專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)傳感器控制領(lǐng)域，尤其是涉及電動(dòng)自行車(chē)行業(yè)300w/500w無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)傳感器控制。
技術(shù)背景無(wú)刷直流電機(jī)利用電子開(kāi)關(guān)裝置取代了傳統(tǒng)有刷電機(jī)的機(jī)械換向，避免了 炭刷機(jī)械換向帶來(lái)的換向火花、噪聲，具備良好的調(diào)速特性、動(dòng)態(tài)性能并且體 積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度高，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。通常直流無(wú)刷電機(jī)在電機(jī)內(nèi)部安裝霍爾傳感器或其他類(lèi)型的位置傳感器來(lái) 獲取轉(zhuǎn)子位置信息，以此來(lái)確定電子開(kāi)關(guān)的換向點(diǎn)。位置傳感器的引入能使得 無(wú)刷電機(jī)換向精準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)扭矩大、無(wú)抖動(dòng)、零啟動(dòng)等一系列優(yōu)良特性，但同時(shí)也帶入了諸多的缺陷，譬如1、增加了電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，使得維護(hù) 和制造成本上升，90%的電機(jī)故障都是由于位置傳感器的損壞造成的；2、電機(jī) 軸引出線(xiàn)由3根電機(jī)線(xiàn)，外加3根位置信號(hào)線(xiàn)以及電源線(xiàn)、地線(xiàn)共8根線(xiàn)所組 成，額外增加了 5根引出線(xiàn)，使軸的內(nèi)徑增大，因而降低了電機(jī)軸的可靠性以 及引線(xiàn)間的抗干擾性；3、在某些對(duì)電機(jī)體積要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，位置傳感器因不 符合整機(jī)要求而無(wú)法安裝?；谌缟纤鲈?，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外開(kāi)展對(duì)無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制 策略的研究，無(wú)位置傳感器直流無(wú)刷電機(jī)的控制思想主要體現(xiàn)在摒棄位置傳 感器，利用電機(jī)的物理特性來(lái)獲取換向信號(hào)。主要有反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)方法、 反電動(dòng)勢(shì)三次諧波積分檢測(cè)法、續(xù)流二極管檢測(cè)法、磁鏈估計(jì)法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法等。現(xiàn)有的無(wú)傳感無(wú)刷直流控制策略存在以下幾方面的缺點(diǎn)1、零啟動(dòng)性能差，失步現(xiàn)象、回退現(xiàn)象、堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象出現(xiàn)頻繁，初始轉(zhuǎn)子定位啟動(dòng)力矩不夠大；2、采用DSP芯片處理高頻注入信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)子空間位置，運(yùn)算負(fù)荷重、可 靠性穩(wěn)定性有待提高；3、與原無(wú)刷直流電機(jī)硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)不可兼容，采 用無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制策略將給原生產(chǎn)流程、作業(yè)方法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái) 巨大的變更，升級(jí)風(fēng)險(xiǎn)性過(guò)高、成本控制較難。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立 裝置，它是基于反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)原理，在保持原無(wú)刷直流電機(jī)控制器軟硬件
系統(tǒng)完整性的前提下，實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)傳感器控制，并將無(wú)傳感控制模塊 化、分立化，自由切換無(wú)刷直流電機(jī)有/無(wú)傳感控制模式。 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所釆用的技術(shù)方案是包括無(wú)刷直流電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)控制器、反饋補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源電路、 濾波延遲電路和過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路；無(wú)刷直流電機(jī)與濾波延遲電路連接；穩(wěn)壓電 源電路分別與反饋補(bǔ)償電路、濾波延遲電路和過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路連接；反饋補(bǔ)償 電路分別與濾波延遲電路和過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路連接；濾波延遲電路經(jīng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè) 電路與無(wú)刷直流電機(jī)控制器連接；無(wú)刷直流電機(jī)控制器與無(wú)刷直流電機(jī)連接。所述的無(wú)刷直流電機(jī)的三相電機(jī)線(xiàn)分別與濾波延遲電路的接口 Al、 A2、 A3 連接。所述的反饋補(bǔ)償電路的集成芯片U2端口 13、 14、 l分別與濾波延遲電路的 電阻R30、 R31、 R32連接；反饋補(bǔ)償電路的電阻R33經(jīng)RC回路電阻R25、電 容C13與過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路的二極管D2、 D4、 D6連接。所述的濾波延遲電路的電阻R13、 R17、 R18分別與過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路的電阻 R19、 R20、 R21連接。所述的過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路的接口 A6、 A5、 A4與無(wú)刷直流控制器的霍爾接口 連接。所述的反饋補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源電路、濾波延遲電路、過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路構(gòu) 成實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立模塊，其與無(wú)刷直流電機(jī)控 制器是相分離的。基于反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)原理，硬件時(shí)延90度，反饋補(bǔ)償電路、過(guò)零點(diǎn)檢測(cè) 電路采用集成芯片LM339。本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比具有的有益效果是1、 采用分立模塊化設(shè)計(jì)方法，與原系統(tǒng)友好兼容，能在實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī) 無(wú)傳感控制策略的基礎(chǔ)上保持系統(tǒng)的可繼承性，并增加了無(wú)刷直流電機(jī)有/無(wú)傳 感控制策略的模式切換功能，最大程度地確保了生產(chǎn)流程的穩(wěn)定性以及規(guī)避了 企業(yè)二次研發(fā)生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。2、 采用純硬件電路設(shè)計(jì)，無(wú)需外加DSP做運(yùn)算處理，系統(tǒng)外加成本極低， 純硬件處理速度極快，穩(wěn)定性可靠性高。3、 采用反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)原理，利用硬件時(shí)延90度確定電機(jī)的換相點(diǎn)， 零啟動(dòng)具有大扭矩、無(wú)抖動(dòng)、平滑、提速快的特性，可以完全取代霍爾傳感器。

圖1是本實(shí)用新型的邏輯示意圖。圖2是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的電路連接圖。圖中1、無(wú)刷直流電機(jī)，2、無(wú)刷直流電機(jī)控制器，3、反饋補(bǔ)償電路，4、 穩(wěn)壓電源電路，5、濾波延遲電路，6、過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本實(shí)用新型的一種無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分 立系統(tǒng)，包括無(wú)刷直流電機(jī)l、無(wú)刷直流電機(jī)控制器2、反饋補(bǔ)償電路3、穩(wěn)壓 電源電路4、濾波延遲電路5和過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路6;無(wú)刷直流電機(jī)l與濾波延遲 電路5連接；穩(wěn)壓電源電路4分別與反饋補(bǔ)償電路3、濾波延遲電路5和過(guò)零點(diǎn) 檢測(cè)電路6連接；反饋補(bǔ)償電路3分別與濾波延遲電路5和過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路6 連接；濾波延遲電路5經(jīng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路6與無(wú)刷直流電機(jī)控制器2連接；無(wú) 刷直流電機(jī)控制器2與無(wú)刷直流電機(jī)1連接。如圖2所示，反饋補(bǔ)償電路3的集成芯片U2端口 13、 14、 l分別與濾波延 遲電路5的電阻R30、 R31、 R32連接；反饋補(bǔ)償電路3的電阻R33經(jīng)RC回路 R25、 C13與過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路6的二極管D2、 D4、 D6連接；反饋補(bǔ)償電路3的 接口 Al、 A2、 A3與無(wú)刷直流電機(jī)1的三相電機(jī)線(xiàn)連接；濾波延遲電路5的電 阻R13、 R17、 R18分別與過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路6的電阻R19、 R20、 R21連接；過(guò) 零點(diǎn)檢測(cè)電路6的接口 A6、 A5、 A4與無(wú)刷直流控制器2的霍爾接口三路霍爾 信號(hào)線(xiàn)連接；穩(wěn)壓電源電路4的接口 A7、 A8分別與無(wú)刷直流控制器2的霍爾 接口地線(xiàn)、霍爾傳感器電源線(xiàn)連接。 本實(shí)用新型的工作過(guò)程是-基于反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法，濾波延遲電路5檢測(cè)電機(jī)U、 V、 W三相反電動(dòng) 勢(shì)信號(hào)，通過(guò)3路對(duì)稱(chēng)的深度RC濾波電路延遲90度電角度后，利用LM339 芯片作為比較器電路檢測(cè)三相反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)；其中RC深度濾波對(duì)3相反電 動(dòng)勢(shì)信號(hào)硬件延遲90度電角度，避免了傳統(tǒng)反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)30度軟件時(shí)延 的方法，可靠性、穩(wěn)定性加強(qiáng)，運(yùn)算負(fù)荷減少，系統(tǒng)成本下降；濾波延遲電路5 的A1支路(U相)接有方波發(fā)生電路，在電機(jī)啟動(dòng)階段時(shí)持續(xù)輸出特定頻率、幅 值的方波信號(hào)，使得U相初始端電壓輸入信號(hào)為特定的方波信號(hào)；此時(shí)，啟動(dòng) 階段保持A2支路(V相)初始端電壓輸入信號(hào)為高電平，A3支路(W相)初始端電 壓輸入信號(hào)為低電平。反饋補(bǔ)償電路3采用LM339作為鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生3路 補(bǔ)償信號(hào)輸入至濾波延遲電路5和過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路6，使得無(wú)傳感器無(wú)刷直流電 機(jī)在啟動(dòng)階段能避免失步、回退、堵死等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)零啟動(dòng)、大轉(zhuǎn)矩。過(guò)零點(diǎn) 檢測(cè)電路6采用LM339搭建，將煩雜的反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波信號(hào)作為模擬 換相信號(hào)輸入至原無(wú)刷直流電機(jī)控制器2的霍爾信號(hào)接口。穩(wěn)壓電源電路4采 用10v穩(wěn)壓管，確保模塊上各個(gè)芯片的正常工作。上述具體實(shí)施方式
用來(lái)解釋說(shuō)明本實(shí)用新型，而不是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限 制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型做出的任何 修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立裝置，其特征在于包括無(wú)刷直流電機(jī)(1)、無(wú)刷直流電機(jī)控制器(2)、反饋補(bǔ)償電路(3)、穩(wěn)壓電源電路(4)、濾波延遲電路(5)和過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路(6)；無(wú)刷直流電機(jī)(1)與濾波延遲電路(5)連接；穩(wěn)壓電源電路(4)分別與反饋補(bǔ)償電路(3)、濾波延遲電路(5)和過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路(6)連接；反饋補(bǔ)償電路(3)分別與濾波延遲電路(5)和過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路(6)連接；濾波延遲電路(5)經(jīng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路(6)與無(wú)刷直流電機(jī)控制器(2)連接；無(wú)刷直流電機(jī)控制器(2)與無(wú)刷直流電機(jī)(1)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立 裝置，其特征在于所述的無(wú)刷直流電機(jī)(l)的三相電機(jī)線(xiàn)分別與濾波延遲電路(5) 的接口 Al、 A2、 A3連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立 裝置，其特征在于所述的反饋補(bǔ)償電路(3)的集成芯片U2端口 13、 14、 l分別 與濾波延遲電路(5)的電阻R30、 R31、 R32連接；反饋補(bǔ)償電路(3)的電阻R33 經(jīng)RC回路電阻R25、電容C13與過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路(6)的二極管D2、 D4、 D6連 接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立 系統(tǒng)，其特征在于所述的濾波延遲電路(5)的電阻R13、 R17、 R18分別與過(guò)零 點(diǎn)檢測(cè)電路(6)的電阻R19、 R20、 R21連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立 裝置，其特征在于所述的過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路(6)的接口 A6、 A5、 A4與無(wú)刷直流 控制器(2)的霍爾接口連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立 裝置，其特征在于所述的反饋補(bǔ)償電斷3)、穩(wěn)壓電源電路(4)、濾波延遲電路 (5)、過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路(6)構(gòu)成實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立模 塊，其與無(wú)刷直流電機(jī)控制器(2)是相分離的。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立 裝置，其特征在于基于反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)原理，硬件時(shí)延90度，反饋補(bǔ)償電 路(3)、過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路(6)采用集成芯片LM339。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立裝置。所述的實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)零啟動(dòng)的純硬件分立系統(tǒng)由無(wú)刷直流電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)控制器、反饋補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源電路、濾波延遲電路和過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路組成。本實(shí)用新型基于反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)的原理，在保持原無(wú)刷直流電機(jī)控制器軟硬件系統(tǒng)完整性的前提下，實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)傳感器控制，并將無(wú)傳感控制模塊化、分立化，自由切換無(wú)刷直流電機(jī)有/無(wú)傳感控制模式。系統(tǒng)采用純硬件電路設(shè)計(jì)，響應(yīng)時(shí)間極短、運(yùn)算負(fù)荷極低，沒(méi)有采用DSP芯片處理，具有低成本、高可靠性、零啟動(dòng)、90°硬件時(shí)延、分立化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P6/18GK201051732SQ200720106180
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者瀟 林, 潘雙夏 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)