定子繞組相序及編碼器輸出電平檢測裝置的製作方法

2023-05-22 06:50:56

專利名稱：定子繞組相序及編碼器輸出電平檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及無刷直流電動機，特別涉及無刷直流電動機定子繞組相序及其與編碼器對應關係確定方法及檢測裝置
背景技術：
無刷直流電機採用電子換向裝置代替了傳統直流電機的機械換向裝置，具有與直流電機類似的機械特性，無刷直流電動機磁鋼置於轉子上，定子繞組在空間均勻分布。對於三相定子繞組，其U相繞組、V相繞組、W相繞組分別相隔2 /3的空間角度。通過不斷地變換三相定子繞組通電方式，產生旋轉磁場驅動轉子轉動。對於具有多相定子繞組的無刷直流電動機，除了定子繞組分布的空間角度不同外，其工作原理相同。無刷直流電機定子繞組的換相是通過逆變器來控制的，要使無刷直流電機轉動，必須按一定的順序給定子繞組通電。編碼器通過檢測轉子的磁極位置，輸出換向驅動信號，伺服系統根據編碼器輸出的換向驅動信號，控制逆變器中開關管導通和關斷，實現定子繞組的正確換向。確定定子繞組相序及編碼器輸出信號與對應繞組的關係，是實現正確換向的基礎。直流電動機出廠時，需完整標定其編碼器輸出引腳定義以及電機繞組引線定義。實際中，如果電機資料遺失或者因電機年代久遠無法確定轉子磁極位置和定子繞組對應關係，那麼電機將無法使用。因為電機相序的混亂或轉子位置和定子繞組對應關係不明確，無法為電機換相提供正確的信息，可能導致無刷直流電機無法起動或失步，儘管有時電機可以旋轉，但極可能損壞電機控制器。即便是有相關資料，如果位置信號與繞組關係不正確，容易出現損壞控制器的問題，所以為確保安全對它們的關係進行驗證也是必要的。當直流電動機出現相序混亂、編碼器對應關係不清楚，或更換編碼器等情況時，現有技術一般採用的方法是1、將轉子轉動到特定位置，對定子繞組通電進行檢測。該方法對多相繞組無刷直流電機檢測過程繁複，而且繞組通電電流不容易控制，存在一定的風險。2、示波器進行波形比較的方法，具有一定的主觀性，精確度不高。

發明內容
本發明本所要解決的技術問題，就是針對現有技術定子繞組相序檢測方法複雜、判斷不準確、準確性差的問題，提供一種簡單的相序確定方法和相序與編碼器對應關係確定方法及其檢測裝置。本發明解決所述技術問題採用的定子繞組相序確定方法，包括以下步驟a、轉動直流電動機轉子，在定子繞組中產生電動勢；b、檢測定子繞組之間電壓過零點；C、根據定子繞組之間電壓過零點的順序確定定子繞組相序；
具體的步驟b中，所述定子繞組為三相繞組，採用Y形連接，設定某個繞組為U相繞組，檢測其他繞組與U相繞組之間電壓過零點；步驟c中，電壓先到達過零點的繞組為V相繞組，另一個繞組即為W相繞組。本發明定子繞組相序與編碼器對應關係確定方法，包括以下步驟α、轉動直流電動機轉子，在定子繞組中產生電動勢；β、檢測定子繞組兩兩之間電壓過零點；Y、檢測編碼器輸出電平信號上升沿和下降沿；δ、根據定子繞組兩兩之間電壓過零點與編碼器輸出電平信號上升沿或下降沿的對應關係，確定直流電動機定子繞組相序與編碼器對應關係；具體的步驟β中，所述定子繞組為三相繞組，定子繞組採用Y形連接，分別檢測U相繞組與V相繞組之間電壓euv過零點、W相繞組與U相繞組之間電壓e 過零點及V相繞組與W相繞組之間電壓evw過零點；步驟δ中，當euv過零點時，檢測到編碼器的某輸出端的上升沿或下降沿，則編碼器該輸出端與V相繞組對應；當ewu過零點時，檢測到編碼器的另一個輸出端的上升沿或下降沿，則編碼器該輸出端與U相繞組對應；編碼器餘下的輸出端即與W相繞組對應。本發明定子繞組相序及編碼器輸出電平檢測裝置，包括第一檢測單元、微處理器單元和第二檢測單元；所述第一檢測單元用於連接定子繞組，檢測定子繞組間電壓過零點並向微處理器單元傳輸信號；所述第二檢測單元用於連接編碼器輸出端，檢測編碼器輸出信號的上升沿和下降沿並向微處理器單元傳輸信號；所述微處理器單元對第一檢測單元和第二檢測單元傳輸的信號進行處理，根據定子繞組間電壓過零點順序確定定子繞組相序，並根據定子繞組間電壓過零點與編碼器輸出信號的上升沿或下降沿確定定子繞組與編碼器接口的對應關係；進一步的所述第一檢測單元包括匹配濾波電路、電壓比較器和信號隔離電路，所述匹配濾波電路連接定子繞組和電壓比較器，所述電壓比較器連接信號隔離電路，所述信號隔離電路與微處理器單元連接；更進一步的所述第二檢測單元由差分信號接收器構成，所述差分信號接收器與編碼器接口連接，並通過隔離電路向微處理器單元傳輸信號。本發明的有益效果是，由於交流電壓過零點、脈衝信號邊緣(上升沿和下降沿)，可以通過簡單的硬體電路進行準確的檢測，根據這些參數確定定子繞組相序及其與編碼器接口的對應關係的硬體電路非常簡單、檢測結果直觀、準確，能夠快速確定無刷直流電動機定子繞組的相序及其與編碼器接口的對應關係。本發明在整個檢測過程中，定子繞組不需要通電，可以通過手動轉動電動機轉子，利用定子繞組中產生的感應電動勢(或稱為反電動勢)完成檢測，與此同時，編碼器也產生高低電平信號，反電動勢與編碼器輸出信號存在 一定關係，據此可以確定編碼器接口與定子繞組對應關係，上述檢測可以一次完成。隨著電力電子技術的發展，無刷直流電機的應用越來越廣泛，本發明具有廣闊的應用前景。


圖I是實施例的檢測裝置電路結構示意圖；圖2是無刷直流電動機定子繞組分布及連接關係示意圖；圖3是實施例的無刷直流電動機位置傳感器配置關係與編碼器輸出接口對應關係不意圖；圖4是實施例的編碼器輸出信號與定子繞組間電壓對應關係示意圖；圖5是實施例的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例，詳細描述本發明的技術方案。本發明以線間反電動勢電勢過零點及換相點(編碼器輸出信號上升沿和下降沿)為基礎，而沒有直接檢測定子繞組的反電動勢，是因為定子繞組反電動勢與換相點有30°電角度延遲，通常情況下，該延遲角度會產生一定的誤差，這將影響測試結果，甚至得不到結果。而定子繞組間電壓過零點剛好對應換相點，不存在電角度延遲30°帶來的問題。實施例本例檢測裝置電路如圖I所示，包括含微處理器單元10、第一檢測單元50、第二檢測單元，即圖I中的差分信號接收器60、隔離模塊20、顯示模塊70以及電編碼器接口 30和電機繞組接口 40。在本實施例中，微處理器含有捕獲單元，另外還包括存儲單元和微處理器必備的運算器，控制器和寄存器組。在存儲單元中存儲捕獲單元狀態，編碼器輸出端於繞組對應關係表等，捕獲單元用於捕獲編碼器輸出信號上升沿和下降沿以及三相定子繞組間反電動勢過零點。微處理器為一個DSP最小系統，含有六路捕獲單元，三路用於捕獲編碼器信號上升沿和下降沿，另外三路用於捕獲線間反電動勢過零點，內部FLASH存儲6路捕獲單元狀態，運算器利用捕獲單元狀態進行運算，得到6路信號的匹配結果並存儲，通過並口發送至顯示模塊70。如圖2a，在本實施例中，電機定子繞組採用Y形連接方式，線圈繞在定子矽鋼衝片上，轉子為永磁體，三相繞組末端連接到一個公共點com，引出的3根線為電機三相繞組的始端，分別為Wl，W2，W3。對應連接到定子繞組接口。在不確定繞組相序關係時，先固定標識Wl繞組連為U相繞組，以便確定V相和W相繞組以及編碼器接口與繞組對應關係，下面的描述均以此設定為基礎。本實施例中，編碼器接口 30除了包括接受編碼器信號的6個接口，分別標識為Al，A2 ；B1, B2 ；C1, C2 ;如圖3所示，還包括編碼器電源的2個接口 Vcc和GND，6個接口連接差分信號接收器60。圖3中，編碼器80包括差分電路802、803、804，8011為光電編碼器的遮光板，8012為三隻發光管(A、B、C，圖中發光管B、C被遮光板8011遮蔽)，分別間隔2 π /3。遮光板8011隨著電機轉軸一起旋轉，當遮光板8011遮住發光管8012時，對應發光管輸出低電平，反之輸出高電平。在O 360°電角度中，三隻發光管A、B、C共產生6種電平信號，以此為電動機提供換相時序信號。差分電路802、803、804將三隻發光管輸出的信號進行差分，經過編碼器接口 30送到差分信號接收器60，由三路差分電路601、602、603轉換為CAPl、CAP2、CAP3三路脈衝信號，經過隔離電路20輸入微處理器進行處理。
本例第一檢測單元50包括匹配濾波電路51和電壓比較器52。匹配濾波電路51先將反電動勢調節到一定的幅值範圍，經過濾波後，輸入電壓比較器52檢測電壓過零點。在本實施例中，匹配濾波電路51分別連接定子繞組W1W2、W1W3、W2W3，檢測該3路電壓。濾波採用低通濾波器，濾除高頻信號，由於微處理器捕獲單元不能直接識別正弦信號過零點，利用電壓比較器進行檢測是適宜的。當電壓比較器兩個輸入端壓差為零時，其輸出電壓發生跳變，檢測跳變信號點就獲得了反電動勢過零點。本例中微處理器接收的信號包括CAP1、CAP2、CAP3三路脈衝信號；定子繞組W1W2、W1W3、W2W3的3路電壓信號，分別由微處理器的6路捕獲單元進行捕獲。本實施例中，顯示模塊70含有控制器，存儲單元，顯示面板和並口 /串口，並口 /串口接收來自微處理器10發送的顯示信息，存儲於存儲單元中，控制器調用數據在面板上顯不O本實施例中，隔離電路使用低速光電耦合器，光電耦合器的外圍連接電路需調試設計好。下面推導定子繞組反電動勢與編碼器輸出信號的對應關係無刷直流電動機三相定子繞組的反電動勢可以分解為基波，3次諧波和更高次奇數次諧波，以正轉時繞組反電動勢波形為例，U，V，W相反電動勢可以表示為
權利要求
1.定子繞組相序及編碼器輸出電平檢測裝置，包括第一檢測單元、微處理器單元和第二檢測單元；所述第一檢測單元用於連接定子繞組，檢測定子繞組間電壓過零點並向微處理器單元傳輸信號；所述第二檢測單元用於連接編碼器輸出端，檢測編碼器輸出信號的上升沿和下降沿並向微處理器單元傳輸信號；所述微處理器單元對第一檢測單元和第二檢測單元傳輸的信號進行處理，根據定子繞組間電壓過零點順序確定定子繞組相序，並根據定子繞組間電壓過零點與編碼器輸出信號的上升沿或下降沿確定定子繞組與編碼器接口的對應關係。
2.根據權利要求I所述的定子繞組相序及編碼器輸出電平檢測裝置，其特徵在於所述第一檢測單元包括匹配濾波電路、電壓比較器和信號隔離電路，所述匹配濾波電路連接定子繞組和電壓比較器，所述電壓比較器連接信號隔離電路，所述信號隔離電路與微處理器單元連接。
3.根據權利要求2所述的定子繞組相序及編碼器輸出電平檢測裝置，其特徵在於所述第二檢測單元由差分信號接收器構成，所述差分信號接收器與編碼器接口連接，並通過隔離電路向微處理器單兀傳輸信號。
全文摘要
本發明涉及無刷直流電動機定子繞組相序及其與編碼器對應關係確定方法及檢測裝置。本發明的方法以定子繞組間反電動勢電勢過零點及換相點(編碼器輸出信號上升沿和下降沿)為基礎，根據定子繞組間電壓過零點順序確定定子繞組相序；根據定子繞組過零點與編碼器輸出信號上升沿或下降沿的對應關係確定編碼器接口與定子繞組的對應關係。本發明的裝置以微處理器系統為運算處理單元，結合外圍硬體檢測單元對於定子繞組間電壓過零點和編碼器輸出信號上升沿和下降沿進行檢測，一次完成相序判斷及各相繞組與編碼器接口的對應關係。避免了電角度延遲帶來的問題，具有檢測步驟直觀、準確，檢測裝置結構簡單的特點，適合無刷直流電動機的檢測和判斷。
文檔編號G01R19/00GK102621405SQ20121004982
公開日2012年8月1日 申請日期2009年12月9日 優先權日2009年12月9日
發明者劉霞, 張昌華, 李堅, 蔡東升, 陳勇, 黃琦 申請人:電子科技大學