[发明专利]一种直流无刷电机热保护方法

说明书

本发明公开了直流无刷电机热保护方法，包括以下步骤：根据能量守恒定律计算电机绕组阻值，进而计算出电机绕组的温度；测得电机热力学模型，使用电机热力学模型估计电机绕组温度；结合计算出的电机绕组温度和电机热力学模型估计出的电机绕组温度，对电机绕组实时温度进行推定，并对下一时刻电机绕组温升进行预测；根据绕组温度推定值以及预测值判断是否达到电机绕组温度保护阈值范围；若达到温度保护条件，驱动器降低输出功率，降低电机绕组温升，保证电机绕组温度处于允许绝缘温度之下。本发明无需额外温度传感器、无需记录电机过载运行时间，实时推定电机绕组温度，在提升电机性能的基础上有效防止电机热损坏，增加电机使用寿命。

技术领域

本发明属于电机领域，涉及一种直流无刷电机热保护方法。

背景技术

近年来机器人技术发展突飞猛进，特别是协作机器人越来越受到人们的广泛关注，协作机器人的一个突出的特点是质量轻、体积小、输出力矩大，即协作机器人需有较高的功率密度，使用小电机可输出大扭矩，为满足上述要求需将电机的性能发挥到极致，需要电机短时超过载运行。

电机在协作机器人领域的应用中经常会阶段性输出较大扭矩，考虑到轻便性以及成本等因素期望使用小功率廉价电机即可达到预期效果，为达到这个目的，不限制电机的峰值电流，使电机可瞬间输出高转矩，又保证电机不被烧坏，电机热保护方法是较好的选择。

电机过载运行时保证电机的正常使用是非常关键的，特别是在人机协作机器人领域中，如果电机在运行过程中损坏，会给用户的生命安全带来威胁。

目前电机保护通常是使用硬件实现，例如在电机内部加热保护继电器，或者是在电机内部使用热敏电阻来监测电机内部的温度，这两种方法都会额外增加空间及成本，而且热敏电阻检测温度的方法虽然精确但是对于电机内部绕组温度来说存在一定的延迟。

现有的基于热模型的方法对绕组温度进行估计，在达到预设的温度值时降低输出电流直至电机停止运行，未考虑达到热平衡时的状态，而且热力学模型较为复杂，精确性较差。

发明内容

为解决上述问题，本发明的技术方案为一种直流无刷电机热保护方法，电机采用SVPWM调制方式驱动，位置、速度、力矩控制使用PID控制器，驱动器中内置温度保护单元，包括以下步骤：

S1，根据能量守恒定律计算电机绕组阻值，进而计算出电机绕组的温度；

S2，测得电机热力学模型，使用电机热力学模型估计电机绕组温度；

S3，结合计算出的电机绕组温度和电机热力学模型估计出的电机绕组温度，对电机绕组实时温度进行推定，并对下一时刻电机绕组温升进行预测；

S4，根据绕组温度推定值以及预测值判断是否达到电机绕组温度保护阈值范围；

S5，若达到温度保护条件，驱动器降低输出功率，降低电机绕组温升，保证电机绕组温度处于允许绝缘温度之下。

优选地，所述S1，根据能量守恒定律计算电机绕组阻值，进而计算出电机绕组的温度中，绕组温度计算公式为：

P_el＝P_mech+P_J (1)

R_T＝R₂₅(1+α_cu(T-T_u)) (4)