[发明专利]一种新型的无霍尔无刷控制器

说明书

技术领域

本发明是针对目前市场上的无刷电机控制器全部采用霍尔元件，损坏现象严重而进行的改进，具体包括无霍尔无刷电机的检测电路和表头速度显示电路两部分，能具体应用于电动车控制器领域。

无刷无霍尔电机的检测电路包括电机三相线输出、输入到单片机外围、供单片机准确判断当前电机转子位置的电路，适合应用于各个无刷电机与各种型号单片机相匹配。

表头速度显示电路是从单片机输出信号到电动自行车(摩托车)速度显示的电路，能广泛适合于电动车的速度显示。

技术背景

无刷直流电机具有调速性好、体积小、效率高等优点，在很多领域得到广泛应用，但无刷直流电机没有换相器，需要采用一定的方法获取转子位置信号。传统的方法是采用传感器获取转子位置，方法简单易行，但传感器易受环境影响，容易损坏，增加了成本，难以维修，使其使用受到限制。国内外文献资料也提供了一系列的解决方案。但大多数都是基于DSP做处理器，检测电路，偏重硬件，增加成本。本发明通过借助单片机从软件上实现了转子位置的检测，同时利用表头速度显示电路准确显示当前速度，降低了生产成本和电动车的售后维修成本，能广泛应用于电动车控制器中。

发明内容

本发明是一种新型的无霍尔无刷控制器，其特点在于通过互感技术和带通滤波，快速准确寻找静止状态下的转子位置，剔除干扰，实现宽负载变化范围内地高效起动；根据Kalman预测理论和PID理论以及互感理论，做出针对电动车用电机的无霍尔控制器。针对各种路况、车辆负载情况和启动路况的不同，来确定在哪个负载范围内启动，并且通过实验在测功机上预设负载下启动，观察启动时换向信号与霍尔信号的实际差异，从而实现在宽负载范围内的高效启动。具体研究方案如下：

1、静止状态下转子位置的快速高效识别：利用Kalman预测理论、PID理论以及互感理论以实现超低转速(1.85转/分)以下时，快速识别转子位置，具有速度快，准确性高的优点，并且精确到30°电角度之内，利用电机磁滞效应寻找转子的南北极方向。

2、启动阶段转把PID调节：启动阶段旨在设计成先是恒扭矩，后是恒加速度启动模式，并依此来调节占空比。

3、较低转速下的运行：当电机转速介于1.85转/分-3.2转/分时，为了避免不可抗的外界力导致的电机反转引起的失布步，必须采用电机正反转识别技术，并且不能引起电机扭矩大的波动。以实现宽大负载范围内的大扭矩起动。

4、低转速下的运行：当电机转速介于3.2转/分-4.6转/分时，由于电机的惯性存在，不用再考虑电机会在外力作用下在60°电角度之内会改变运行方向的情况(尽管这种情况在某些人为的情况下可能会出现)，故而可以采用专有的探测技术在不知不觉之中采集转子位置信号了，而此信号恰恰可以重合到反电动势信号当中，从而随着转速的提高，信噪比会成比例的提高。

5、正常转速下的运行当电机转速大于4.6转/分时，依靠反电动势的过零点就可以快速简单的寻找到转子位置信号，此部分技术已相当成熟，此不赘述。

6、在较低转速下运行时相移的控制：较低转速下为了实现稳定运行，必须提前换向，即过零点后，延迟预测本周期T的1/4(15°)换向，实现45°-105°运行。

7、相移的问题：在10转/分转速下运行时，滤波电路造成的相移很小，可不予考虑，故而在反电动势过零点之后延迟30°电角度换向，实现60°-120°运行。当转速高于10转/分时，滤波电路造成的相移越来越大，此时必须考虑其影响，以软件方式加以补偿。

8、周期长度的Kalman预测：为了保证其正常运行，必须估测当前周期长度，依据转把信号，通过前几次的周期信号来预测本次周期的长度，实现负载变化时不失步。

9、随机PWM技术的运用：为了减少发热量，降低了PWM的频率，但是却出现了可听噪声，采用随机PWM技术后，有效地降低了规律性噪声，将频谱平铺到了很宽的频率范围内，达到了可以接受的程度。

具体包括无刷无霍尔电机的检测电路和表头速度显示电路两部分，能广泛应用于电动车控制器领域。

本发明中的检测电路解决其技术问题是采取以下技术方案来实现的，其具体特征在于(参见图1)：