[发明专利]单相无刷直流电机无霍尔控制方法及其单相无刷直流电机

权利要求书

1.一种单相无刷直流电机的无霍尔控制方法，所述单相无刷直流电机包括定子和转子，其特征在于，所述单相无刷直流电机中定子和转子之间的气隙不均匀，确保当电机处于未通电的自由状态时，所述转子的两个磁极分别位于确定的第一最小磁阻位置点和第二最小磁阻位置点；

所述无霍尔控制方法包括：预先确定转子初始位置，然后向所述单相无刷直流电机注入用于驱动转子旋转的电压，通过观测器实时估算转子角度theta，基于该转子角度theta控制所述单相无刷直流电机驱动运行；

其中，预先确定转子初始位置的步骤包括：

A10)、向定子绕组注入可形成瞬间定子定向磁场的电压；

A20)、在该瞬间定子定向磁场的作用下驱动所述转子按一定方向进行旋转，使得所述转子的两个磁极旋转至与该定子定向磁场吸合对应的定向位置；

A30)、停止电压注入，在电机的齿槽转矩作用下驱动所述转子按与所述步骤A20中相反的旋转方向进行旋转，使得所述转子的两个磁极分别返回与其对应相邻的最小磁阻位置点；

A40)、完成对所述转子初始位置的预先确定。

2.根据权利要求1所述的单相无刷直流电机无霍尔控制方法，其特征在于，在所述步骤A10)中，向定子绕组注入可形成瞬间定子定向磁场的负向电压，其中，定子定向磁场的N极磁场位于上方，其S极磁场位于下方。

3.根据权利要求2所述的单相无刷直流电机无霍尔控制方法，其特征在于，在所述步骤A20)中，在该瞬间定子定向磁场的作用下驱动所述转子逆时针旋转，其中，所述转子的S极磁极位于上方且与所述N极磁场对应吸合，所述转子的N极磁极位于上方且与所述S极磁场对应吸合；

在所述步骤A30)中，在电机的齿槽转矩作用下驱动所述转子顺时针旋转，使得所述N极磁极返回至第一最小磁阻位置点，且所述S极磁极返回至第二最小磁阻位置点。

4.根据权利要求1或2或3所述的单相无刷直流电机无霍尔控制方法，其特征在于，所述第一最小磁阻位置点和第二最小磁阻位置点之间的连接线与所述定子定向磁场的磁极连接线具有夹角，所述夹角大于0゜且小于90゜。

5.根据权利要求4所述的单相无刷直流电机无霍尔控制方法，其特征在于，所述夹角的范围为10-45゜。

6.根据权利要求1所述的单相无刷直流电机无霍尔控制方法，其特征在于，所述单相无刷直流电机的母线电压为10-15V，在所述步骤A10)中，所述电压的占空比范围为10-30％；所述电压的注入时间范围为0.5-3秒。

7.根据权利要求1所述的单相无刷直流电机无霍尔控制方法，其特征在于，所述观测器实时估算转子角度theta的过程包括：

B10)、通过观测器计算电机的实时电流i(k)；

B20)、基于实时电流i(k)和通过采样得到的实际电流i_actual之间的差值，得到反电动势e的瞬时值，按控制周期更新存储入反电动势e数组；

B30)、从所述反电动势e数组中提取得到滞后于瞬时值的反电动势延迟值e_beta；

B40)、基于所述反电动势e的瞬时值以及反电动势延迟值e_beta计算得到转子角度theta。

8.根据权利要求7所述的单相无刷直流电机无霍尔控制方法，其特征在于，所述转子角度所述反电动势延迟值e_beta相对于所述反电动势e的瞬时值滞后90゜。

9.根据权利要求7所述的单相无刷直流电机无霍尔控制方法，其特征在于，在所述步骤B10)中，实时电流其中，ΔT为单个控制周期，L为电感，v为电机电压，R为绕组电阻，i为电机电流，i(k)为实时电流，i(k-1)为上一控制周期的电机电流，e₀为上一控制周期中反电动势的瞬时值。