一种无刷电机位置传感器异常检测与保护装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无刷电机位置传感器异常检测与保护装置及方法，属于电机控制的技术领域。
【背景技术】
[0002]无刷电动机利用电子换向替代了机械换向，克服了传统直流电机由于电刷摩擦而产生的一系列问题，并且具有调速性能好、体积小、效率高等优点，因而广泛应用于国民经济生产的各个领域以及人们的日常生活中。
[0003]从系统成本及实现的难易程度，无刷电机通常使用位置传感器，如霍尔传感器来检测电机转子位置，据此向电机各相线圈输出驱动电压。当位置传感器出现异常时，如何进行检测并实施及时、有效的保护控制是至关重要的。未能及时发现和处理位置传感器的异常，可能导致电机运转过程中出现大幅振动等问题，甚至导致人身财产危险；对异常的及时、可靠地处置，能够尽可能降低异常导致的风险。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种无刷电机位置传感器异常检测与保护装置及方法，解决现有的电机控制中未能及时发现和处理位置传感器的异常，可能导致电机运转过程中出现大幅振动等问题。
[0005]本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题:
一种无刷电机位置传感器异常检测与保护装置，包括:
位置检测单元，用于采用若干位置传感器检测电机转子位置，获得若干个检测信号；周期计算及异常检测单元，用于计算各个位置传感器检测信号的周期，并判定位置传感器是否有异常；
异常保护单元，用于确定当前电机运转所需的电周期，并在判断得出位置传感器出现异常时对电机运转实施保护；
电机控制与驱动单元，用于根据所述电周期及位置传感器的工作状态向电机各相线圈施加驱动电压。
[0006]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述周期计算及异常检测单元根据各个位置传感器检测信号周期之间的差异或周期变化率、所设置的周期阈值判定位置传感器的异常。
[0007]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述异常保护单元确定当前电机运转所需的电周期是由正常状态下至少一个位置传感器检测信号的周期计算所得。
[0008]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述异常保护单元对电机运转实施保护包括:
当电机仍然能够正常工作时，向外界指示异常等待外界干预，或逐步降低电机各相线圈的驱动电压以促使电机有序停机同时对外指示异常的发生； 当电机无法正常工作时，关断电机各相线圈的驱动电压，促使电机迅速停机，同时对外指示异常的发生。
[0009]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述异常保护单元包括:
电周期确认单元，用于根据计算得到的各个位置传感器检测信号的周期，确定当前电机运转所需的电周期；
保护控制单元，用于当位置传感器出现异常时，根据所出现异常的情况对电机运转实施保护；
异常指示单元，用于当位置传感器出现异常时，指示异常。
[0010]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述异常保护单元对电机运转实施保护包括:当任一个位置传感器出现异常时，关断电机驱动信号促使电机迅速停机，同时对外指示异常的发生。
[0011]本发明还提供一种基于上述无刷电机位置传感器异常检测与保护装置的方法，所述方法包括:
利用若干位置传感器检测电机转子位置，获得若干个检测信号；
计算各个位置传感器检测信号的周期；
根据位置传感器检测信号的周期，判断出现异常的位置传感器；
根据所述周期及位置传感器的工作状态，获取电机控制所需的电周期；
根据位置传感器的工作状态及所获取的电周期，控制电机运转，并在位置传感器出现异常时实施保护。
[0012]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法电机控制所需的电周期是由正常状态下至少一个位置传感器检测信号的周期计算所得。
[0013]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法中根据各个位置传感器检测信号的周期、周期变化率及所设置的周期阈值判定位置传感器是否出现异常。
[0014]进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法中在位置传感器出现异常时实施保护，包括:
当电机仍然能够正常工作时，主动降低电机各相线圈的驱动电压，或维持电机的正常工作等待外界干预；
当电机无法正常工作时，关断电机各相线圈的驱动电压，实施停机保护；
以及，当位置传感器出现异常时，对外指示异常的发生。
[0015]本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果:
本发明所提供的无刷电机位置传感器异常检测与保护装置及方法，通过各个位置传感器输出信号的检测及周期计算，判定位置传感器是否出现异常；在位置传感器出现异常时，根据所出现异常的不同情况对电机运转实施保护。所谓保护具体为:当电机仍然能够正常工作时，主动降低电机各相线圈的驱动电压，或维持电机的正常工作等待外界干预；当电机无法正常工作时，关断电机各相线圈的驱动电压，实施停机保护；只要出现异常，对外指示异常的发生。本发明有利于提高电机运转过程的可靠性和安全性，降低因位置传感器异常而造成的损失。
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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。
[0017]图1为本发明实施例提供的一种无刷电机位置传感器异常检测与保护装置的框图。
[0018]图2为本发明实施例提供的三相无刷电机位置传感器信号、区间及电周期示意图。
[0019]图3为本发明实施例提供的一种位置传感器异常检测与保护的框图。
[0020]图4为本发明实施例提供的一种无刷电机位置传感器异常检测与保护方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，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。
[0022]本发明实施例实施一提供了一种无刷电机位置传感器异常检测与保护装置，如图1所示，包括位置检测单元110、周期计算及异常检测单元120、电机控制与驱动单元130和异常保护单元140。
[0023]通过多个位置传感器，如霍尔传感器，位置检测单元110能够检测获得电机转子位置，周期计算及异常检测单元120进而计算各个位置传感器检测信号的周期，并判定位置传感器是否有异常。异常的判定是根据各个位置传感器检测信号周期之间的差异、周期变化率及所设置的周期阈值中的一个或多个、或全部条件来完成的。具体的判定可以是:当某一个位置传感器检测信号的周期明显小于或大于其他位置传感器检测信号的周期时，该位置传感器视为异常；当所有位置传感器检测信号周期之间没有明显差异，但都明显超出所设定周期阈值或明显有异于此前的历史记录时，所有位置传感器视为异常。
[0024]需要注意的是:在获取信号周期时，需要对信号进行滤波、去弹跳等处理，以避免计算出错。
[0025]进一步地，以三相无刷电机为例，通过三个霍尔传感器HU、HV和Hff将电机360电周期划分为101、100、110、010、011和001，如图2所示。当三个霍尔传感器均正常工作时，任一个信号的周期都应接近或相等。但是，某一个或多个霍尔传感器损坏时，检测信号周期就会有明显的差异。例如，当HU霍尔传感器损坏以至于其输出信号一直为高，那么其信号周期就几乎为无限长。在一定时间内计算获得的HV和Hff信号周期较为接近，且明显小于HU信号周期。此时即可判定HU霍尔传感器为异常。
[0026]异常保护单元140，确定当前电机运转所需的电周期，并在位置传感器出现异常时对电机运转实施保护。电机控制与驱动单元130，根据所述电周期及位置传感器的工作状态向电机各相线圈施加适当的驱动电压。
[0027]进一步地，异常保护单元140包括电周期确认单元210、保护控制单元220和异常指示单元230，如图3所示。
[0028]电周期确认单元210，根据计算得到的各个位置传感器信号的周期，确定当前电机运转所需的电周期；保护控制单元220，当位置传感器出现异常时，根据所出现异常的不同情况对电机运转实施保护；异常指示单元230，当位置传感器出现异常时，指示异常。
[0029]进一步地，当前电机运转所需的电周期是根据部分或全部正常位置传感器输出信号的周期计算得到，可以是某个