介质、电动工具、直流无刷电机及其缺相检测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种直流无刷电机的缺相检测方法,在直流无刷电机运行时进行以下步骤:
第一确定步骤:在根据位置传感器的检测数据确定换相时,根据所述检测数据确定当前未导通相;
第二确定步骤:根据所述检测数据确定所述未导通相的端电压的理论变化趋势,并在所述未导通相的端电压的理论变化趋势为上升时,将当前未导通相作为当前检测相;
电压检测步骤:对当前检测相的端电压进行检测,并根据当前检测相的端电压的检测值判断当前检测相是否发生缺相故障。
优选地,所述电压检测步骤包括:
在特定时段内对当前检测相的端电压进行实时检测;
若特定时段内当前检测相的端电压的检测值均小于预设电压值,则确定当前检测相发生缺相故障;
若特定时段内当前检测相的端电压的检测值不小于预设电压值,则确定当前检测相未发生缺相故障。
优选地,所述第二确定步骤还包括:将当前检测相所对应的缺相检测计数值初始化为0;
而且,所述电压检测步骤包括:
步骤S31.对当前检测相的端电压进行实时检测;
步骤S32.判断当前检测相的端电压的当前检测值是否小于预设电压值,若是,则执行步骤S34;若否,则执行步骤S33;
步骤S33.将当前检测相所对应的缺相检测计数值加1;
步骤S34.判断特定时段是否结束,若是,则执行步骤S35;若否,则执行步骤S31;
步骤S35.判断当前检测相所对应的缺相检测计数值是否为0,若是,则执行步骤S36;若否,则执行步骤S37;
步骤S36.确定当前检测相发生缺相故障;
步骤S37.确定当前检测相未发生缺相故障。
优选地,所述特定时段为:从所述未导通相的端电压的理论变化趋势变为上升的时间到根据位置传感器的检测数据确定再次换相的时间之间的时段。
优选地,还包括:
第一初始化步骤:在所述直流无刷电机开始运行时,将所述直流无刷电机的换相次数值初始化为0;
而且,所述第一确定步骤包括:
在根据位置传感器的检测数据确定换相时,将所述换相次数值加1,并判断当前的换相次数值是否大于第一预设次数值;
若当前的换相次数值大于第一预设次数值,则根据所述检测数据确定当前未导通相。
优选地,还包括:
第二初始化步骤:在所述直流无刷电机开始运行时,将每一相所对应的周期检测计数值均初始化为0;
而且,所述电压检测步骤包括:
对当前检测相的端电压进行检测,并根据当前检测相的端电压的检测值判断当前检测周期是否发生缺相故障,并在当前检测周期发生缺相故障时,将当前检测相确定为当前故障相,及将当前检测周期作为当前故障周期;
判断当前故障周期的故障相与前一故障周期的故障相是否为同一相,而且,若为同一相,则将当前故障相所对应的周期检测计数值加1;若不为同一相,则将前一故障周期的故障相所对应的周期检测计数值清零;
判断当前故障相所对应的周期检测计数值是否大于第二预设次数值,而且,若大于第二预设次数值,则确定当前故障相发生缺相故障;若不大于第二预设次数值,则重新执行所述第一确定步骤。
优选地,所述第二预设次数值大于等于2。
本发明还构造一种可读存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序在被控制器执行时实现以上所述的缺相检测方法。
本发明还构造一种直流无刷电机,包括控制器及存储有计算机程序的存储器,所述控制器在执行所述计算机程序时实现以上所述的缺相检测方法。
本发明还构造一种电动工具,包括以上所述的直流无刷电机。
在本发明所提供的技术方案中,在根据位置传感器的检测数据确定换相时,先确定当前未导通相,再判断未导通相的端电压的理论变化趋势,并在理论变化趋势为上升时,对端电压进行检测,而且,根据端电压的检测值判断当前检测相是否发生缺相故障。因此,可在直流无刷电机运行时实现缺相故障的检测,以及时产生保护,从而避免控制器的损坏,提高了控制器的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例,下面将对实施例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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中:
图1是在正常工作时及在发生缺相故障时端电压的示意图;
图2是本发明直流无刷电机的缺相检测方法实施例一的流程图;
图3是图2中步骤S30实施例二的流程图;
图4是在直流无刷电机的其中一相发生缺相故障时端电压的波形图。
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。
针对一些工况下(如电动工具中)直流无刷电机在运行后由于强烈的冲击而发生缺相故障,需要及时进行缺相故障检测及保护,以提高产品的可靠性。
研究及试验证明:结合图1,直流无刷电机在正常工作时端电压Ui的波形呈现完整的梯形波,波形存在一段上升区间;而在直流无刷电机发生缺相故障时,端电压Ui′的波形的上升沿为一垂直线,即,在本应该上升的区间一直为低电平,并无出现斜坡。基于此,可通过检测端电压的理论上升区间的电压即可判断是否发生缺相故障。
图2是本发明直流无刷电机的缺相检测方法实施例一的流程图,在该实施例中,直流无刷电机为三相直流无刷电机,且其在运行时进行以下步骤:
第一确定步骤S10:在根据位置传感器的检测数据确定换相时,根据所述检测数据确定当前未导通相;
在该步骤中,首先说明的是,直流无刷电机为了省掉电刷,将电枢放到了定子上,而转子制程永磁体,这与普通直流电机相反。另外,为了使电机转起来,还必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电,才能使定子磁场随着转子的位置不断变化,从而产生转矩推动转子旋转。在直流无刷电机中,通过设置位置传感器来检测定子与转子的相对位置,控制器根据位置传感器的检测数据控制各相定子绕组通电的顺序和导通时间,实现电子换相(即,改变导通绕组)。而且,在每次换相时,根据位置传感器的当前检测数据仅使相应的两相定子绕组导通,另一相定子绕组不导通。
第二确定步骤S20:根据所述检测数据确定所述未导通相的端电压的理论变化趋势,并在所述未导通相的端电压的理论变化趋势为上升时,将当前未导通相作为当前检测相;
在该步骤中,由于换相(改变导通的定子绕组)是根据转子与定子的相对位置来确定,所以,当转子的旋转方向确定时,导通绕组的切换顺序(即换相顺序)也是确定的。而且,可根据当前的转子与定子的相对位置来确定当前时刻的未导通相的端电压的理论变化趋势,其中,端电压的理论变化趋势为在正常工作(未发生缺相故障)时根据定子与转子的相对位置所确定的端电压变化趋势。若端电压的理论变化趋势为下降,则不做检测,只有在端电压的理论变化趋势为上升时,如图1的t1时刻,才开始进行检测,并且将当前未导通相作为当前检测相。
电压检测步骤S30:对当前检测相的端电压进行检测,并根据当前检测相的端电压的检测值判断当前检测相是否发生缺相故障。
在该步骤中,结合图1,由于当前检测相(未导通相)的端电压在发生缺相故障时与未发生缺相故障时的波形不一样:在未发生缺相故障时,端电压呈现完整的梯形波,存在一段上升区间;在发生缺相故障时,在本应该上升的区间一直为低电平,并无出现斜坡。因此,可根据当前检测相的端电压的检测值判断当前检测相是否发生缺相故障。
在一个可选实施例中,电压检测步骤S30可包括:
在特定时段内对当前检测相的端电压进行实时检测;
若特定时段内当前检测相的端电压的检测值均小于预设电压值,则确定当前检测相发生缺相故障;
若特定时段内当前检测相的端电压的检测值不小于预设电压值,则确定当前检测相未发生缺相故障。
在该实施例中,为提高端电压检测的准确率,可在一段时间内(例如图1中t1~t2时刻之间的时段)连续多次对当前检测相的端电压进行检测,并判断每次的检测值是否小于预设电压值,该预设电压值可根据硬件情况确定,例如,预设电压值确定为母线电压的16分之一。而且,如果持续检测到当前检测相的端电压均小于预设电压值,才确定发生缺相故障;反之,则确定未发生缺相故障。
在另一个可选实施例中,第二确定步骤S20还包括:将当前检测相所对应的缺相检测计数值T1初始化为0。而且,结合图3,电压检测步骤S30可包括:
步骤S31.对当前检测相的端电压进行实时检测;
步骤S32.判断当前检测相的端电压的当前检测值是否小于预设电压值,若是,则执行步骤S34;若否,则执行步骤S33;
步骤S33.将当前检测相所对应的缺相检测计数值T1加1;
步骤S34.判断特定时段是否结束,若是,则执行步骤S35;若否,则执行步骤S31,优选地,特定时段为:从未导通相的端电压的理论变化趋势变为上升的时间到根据位置传感器的检测数据确定再次换相的时间之间的时段,即,图1中t1~t2时刻之间的时段;
步骤S35.判断当前检测相所对应的缺相检测计数值T1是否为0,若是,则执行步骤S36;若否,则执行步骤S37;
步骤S36.确定当前检测相发生缺相故障;
步骤S37.确定当前检测相未发生缺相故障。
在该实施例中,在特定时段内(例如图1中t1~t2时刻之间的时段)连续多次对当前检测相的端电压进行检测,且特定时段内的检测次数与端电压的采样频率及直流无刷电机的转速相关。在每次检测后,均判断当前的检测值是否小于预设电压值,该预设电压值可根据硬件情况确定,例如,预设电压值确定为母线电压的16分之一,而且,如果当前的检测值不小于预设电压值,则将缺相检测计数值T1增加1,反之,则保持缺相检测计数值T1不变。在特定时段结束(例如,根据位置传感器的检测数据确定需要再次换相)时,判断缺相检测计数值T1是否为0,若为0,则说明该特定时段内端电压的检测值均小于预设电压值,进而确定发生缺相故障;反之,则确定未发生缺相故障。
在一个可选实施例中,本发明的直流无刷电机的缺相检测方法还进一步包括:
第一初始化步骤:在所述直流无刷电机开始运行时,将所述直流无刷电机的换相次数值初始化为0;
而且,第一确定步骤S10包括:
在根据位置传感器的检测数据确定换相时,将所述换相次数值加1,并判断当前的换相次数值是否大于第一预设次数值;
若当前的换相次数值大于第一预设次数值,则根据所述检测数据确定当前未导通相。
由于电机在刚刚开始运行时,转速较低,不易发生因冲击而导致的缺相故障,所以,也没必要在刚开始运行时就进行缺相检测。基于此,在该实施例中,先判断换相次数是否已经大于第一预设次数值,即,先确定电机是否已经稳定运行,只有在稳定运行时才进行缺相检测。
进一步地,在一个可选实施例中,在第一确定步骤S10之前,还包括:
第二初始化步骤:在所述直流无刷电机开始运行时,将每一相所对应的周期检测计数值均初始化为0;
而且,电压检测步骤S30包括:
对当前检测相的端电压进行检测,并根据当前检测相的端电压的检测值判断当前检测周期是否发生缺相故障,并在当前检测周期发生缺相故障时,将当前检测相确定为当前故障相,及将当前检测周期作为当前故障周期;
判断当前故障周期的故障相与前一故障周期的故障相是否为同一相,而且,若为同一相,则将当前故障相所对应的周期检测计数值加1;若不为同一相,则将前一故障周期的故障相所对应的周期检测计数值清零;
判断当前故障相所对应的周期检测计数值是否大于第二预设次数值,而且,若大于第二预设次数值,则确定当前故障相发生缺相故障;若不大于第二预设次数值,则重新执行所述第一确定步骤,其中,第二预设次数值大于等于2,优选2。
在该实施例中,为提高缺相检测的准确性,可在一个检测周期检测到发生缺相故障后,将当前检测相记为P1。然后重复执行步骤S10、S20、S30,若在下一个检测周期再次检测到发生缺相故障,则将当前检测相记为P2。接着判断P1与P2是否相同,若相同则将周期检测计数值T2增加1,若不同,则将周期检测计数值T2清零。最后,判断T2是否大于第二预设次数值,若否,继续重复执行步骤S10、S20、S30;若是,则最终确定为发生缺相故障。结合图4,在第二预设次数值为2时,连续三次检测到同一相作为未导通相时的端电压低于预设电压值,从而确定发生缺相故障。
通过使用上述实施例所提供的直流无刷电机的缺相检测方法,可在直流无刷电机运行时进行缺相检测,并及时产生保护,从而避免控制器的损坏,提高了控制器的可靠性。
本发明还构造一种可读存储介质,该可读存储介质存储有计算机程序,而且,该计算机程序在被控制器执行时实现以上实施例的缺相检测方法。
本发明还构造一种直流无刷电机,该直流无刷电机包括控制器及存储有计算机程序的存储器,而且,该控制器在执行该计算机程序时实现以上实施例的缺相检测方法。
本发明还构造一种电动工具,该电动工具包括以上所述的直流无刷电机,该电动工具例如为电扳手。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何纂改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种直流无刷电机的缺相检测方法,其特征在于,在直流无刷电机运行时进行以下步骤:
第一确定步骤:在根据位置传感器的检测数据确定换相时,根据所述检测数据确定当前未导通相;
第二确定步骤:根据所述检测数据确定所述未导通相的端电压的理论变化趋势,并在所述未导通相的端电压的理论变化趋势为上升时,将当前未导通相作为当前检测相;
电压检测步骤:对当前检测相的端电压进行检测,并根据当前检测相的端电压的检测值判断当前检测相是否发生缺相故障。
2.根据权利要求1所述的直流无刷电机的缺相检测方法,其特征在于,所述电压检测步骤包括:
在特定时段内对当前检测相的端电压进行实时检测;
若特定时段内当前检测相的端电压的检测值均小于预设电压值,则确定当前检测相发生缺相故障;
若特定时段内当前检测相的端电压的检测值不小于预设电压值,则确定当前检测相未发生缺相故障。
3.根据权利要求2所述的直流无刷电机的缺相检测方法,其特征在于,所述第二确定步骤还包括:将当前检测相所对应的缺相检测计数值初始化为0;
而且,所述电压检测步骤包括:
步骤S31.对当前检测相的端电压进行实时检测;
步骤S32.判断当前检测相的端电压的当前检测值是否小于预设电压值,若是,则执行步骤S34;若否,则执行步骤S33;
步骤S33.将当前检测相所对应的缺相检测计数值加1;
步骤S34.判断特定时段是否结束,若是,则执行步骤S35;若否,则执行步骤S31;
步骤S35.判断当前检测相所对应的缺相检测计数值是否为0,若是,则执行步骤S36;若否,则执行步骤S37;
步骤S36.确定当前检测相发生缺相故障;
步骤S37.确定当前检测相未发生缺相故障。
4.根据权利要求2或3所述的直流无刷电机的缺相检测方法,其特征在于,所述特定时段为:从所述未导通相的端电压的理论变化趋势变为上升的时间到根据位置传感器的检测数据确定再次换相的时间之间的时段。
5.根据权利要求1所述的直流无刷电机的缺相检测方法,其特征在于,还包括:
第一初始化步骤:在所述直流无刷电机开始运行时,将所述直流无刷电机的换相次数值初始化为0;
而且,所述第一确定步骤包括:
在根据位置传感器的检测数据确定换相时,将所述换相次数值加1,并判断当前的换相次数值是否大于第一预设次数值;
若当前的换相次数值大于第一预设次数值,则根据所述检测数据确定当前未导通相。
6.根据权利要求1所述的直流无刷电机的缺相检测方法,其特征在于,还包括:
第二初始化步骤:在所述直流无刷电机开始运行时,将每一相所对应的周期检测计数值均初始化为0;
而且,所述电压检测步骤包括:
对当前检测相的端电压进行检测,并根据当前检测相的端电压的检测值判断当前检测周期是否发生缺相故障,并在当前检测周期发生缺相故障时,将当前检测相确定为当前故障相,及将当前检测周期作为当前故障周期;
判断当前故障周期的故障相与前一故障周期的故障相是否为同一相,而且,若为同一相,则将当前故障相所对应的周期检测计数值加1;若不为同一相,则将前一故障周期的故障相所对应的周期检测计数值清零;
判断当前故障相所对应的周期检测计数值是否大于第二预设次数值,而且,若大于第二预设次数值,则确定当前故障相发生缺相故障;若不大于第二预设次数值,则重新执行所述第一确定步骤。
7.根据权利要求6所述的直流无刷电机的缺相检测方法,其特征在于,所述第二预设次数值大于等于2。
8.一种可读存储介质,存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序在被控制器执行时实现权利要求1-6任一项所述的缺相检测方法。
9.一种直流无刷电机,包括控制器及存储有计算机程序的存储器,其特征在于,所述控制器在执行所述计算机程序时实现权利要求1-6任一项所述的缺相检测方法。
10.一种电动工具,其特征在于,包括权利要求9所述的直流无刷电机。
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- 2021-07-21 CN CN202110827416.0A patent/CN113740622B/zh active Active
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