[实用新型]无传感器无刷电机宽速度精准换相器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于电机控制领域，具体地说是一种无传感器无刷电机宽速度精准换相器。

背景技术

无刷直流电机因其换相无火花、功率密度大、调速性能佳等优点，在家用电器、电动汽车、电动自行车、计算机外设等领域，应用越来越广泛。

为了获得最大转矩，无刷直流电机的运行需要利用转子位置信息来获取定子绕组的换相信号，获取转子位置信息的方式通常是利用在电机内部安装霍尔位置传感器直接检测，这种方式的最大优点是电机静止时，也能检测到转子的位置，电机可以从零速到额定转速的全速度范围内提供按照转子位置信息的精准换相信号，但这种方式存在着安装工艺复杂、维护和制造成本高、不适宜高温工作环境等诸多缺陷。

基于上述原因，近二十年来国内外一直开展去掉传感器，从一些已知量中获取转子位置信息的无位置传感器技术研究，到目前为止，最为简单、实用、成熟的方法是利用的电机定子绕组上感应的反电势来检测转子位置信息，主要包括反电势过零检测法、反电势三次谐波积分检测法、锁相环法和续流二极管检测法等，这些方法都采用检测电机的端电压或相电压来间接地检测反电势，存在以下几方面的缺点：1、端电压或相电压中含有PWM斩波信号和换相时二极管续流引发的干扰电势，检测电路须要采用低通滤波器滤去高次谐波分量和进行30°或90°的移相，低通滤波器的存在使得换相信号的相位随电机转速的变化而变化，而且30°或90°的移相并不能保证转子也转过了30°或90°，致使得到的电机换相信号不精准；2、电机在静止或低速时的反电势本身很小，经过衰减器分压后反电势更小，检测不到换相信息，电机需要利用外部起动的方法把速度加速到电机额定转速的10％，电机才能按照转子位置信息进行换相，在外部起动电机加速过程中，极易引起电机起动失败。

发明内容

本实用新型目的是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种工艺简单、起动容易、成本低廉，无需低通滤波器、无需衰减器、无需移相，从0.1％的额定转速到额定转速的宽速度范围内都能提供精准换相信号的无传感器无刷电机换相信号检测器。

为达到上述目的，本实用新型所设计的无传感器无刷电机宽速度精准换相器，由相反电势检测电路、自动增益控制放大电路、线电势过零点检测电路、转速-电压转换电路和起动电路组成，其特点是电机加电后，起动电路通过线电势过零点检测电路输出定位和起动换相信号，拖动电机旋转，相反电势检测电路将检测到的反电势信号，经自动增益控制放大电路放大为不随电机转速变化的恒定幅值反电势信号，先送到起动电路检测线电势的第一个过零点，在检测到后，关闭起动电路，切换为送到线电势过零点检测电路比较得到换相信号并输出，换相信号同时作为转速-电压转换电路的输入信号，把电机的转速信号转换为电压信号，送到自动增益控制放大电路，产生可控增益。

所述的相反电势检测电路包括三组测试线圈，分别埋置在电机主绕组三相所放置的齿槽中，三组线圈的尾端汇接引出接地，首端引出分别与自动增益控制放大电路R1的前端连接。

所述的自动增益控制放大电路采用包括场效应管的集成运算放大器，场效应管T1的源极与集成运算放大器的负输入端连接，栅极与转速-电压转换电路(4)的R9前端连接。

所述的线电势过零点检测电路包括三个比较器，比较器U2A的正输入端、二极管D_a的负极、比较器U2B的负输入端、R4的上端汇接；比较器U2B的正输入端、二极管D_b的负极、R6的上端、比较器U2C的负输入端汇接；比较器U2A的负输入端与比较器U2C的正输入端连接；U2A、U2B、U2C三个比较器的输出端输出电机换相信号。

所述的转速-电压转换电路的电容C1、C2、C3的后端与线电势过零点检测电路三个比较器的输出端连接，把电机的转速信号转换为电压信号，通过电阻R9的前端送到自动增益控制放大电路场效应管T1的栅极。

所述的起动电路包括电阻R3、R4、R5、R6、R7，电容C0，晶体三极管T2、T3，二极管D_a、D_b和比较器U2D；二极管D_a的正极、集成运算放大器U1A的输出端、比较器U2D的负输入端汇接；二极管D_b的正极与集成运算放大器U1B的输出端连接；比较器U2D的正输入端、集成运算放大器U1C的输出端、比较器U2C的正输入端汇接；比较器U2D的输出端、T2的基极、T3的基极汇接；T3的集电极、R5的上端、R3的前端、R4的下端汇接；T2的集电极、R6的下端、R7前端、C0的上端汇接。