一种直流无刷无霍尔电机的启动定位方法及其电路与流程

本发明设计电机领域，特别涉及一种直流无刷无霍尔电机的启动定位方法及其电路。

背景技术：

目前在直流电机使用的范围越来越广泛，直流电机传动比分级精细，选择范围广，转速型谱宽，承受过载能力强，另外还有能耗低，性能优越，振动小，噪音低。随着永磁体的随着永磁材料性能的不断提高和价格的不断降低，电力电子技术日新月异的告诉发展，各应用领域对电机的要求越来越高，直流无刷电机应用领域将不断扩展，这是必然的结果。

然而，在直流电机启动的过程中，要使 BLDC 电机转动，必须按照一定的顺序给定子绕组通电。为了确定按照通电顺序哪一个绕组将得电，知道转子的位置很重要。通常转子的位置由定子中嵌入的霍尔效应传感器检测。传统的霍尔传感器增加了电机体积以及成本，电机连线多，易受干扰，在高温、高湿、污浊空气等恶劣的工作环境下工作会降低传感器可靠性，传感器的安装精度直接影响电机的运行性能。

现有的无刷无霍尔电机的启动方法，通常是使用强制增加电压，使得转子的位置无论原始位置在哪里，都强制转到预设的位置，再通过预设的程序进行启动。这样的启动方法，会产生抖动现象，使得电机适应范围小，产生启动响应慢的现象。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是，如何解决现有的无刷无霍尔电机启动时会产生抖动现象，并且启动响应慢的情况。

为了解决上述问题，本发明提供了一种直流无刷无霍尔电机的启动定位方法，包括以下步骤：

S1：设定比较电压；

S2：计时器清零，任意导通电机的未检测的两绕组，计时器开始计时，此时导通电流上升；

S3：对步骤S2中的绕组电流进行采样以及处理得到测量电压；

S4：将处理后的测量电压与比较电压进行比较，当测量电压大于比较电压时，跳转至S5；

S5：计时器停止，保存计时器数据及对应的两绕组信息，判断是否还有未检测的两绕组，若有则跳转至S2，若无则跳转至S6；

S6：比较6组计时器数据信息，选用时间最长的绕组信息作为离磁场最近的绕组。

通过对不同绕组通电进行计时，计算出不同然组间达到设定电压的时间，通过时间的长短来判断转子的位置，即在转子未动之前，就能够通过该方法准确检测出转子位置，通过计算的位置即可适用不同的方案给定子绕组供电，即解决了原有的启动方案中直接控制转子位置造成的抖动以及启动响应较慢的缺点，实现了直流无刷无霍尔电机的迅速无振动启动。

还设定有超时报错系统，所述的超时报错系统设定有时限参数，当计时器工作时计数超过时限参数，则停止定位过程，发出工作异常警告。该超时报错系统主要是用于计时器或者是程序出现错误时的一个自动救济方式，防止因程序出错导致无限期地等待测量时间，出现故障却不能检测的问题。

步骤S3中的电流处理中包括了经过运算放大器进行信号放大。因为实际对绕组通电时必须保证转子不动，即所通的电压较小，因此采样电流较小，不利于比较，所以需要通过运算放大器进行信号放大。

步骤S4中的测量电压与比较电压的大小比较方式采用运算放大器进行比较。采用运算放大器进行比较能够简单快速地与比较电压进行比较，快速得出结果。

还公开了一种直流无刷无霍尔电机的启动定位电路，包括信号放大模块和电压比较模块，所述的信号放大模块与电压比较模块连接，其特征在于，所述的信号放大模块包括运算放大器U1、电阻R20、R22、R26、R80，所述的R20一端与电流输入端连接，另一端与运算放大器U1的正输入端连接，所述的R22一端与电流输入端连接，另一端与运算放大器U1的负输入端连接，所述的R80一端与第一5V直流电压源连接，另一端与运算放大器的正输入端连接，所述的R26一端与运算放大器的负输入端连接，另一端与运放输出端连接；所述的电压比较模块包括运算放大器U2，电阻R4、R14和电容C15，所述的电阻R4一端与第二5V直流电压源连接，一端运算放大器U2的正输入端连接，所述的R14一端接地，另一端与运算放大器U2的正输入端连接，所述的电容C15两端连接运算放大器的正负输入端，所述的运算放大器U1的输出端与运算放大器U2的负输入端连接。该电路能够处理采样电流，即通过对采样电流进行放大及滤波后与比较电压进行比较，及时得出计时时间，并且该电路结构简单，便于生产和加工。

电阻R8，所述的电阻R8一端接地，另一端与运算放大器U2的负输入端连接，R8与R14并联再跟R4分压5V,将U2B的比较电压限降低。

还包括设置在信号放大模块的电容C9，所述电容C9一端接地，另一端与第一5V电压源连接。C9的作用主要是滤除掉来自第一5V电源杂波，给运放提供纯净电源。

还包括设置在信号放大模块的电容C10，所述的电容C10一端接地，另一端与运算放大器U1的正输入端连接。所述的电容C10采样端滤波作用。

本发明具有以下的有益效果：

1.彻底解决传统启动方案中电机震动问题。因为本方法在启动过程中，是对转子的位置进行直接判断，判断后根据转子的位置用预设的最优方案进行启动，所以免除了原有的强制定位带来的震动，使得直流无刷无霍尔电机的使用范围以及使用场景更加广泛。

2.启动响应快。因为原有的启动方式需要待转子转动，转动到预定位置后稳定之后，才能够进行启动，响应较慢，而本发明对转子的位置判断非常迅速，不需要等待即可启动。

3.控制方法简单。启动电路为基础电路即可完成对转子位置的判断，与单片机等处理芯片结合即能够对直流电机的启动进行控制，结构简单，成本低廉，不复杂。

附图说明

图1为本发明一种直流无刷无霍尔电机的启动定位方法。

图2为本发明一种直流无刷无霍尔电机的启动定位电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的有点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。

实施例1

一种直流无刷无霍尔电机的启动定位方法，具体包括以下步骤：

S1：需要设定标准的比较电压，比较电压根据不同的直流电机的不同进行设定，要求是该电压不能够超过转子在任意位置下转动的最小转动电压，即保证通电后转子不会进行转动下，设定的电压值，防止因检测过程中转子发生转动照成直流电机的损坏。

S2：在处理器上设定有计时器，在开始测量的过程中需要对计时器进行清零清零完毕后，设定导通绕组的线圈顺序为UV,UW,VW,VU,WU,WV，按先后顺序进行导通，

S3：对步骤S2中的导通的绕组电流进行采样，对采样电流进行放大，滤波后得到测量电压；

S4：将处理后的测量电压与比较电压进行比较，当测量电压大于比较电压时，跳转至S5；

S5：计时器停止，保存计时器数据及对应的两绕组信息，判断是否还有未检测的两绕组，若有则跳转至S2，若无则跳转至S6；

S6：比较6组计时器数据信息，选用时间最长的绕组信息作为离磁场最近的绕组。

整体的工作流程为，在设定好比较电压的参数后，需要启动直流电机时，即对计时器清零，清零完毕后，则按照预设的通电线圈顺序进行通电，此时计时器开始计时，与此同时，导电的绕组电流急剧上升，采样电流不断变大，即处理后的采样电流不断变大，当测量电压大于比较电压时，即输出计时器停止的信号，并记录计时器的计时时间，与通电线圈相匹配。再进行下一绕组的测试。

当所有绕组完成测试后，对记录的计时时间进行比较，选用时间最长的绕组作为离磁场最近的那组，通过电机转子磁场的规律，可以找到最佳的启动，导通相位。因为在刚导通一刻，电流为突变情况，此刻具有交流特性，因磁电转化效应，外部磁场的存在会对电流的突变递增形成一定的阻抗作用,故接近磁场的那组线圈其阻抗会相对大些,电流增加到额定值的时间会长些。

实施例2

具体电路部分，在开始进行测量后，电流输入采样段获得通电绕组的电流，该电流中的噪声会被C10进行滤波过滤，再通过R22、R26三者之间的比例关系进行放大倍数的调节，C9滤除电源的杂讯信号，R80与R20分压后提供给运放一个正置偏压,校正运放内部特性,保证输入信号0V时,输出端也为0V电压。运算放大器U1的输出端与运算放大器U2的负输入端连接，运算放大器U2的正输入端输入设定比较电压，比较电压主要是由R4、R8、R14三者关系确定，具体设定需要根据不同的直流电机类型进行确定。而C15则是隔直通交，减少共模影响，使得比较更加准确。当U2的负输入端小于正输入端电压时，U2输出端能够输出信号，当U2的负输入端大于正输入端的电压时，U2输出截止，产生中断信号，即可以对计时器进行停止控制。

完成测试后，只需要再测试不同的绕组，重复以上测试步骤，即可完成测试。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。