[发明专利]一种无刷电机的启动方法和控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种无刷电机的启动方法和控制系统，以及相应的电机组件和吸尘器。

背景技术

图1示出了一种无刷电机1，该无刷电机1包括永久磁体转子4，具有相绕组5的定子和位置传感器3，位置传感器3一般采用霍尔效应传感器。转子4具有四个磁极(标示为N-S-N1-S1)，且定子具有四个驱动极2(绕转子4均匀分布)。该电机1是单向性的，由驱动极2的结构决定其方向，暂且假定转子4的旋转方向是顺时针的(本文中的顺时针方向都是假定，因为也可以是逆时针方向)。启动电机1的传统方法典型地如下进行：当转子4在图1中的停靠位置中时，霍尔传感器3被假设以检测转子磁极N的极性，然后在霍尔传感器3输出准确极性信号的基础上，励磁电流被供应到绕组5，让转子4被顺时针驱动。而如果霍尔传感器3的角度位置比较接近于转子4的相邻磁极的过渡区时，霍尔效应传感器3位置的任何变化可能导致电机1不能启动。例如，当霍尔传感器3的安装位置稍微地向顺时针方向移动。结果，霍尔传感器3不再检测转子磁极N而是检测到了磁极S1，其具有相反极性。这会导致错误的励磁电流供应到绕组5上，这样会导致转子4将被吸引的更紧而无法转动。或者是四个磁极的尺寸与形状加工不标准，霍尔传感器3就会感受到一个不确定的信号或者是错误的信号，结果据此信号给出的绕组励磁电流也是错误的，绕组产生的磁性也是错误的，驱动极2与磁极之间会同性相吸而不是相斥，转子4就动不了。这种霍尔传感器3对磁极检测的不确定性和错误会导致电机不能启动。

在图1中示出的电机启动传统控制方法中，电机1沿顺时针方向被驱动。定子磁极2和转子之间的空气间隙是不对称的。结果，齿槽转矩中的过零点相对于反电动势中的过零点偏移。因此，当转子4静止时，转子4停靠在位置中，对于该位置励磁扭矩非零且由此转子4可被启动。

图3示出了转子4的两个可能停靠位置。每个停靠位置对应于齿槽转矩中的过零点，在图3中标志为A和B。停靠位置B通常指稳定停靠位置，同时停靠位置A指不稳定停靠位置。虽然停靠位置A是不稳定的，然而由于例如转子摩擦，该转子4仍可能停靠在这个位置。霍尔传感器3被定位在槽形开口内以致当转子4停靠在任一位置中时，该霍尔传感器3理想地应该检测转子磁极N的极性。然而由于霍尔传感器3位置的误差，当转子4停靠在位置B时，该传感器可能改为检测转子磁极S1的极性。即检测到了错误的转子极性。

驱动控制器MCU负责启动和驱动电机。通常，该控制器MCU可能尝试以下面的方法启动电机1。首先，控制器MCU检测霍尔信号。不考虑转子4停靠在位置B还是位置A，该控制器MCU假设该霍尔传感器3检测转子磁极N的极性。在HALL信号的基础上，该控制器MCU沿适于产生正励磁扭矩的方向加电流励磁绕组5。当转子4被停靠在位置A中时，霍尔传感器3不考虑霍尔传感器3的位置误差检测转子磁极A的极性。因此，当转子4被停靠在位置A中时，励磁扭矩的极性是对的且转子4被顺时针驱动。与此相反，当转子4停靠在位置B中时，霍尔传感器3可检测转子磁极N或转子磁极S1的极性。如果霍尔传感器3检测转子磁极N，励磁扭矩的极性是对的且转子4被顺时针驱动。在另一方面，如果霍尔传感器3检测转子磁极S1的极性，励磁扭矩的极性是错的且转子4被吸住导致不转。如果转子4被吸住，转子4将停在对齐位置处，此时，励磁扭矩平衡齿槽转矩也就是说励磁扭矩的大小与齿槽转矩的大小相等的。由于转子4随后不再运动，霍尔传感器3将不能检测到在转子4的极性中的任何进一步的位置改变，由此控制器MCU将判定为故障已发生。

启动电机1的传统方法由此出现的问题，对霍尔传感器3的安装位置要求就会非常严苛，对磁极的加工要求也非常高，增加了操作难度和出错概率以及生产成本，使电机的启动不可靠、启动效率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无刷电机的启动方法，该启动方法对位置传感器的安装位置和转子的加工要求不高，对电机的启动可靠、启动效率高。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种无刷电机的启动方法，包括：(1)加电流励磁电机的绕组；