[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

说明书

本发明提供一种无刷直流电机的转子位置检测装置、方法及控制系统，所述装置包括：分压单元、低通滤波单元、中点模拟单元、相位补偿单元、比较单元以及译码控制单元。本发明采用了硬件相位补偿的方法，通过相位补偿电路来补偿由于低通滤波电路产生的随转速变化的反电动势相位移动，提高了换相的精度，该无传感器位置检测方式采用纯硬件结构实现，具有简单高效、可靠性强的优点。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种无刷直流电机的转子位置检测装置、方法及采用该转子位置检测装置的控制系统。

背景技术

无刷直流电机可以通过电子控制换向获得类似直流电机的运行特性，具有可控性好、调速范围宽的特点，同时克服了直流电机由于电刷和换向器的火花和磨损问题，能适用于高情景，具有更高的可靠性和工作寿命，同时其采用永磁体构建气隙磁场，使之具有更高的效率。在许多电机领域的竞争中，无刷直流电机不断地取代了传统电机，获得越来越广泛的应用。

无刷直流电机系统的高效控制依赖于对电机换相点的精确把控，所以位置检测环节是无刷直流电机实现高性能控制的关键环节，通常采用霍尔位置传感器来实时检测电机转子的区间，判断电机的换相时机。无刷直流电机常常会应用在航空航天等具有高可靠性需求的场景中，此时对无刷直流电机的位置检测环节有更高的可靠性要求。

然而，位置传感器会受到高温、低温、高振动等恶劣环境的影响，且传感器的电气连线也易引入电磁干扰，所以位置传感器不可避免的具有可靠性缺陷。为了满足可靠性需求，传统方法是通过霍尔位置传感器的冗余备份来实现，但这会增加系统的体积重量，增加系统的复杂度，并提升了成本。而采用无传感器位置检测方法，它可以与霍尔位置传感器构成非相似余度，具有更优越的可靠性指标，同时可以几乎不增加系统体积、重量和成本，是高可靠性无刷直流电机系统位置检测环节的更优选择。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种无刷直流电机系统的无传感器位置检测方法，与霍尔位置传感器构成非相似余度，从而极大的提高了无刷直流电机系统的位置检测环节的可靠性。

根据本发明，无刷直流电机的控制需要检测电机的转子位置，实现电机转子位置的检测方法有两种：一种是利用物理传感器检测的方法；另一种是利用软件算法的检测方法，称为无传感器检测方法。无传感器检测方法和物理传感器检测方法构成非相似余度备份。

根据本发明的第一方面，提供一种无刷直流电机的转子位置检测装置，所述装置包括：分压单元，其被配置为对所述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电机进行换向处理，并获得所述电机的脉冲宽度调制控制信号。

在一种示例性的方案中，所述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，获得与所述电机的换相时刻相对应的三路估算的所述脉冲霍尔信号。

在一种示例性的方案中，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电机的转子运行所属区间，并控制所述电机进行换向处理，以获得所述电机的逆变器的开关管的脉冲宽度调制控制信号。

在一种示例性的方案中，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：