一种无感无刷电机及其防堵转控制方法与流程

本发明涉及电机领域，特别涉及一种无感无刷电机及其防堵转控制方法。

背景技术：

随着现代科技的发展，无刷电机被广泛的用于日常生活用具、汽车工业、航空、消费电子、医学电子、工业自动化等装置和仪表，无刷电机主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子组成，与有刷电机不同的是，无刷电机不使用机械结构的换向电刷而直接使用电子换向器进行换向，要使无刷电机转起来，必须要按照一定的顺序给定子通电，那么我们就需要知道转子的位置以便按照通电次序给相应的定子线圈通电，无刷电机根据内部是否设有位置传感器，将无刷电机分为无感无刷电机和有感有刷电机。

其中，如图1所示，有感无刷电机内安装有三个霍尔传感器1，通过霍尔传感器感应磁场方向，并输出高、低电平，根据霍尔传感器的输出值可以准确确定转子2的位置，并通过准确控制电机的供电模式，达到启动电机的作用，因此有感无刷电机的霍尔传感器是用于检测转子的位置，当有感无刷电机出现堵转的情况，只能通过增加电流来驱动电机转动，但是施加电流过大时，易出现损坏电机的情况，且由于有感无刷电机的本身结构复杂、成本高，因此在实际应用中常使用无感无刷电机，无感无刷电机内部不设霍尔传感器，无感无刷电机的启动位置检测是靠检测电机线圈的反电动势来获取，电动势的产生是靠转子转动，即磁铁切割线圈中的磁场磁力线而产生，并且对转速有较大的要求，一般达到至少是额定转速的10％后才能检测到反电动势，因此在无感无刷电机出现堵转时，由于电机只发生抖动，无法转起来，这种情况下无法采用常用的盲启动来启动电机，而采用高频信号注入法对电机和控制芯片有较高要求，成本较高。

无感无刷电机的堵转不是指外部力远远大于电机自身的工作扭矩，而是个相对的情况，在电机工作能力范围内的，只是启动时候因为没有转速而使电机无法达到一定正常速度，无法通过测量反电动势方式正确判断电角度，实现换向。实际上，这个应该算是带载启动，但是这个负载又有点过大，从而使得无刷电机没法迅速提高转速而进入正常运转状态，此时电机只是能动但是非正常转动，因此需要进一步解决无感无刷电机的堵转问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能有效解决电机堵转问题的无感无刷电机。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种采用上述无感无刷电机解决电机在带负载启动时出现堵转的防堵转控制方法，该方法能使电机在负载过重时，使电机摆脱堵转状态且进入正常运转状态。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种无感无刷电机，包括转子和定子，其特征在于：还包括用于防堵转检测的霍尔传感器，所述霍尔传感器设于定子上。

具体的，所述霍尔传感器为一个。

一种无感无刷电机的防堵转控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、通过控制器任意选择三相定子绕组中的任意两相进行供电，得到6种供电模式；

步骤2、使用电机扭力初始值对电机进行驱动；

步骤3、通过控制器选择上述6种供电模式中的一种对电机进行供电；

步骤4、判断霍尔传感器输出信号是否发生变化，如是，则转入步骤8；如否，则转入步骤5；

步骤5、判断上述6种供电模式是否均结束，如是，则转入步骤6；如否，则依次选择下一种供电模式，转至步骤4；

步骤6、判断电机扭力是否为最大扭力，如是，则电机启动失败，结束；如否，则转至步骤7；

步骤7、通过控制器逐次增加电机扭力，对电机进行驱动，并转至步骤3；

步骤8、保持使霍尔传感器输出信号发生变化的供电模式和相应的电机扭力，待霍尔传感器输出信号不发生变化，则转入步骤9；

步骤9、选择与霍尔传感器输出信号发生变化的供电模式中相反极性的供电模式进行供电，保持该供电模式直到霍尔传感器输出信号不发生变化，转入步骤10；

步骤10、根据步骤9中的供电模块以及霍尔传感器输出信号，判断出转子所在的区域；

步骤11、控制器根据步骤10中判断出的转子所在的区域选择最优的供电模式和电机扭力，并根据无感启动方式正常启动电机。

作为改进，所述的电机扭力由控制器输出的控制信号驱动，该控制信号为脉冲信号，控制器输出的脉冲信号为初始占空比时对应输出电机扭力初始值，控制器输出的脉冲信号在初始占空比的基础上逐次增加脉冲信号的占空比，从而降低脉冲信号的频率，增加了电机扭力。

具体的，所述脉冲信号的占空比的取值范围为0～100％。

作为优选，所述脉冲信号的初始占空比为10％。

作为改进，所述步骤7中逐次增加扭力的具体方法为：以1％～10％的步进逐次增加脉冲信号的占空比。

具体的，所述步骤6中的最大扭力下时脉冲信号的占空比为100％。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在无感无刷电机的定子上设置霍尔传感器，使无感无刷电机在出现堵转时，根据能使电机发生变化的供电模块和霍尔传感器输出信号，判断出转子所在区域，从而选择最优的供电模式，根据供电模式和合适的电机扭力使电机摆脱堵转状态，因此该无感无刷电机的结构简单，且能有效解决负载过重时电机出现的堵转情况，使电机摆脱堵转状态，进入正常的工作状态。

附图说明

图1为现有技术中有感无刷电机的结构示意图；

图2为本发明实施例中无感无刷电机的结构示意图；

图3为本发明实施例中无感无刷电机的定子绕组结构示意图；

图4为本发明实施例中防堵转控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图4所示，一种无感无刷电机的防堵转控制方法，包括以下步骤：

步骤1、通过控制器任意选择三相定子绕组中的任意两相进行供电，得到6种供电模式；本实施例中，如图3所示，定子绕组的三相连接端分别为a、b和c，6种供电模式分别为ab、bc、ac、ba、cb、ca；

步骤2、使用电机扭力初始值对电机进行驱动；

步骤3、通过控制器选择上述6种供电模式中的一种对电机进行供电；

步骤4、判断霍尔传感器输出信号是否发生变化，如是，则转入步骤8；如否，则转入步骤5；

步骤5、判断上述6种供电模式是否均结束，如是，则转入步骤6；如否，则依次选择下一种供电模式，转至步骤4；

步骤6、判断电机扭力是否为最大扭力，如是，则电机启动失败，结束；如否，则转至步骤7；

步骤7、通过控制器逐次增加电机扭力，对电机进行驱动，并转至步骤3；

增加电机扭力的具体方法为：电机扭力由控制器输出的控制信号驱动，该控制信号为脉冲信号，控制器输出的脉冲信号为初始占空比时对应输出电机扭力初始值，控制器输出的脉冲信号在初始占空比的基础上逐次增加脉冲信号的占空比，从而降低脉冲信号的频率，增加了电机扭力。且脉冲信号的占空比的取值范围为0～100％，电机正常工作时脉冲信号的占空比的取值范围为0～100％。本实施例中，在电机出现堵转情况时，脉冲信号的初始占空比为10％，初始占空比过小时电机没法启动，逐次以1％～10％的步进逐次增加脉冲信号的占空比，从而逐次增加电机扭力；通过增大脉冲信号的占空比即对应的增加电机的驱动电流；脉冲信号的占空比为100％时扭力最大；

步骤8、保持使霍尔传感器输出信号发生变化的供电模式和相应的电机扭力，待霍尔传感器输出信号不发生变化，则转入步骤9；

步骤9、选择与霍尔传感器输出信号发生变化的供电模式中相反极性的供电模式进行供电，保持该供电模式直到霍尔传感器输出信号不发生变化，转入步骤10；

步骤10、根据步骤9中的供电模块以及霍尔传感器输出信号，判断出转子所在的区域；

步骤11、控制器根据步骤10中判断出的转子所在的区域选择最优的供电模式和电机扭力，并根据无感启动方式正常启动电机。

其中，如图2所示，无感无刷电机包括转子2、定子3和霍尔传感器1，霍尔传感器1设于定子3上，用于防堵转检测。本实施例中，霍尔传感器1为一个，也可采用两个。

采用一个霍尔传感器的无感无刷电机通过预先给电机供电施加电流，寻找能使霍尔传感器输出信号发生变化的供电模式，当找到能使霍尔传感器输出信号发生变化的供电模式，则根据霍尔传感器的输出信号，判断其是否会再发生变化，确定转子是否进入死区状态，如果霍尔传感器的输出信号还发生周期变化时，则说明转子未进入死区状态，则通过等转子进入死区状态下后，更换与供电模式相反的电极，此时相对于该电机来说就不再是处于死区状态，此时依附于预设的位置角度，从而使得电机在相应的扭力下启动，使电机换向，从而摆脱堵转，正常启动电机启动后就进入了无刷无感工作模式；如果在所有供电模式下霍尔传感器输出信号不发生变化，则通过增大脉冲信号的占空比来增加电机扭力，通过增大占空比就是对应的增大电机驱动电流，寻找能使霍尔传感器输出信号发生变化的供电模式，之后保持该占空比下的扭力对电机进行启动；当占空比增加到100％时霍尔传感器输出信号仍不发生变化，则说明电机启动失败。

采用两个霍尔传感器的情况与采用一个霍尔传感器的情况相似，不同的是，可以直接选中供电模式使电机正转，减少了选择与供电模式相反极性的供电模式的步骤。

本方法中指出的堵转不是严格意义上的卡死，只是负载过重时，导致无感无刷电机无法正常启动，因此在负载过重启动情况下时，采用不同的电极供电，有6个供电模块组合中必定有4个是可以将电机转到死区，这时通过引进一个霍尔传感器确定电机转子是否处于死区状态，通过霍尔传感器的输出信号恒定不变，确定电机转子的电角度，通过更换供电电极，让电机转子脱困。在该无感无刷电机中引入霍尔传感器的目的是为了根据输出结果证明转子是否真实处于死区状态，同时这个死区状态也是相对于通电电极而言的。