[发明专利]无刷直流电机的转子位置检测装置、方法及控制系统

权利要求书

1.一种无刷直流电机的转子位置检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：

分压单元，其被配置为对所述无刷直流电机的端电压进行分压处理以获取所述端电压的分压值；

低通滤波单元，其被配置为对所述端电压的分压值进行滤波处理；

中点模拟单元，其被配置为模拟所述无刷直流电机的中性点电压；

相位补偿单元，其基于所述中性点电压和经滤波处理的所述端电压的分压值来生成第一电压，以补偿所述低通滤波单元引起的反电动势相位移动；所述相位补偿单元包括阻容滤波网络，所述中性点电压分别与经滤波处理的所述端电压的分压值经由所述阻容滤波网络进行耦合以生成所述第一电压；

比较单元，其包括运算放大器电路，其将所述第一电压分别与经滤波处理的所述端电压的分压值进行比较，基于比较后获得的差值来模拟反电动势过零点，当估算到所述反电动势过零时，所述比较单元的输出发生跳变，获得与所述无刷直流电机的换相时刻相对应的三路估算的脉冲霍尔信号；

以及

译码控制单元，通过三路估算的所述脉冲霍尔信号来判断所述无刷直流电机的转子运行所属区间，并控制所述无刷直流电机进行换向处理，以获得所述无刷直流电机的逆变器的开关管的脉冲宽度调制控制信号；

其中，经由所述阻容滤波网络耦合所生成的所述第一电压如下式：

U_nc、U_na、U_nb为所述第一电压，R₀、R₁为构成所述低通滤波单元的电阻，U_d为直流母线电压，M为所述相位补偿单元的幅值衰减，K为所述低通滤波单元的幅值衰减，θ为A相端电压相位角，τ为所述低通滤波单元所产生的相位角滞后，γ为所述相位补偿单元的相移角；

其中，所述比较单元所估算出的所述脉冲霍尔信号如下式：

其中，A_m为所述比较单元输出限幅值，sgn()为符号函数，U_nc、U_na、U_nb为所述第一电压，U_a、U_b、U_c为经所述低通滤波单元滤波后的端电压的分压值。

2.一种采用权利要求1所述的无刷直流电机的转子位置检测装置检测转子位置的方法，其特征在于，所述方法包括：

A.对所述无刷直流电机的端电压进行分压处理以获取所述端电压的分压值；

B.对所述端电压的分压值进行滤波处理；

C.生成所述无刷直流电机的中性点电压；

D.基于所述中性点电压和经滤波处理的所述端电压的分压值来生成第一电压，以补偿所述低通滤波单元引起的反电动势相位移动；

E.将所述第一电压分别与经滤波处理的所述端电压的分压值进行比较，基于比较后获得的差值来模拟反电动势过零点，当估算出反电动势过零时，获得与所述无刷直流电机的换相时刻相对应的三路估算的所述脉冲霍尔信号；以及

F.通过三路估算的所述脉冲霍尔信号来判断所述无刷直流电机的转子运行所属区间，并控制所述无刷直流电机进行换向处理，以获得所述无刷直流电机的逆变器的开关管的脉冲宽度调制控制信号。

3.一种无刷直流电机起动时采用的三段式起动方法，所述无刷直流电机包括无传感器的转子位置检测装置，所述检测装置包括：

分压单元，其被配置为对所述无刷直流电机的端电压进行分压处理以获取所述端电压的分压值；

低通滤波单元，其被配置为对所述端电压的分压值进行滤波处理；

中点模拟单元，其被配置为模拟所述无刷直流电机的中性点电压；

相位补偿单元，其基于所述中性点电压和经滤波处理的所述端电压的分压值来生成第一电压，以补偿所述低通滤波单元引起的反电动势相位移动；所述相位补偿单元包括阻容滤波网络，所述中性点电压分别与经滤波处理的所述端电压的分压值经由所述阻容滤波网络进行耦合以生成所述第一电压；

比较单元，包括运算放大器电路，其将所述第一电压分别与经滤波处理的所述端电压的分压值进行比较，基于比较后获得的差值来模拟反电动势过零点，当估算到所述反电动势过零时，所述比较单元的输出发生跳变，获得与所述无刷直流电机的换相时刻相对应的三路估算的所述脉冲霍尔信号，其被配置为将所述第一电压分别与经滤波处理的所述端电压的分压值进行比较，来估算反电动势过零点信息，并基于所述反电动势过零点信息来确定与所述无刷直流电机的换相时刻相对应的脉冲霍尔信号，以及

译码控制单元，基于所述脉冲霍尔信号来控制所述无刷直流电机进行换向处理，并获得所述无刷直流电机的脉冲宽度调制控制信号；所述译码控制单元通过三路估算的所述脉冲霍尔信号来判断所述无刷直流电机的转子运行所属区间，并控制所述无刷直流电机进行换向处理，以获得所述无刷直流电机的逆变器的开关管的脉冲宽度调制控制信号；

其特征在于，

当无刷直流电机处于静止状态或转速较低时，无刷直流电机的反电动势信号没有或者很小，无法根据反电动势信号检测转子位置，无刷直流电机采用三段式起动，包括如下步骤：

S101：先给预先设定的两相绕组通以短暂电流，使电机转子磁极稳定在该两相绕组的合成磁场轴线上，以此作为转子磁极的初始位置；

S102：然后按照定、转子间正确的空间位置关系，送出功率开关电路的控制信号，使对应的功率开关管导通，并逐渐增加控制信号频率，使无刷直流电机起动并加速；

S103：当电动机反电动势随着转速的升高达到一定值时，通过反电动势过零检测已经能够确定转子位置，即从开环启动切换到自同步运行状态；

其中，所述比较单元所估算出的所述脉冲霍尔信号如下式：

其中，A_m为所述比较单元输出限幅值，sgn()为符号函数，U_nc、U_na、U_nb为所述第一电压，U_a、U_b、U_c为经所述低通滤波单元滤波后的端电压的分压值。