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  • 新型无感无刷电机驱动的制作方法
    2020-12-20 15:51:45

    本实用新型涉及,具体为新型无感无刷电机驱动。

    背景技术:

    无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机,又称无换向器电机。早在十九纪诞生电机的时候,产生的实用性电机就是无刷形式,即交流鼠笼式异步电动机,这种电动机得到了广泛的应用。但是,异步电动机有许多无法克服的缺陷,以致电机技术发展缓慢。上世纪中叶诞生了晶体管,因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机,它克服了第一代无刷电机的缺陷。

    目前无刷直流电机的驱动方式有无感和有感两种,有感无刷电机是无刷电机中装有位置传感器,驱动器通过位置传感器信号换相,无感无刷没位置传感器,驱动器通过反电动势信号判断转子位置换相,目前行业内的无感检测方式基本使用的是反电动势法,是通过测量三相绕组的端点电位与中心点间的电压来实现的,当某端点电位与中心点电位相时认为该相位反电动势过零,再延时30度电角度进行换相,此方式有很多不足之处:电阻分压降低了被检测信号的灵敏度,低速检测困难;需要创建一个虚拟中性点;启动时反电动势为零,所以需要‘盲’启动,启动不如有感电机平稳,而使用本文中的检测方式可以使电机启动跟有感一样平稳。

    技术实现要素:

    本实用新型的目的在于提供新型无感无刷电机驱动,以解决上述背景技术中提出的目前无刷直流电机的驱动方式有无感和有感两种,有感无刷电机是无刷电机中装有位置传感器,驱动器通过位置传感器信号换相,无感无刷没位置传感器,驱动器通过反电动势信号判断转子位置换相,目前行业内的无感检测方式基本使用的是反电动势法,是通过测量三相绕组的端点电位与中心点间的电压来实现的,当某端点电位与中心点电位相时认为该相位反电动势过零,再延时30度电角度进行换相,此方式有很多不足之处:电阻分压降低了被检测信号的灵敏度,低速检测困难;需要创建一个虚拟中性点;启动时反电动势为零,所以需要‘盲’启动,启动不如有感电机平稳的问题。

    为实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案:新型无感无刷电机驱动,包括控制接入器输入端halla和输出信号端口,所述控制接入器输入端halla的输出端电性连接有控制接入器输入端hallb,且控制接入器输入端hallb的输出端电性连接有控制接入器输入端hallc,所述控制接入器输入端halla、控制接入器输入端hallb和控制接入器输入端hallc的输出端口电性连接有输出信号端口。

    优选的,所述控制接入器输入端halla包括有电阻r33、电阻r35、电阻r41和电容c17,且电阻r33的输入端电性连接有电阻r35,所述控制接入器输入端halla的输出端电性连接有电阻r41,且控制接入器输入端halla的输出端电性连接有电容c17。

    优选的,所述控制接入器输入端hallb包括有电阻r37、电阻r54、电阻r40和电容c16,且电阻r37的输出端电性连接有电阻r54,所述控制接入器输入端hallb的输出端电性连接有电阻r40,且控制接入器输入端hallb的输出端电性连接有电容c16。

    优选的,所述控制接入器输入端hallc包括有电阻r38、电阻r55、电阻r39和电容c7,且电阻r38的输出端电性连接有电阻r55,所述控制接入器输入端hallc的输出端电性连接有电阻r39,且控制接入器输入端hallc的输出端电性连接有电容c7。

    优选的,所述控制接入器输入端halla、控制接入器输入端hallb和控制接入器输入端hallc与输出信号端口电性并联连接。

    与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:此检测方式和反电动势法都是检测第三相信号,再六步换相控制中,每一个换相周期将有一相绕组处于不导通状态,因此通过检测第三相反电动势信号,可检测到转子磁极在该绕组经过的时刻(在ab绕组通电时检测c相的反电动势),本文中的方式则是检测电机不导通相的60度点进行换相,直接检测换相点,无需延时换相。

    附图说明

    图1为本实用新型三相电压与中性点检测电路;

    图2为本实用新型检测电源控制电路;

    图3为本实用新型检测电源控制电路的调速器接口电路;

    图4为本实用新型检测电流检测电路;

    图5为本实用新型电机驱动电路。

    图中:1、控制接入器输入端halla;2、控制接入器输入端hallb;3、控制接入器输入端hallc;4、输出信号端口。

    具体实施方式

    下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。

    请参阅图1-5,本实用新型提供技术方案:新型无感无刷电机驱动,包括控制接入器输入端halla1、控制接入器输入端hallb2、控制接入器输入端hallc3和输出信号端口4,控制接入器输入端halla1的输出端电性连接有控制接入器输入端hallb2,且控制接入器输入端hallb2的输出端电性连接有控制接入器输入端hallc3,控制接入器输入端halla1、控制接入器输入端hallb2和控制接入器输入端hallc3的输出端口电性连接有输出信号端口4;

    控制接入器输入端halla1包括有电阻r33、电阻r35、电阻r41和电容c17,且电阻r33的输入端电性连接有电阻r35,控制接入器输入端halla1的输出端电性连接有电阻r41,且控制接入器输入端halla1的输出端电性连接有电容c17;

    控制接入器输入端hallb2包括有电阻r37、电阻r54、电阻r40和电容c16,且电阻r37的输出端电性连接有电阻r54,控制接入器输入端hallb2的输出端电性连接有电阻r40,且控制接入器输入端hallb2的输出端电性连接有电容c16;

    控制接入器输入端hallc3包括有电阻r38、电阻r55、电阻r39和电容c7,且电阻r38的输出端电性连接有电阻r55,控制接入器输入端hallc3的输出端电性连接有电阻r39,且控制接入器输入端hallc3的输出端电性连接有电容c7;

    控制接入器输入端halla1、控制接入器输入端hallb2和控制接入器输入端hallc3与输出信号端口4电性并联连接;

    从pwm-on时刻反电动势波形中可以看到过零点后需要延时30度左右进行换相,而电机在低速时的转速不稳定(特别是电动工具类),低速时的反电动势信号极弱,无法在pwm-off时刻检测零点。在pwm-on时刻采样,中性点电压可参考vbus/2电压或(ua-uc)/2,可直接由母线直流分压得到或由单片机采样运算得到;

    在pwm导通时刻采样检测零点,无需考虑相位偏移,检测到零点后延时30度左右即可换相,但是在电机带载启动时转速不稳定或者启动转速极低时,使用延时换相方式会出现提前换相或之后换相的问题;

    转速较低时,如果检测换相点即可直接完成换相,无需做延时换相操作。

    参考以下公式可计算得出换相点电压:

    在不导通相上升时:us=(ua-uc)*kr

    在不导通相下降时:us=(ua-uc)*kf

    kr参考值0.68

    kf参考值0.4

    kr、kf是换相阈值系数,可使用参考值按照换相的偏移角度进行调整。此方式在2对极电机、pwm频率8k时最高转速可达到4000转,达到此转速后电机转速相对稳定,可根据反电动势信号换相。是切换“检测零点”方式的过程,pwm频率从8k到16k,性能较好的mcu可全程使用16k方式检测。

    工作原理:对于这类的新型无感无刷电机驱动首先通过电源控制:此电路是通过按键触发启动,短接con1的1、2脚,使pwr_active输入vbus电压打开mosq8,系统得电后mcu设置pwr_ctrl为高电位,这时电路会一直保持供电状态,直到pwr_ctrl设为低电位,从ovp端可测量分压后的vbus电压,随后电流检测:i_shunt经过运算放大器后输入到mcu内,用作过流保护和预定位,

    公式为op0_o=(1+r31/r23)i_shunt,

    oc_fault接到mcu第16脚,用作触发短路保护中断;

    最后在电机驱动中:三个半桥和mos栅极驱动器,c22-c25为自举升压电容,在三相uvw置低后通过d1-d3为其充电。

    尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本实用新型的范围由所附权利要求及其同物限定。

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    无刷电机可以像有刷电机这样直接上电启动吗?可以,但是小功率电机,但是绝大多数电机都不适合用这种启动方式,这样启动有比较多缺点,不建议这样做。种方法启动的电流是非常大的,容易导致硬件电路短路或者减少电子...

    背景:
    无刷电机可以像有刷电机这样直接上电启动吗?可以,如果是小功率电机,但是绝大多数电机都不适合用这种启动方式,这样启动有比较多缺点,一般不建议这样做。种方法启动的电流是非常大的,容易导致硬件电路短路或者减少电子器件的寿命;电流过大容易引起过热去磁问题,容易导致电机启动失败;启动过快还会引起机械负载的冲击等

    无位置传感器电机启动的方式:
    无位置传感器电机启动一般可以采用三段式的驱动方式,分别为预定位,加速阶段,开环切入闭环。下面分别对这三个步骤进行详解。
    预定位:刚开始电机在静止情况下,而且开始不知道转子的情况下,可以进行通过对三相电机的其中两相通电,等待一段时间,然后再对电机相邻状态的两相通电,此时转子会转动,并且会转动到当前两相合成磁场的所在的位置。注意预定位中pwm以及的通电的等待时间,需要根据实际情况选取。
    在这里插入图片描述
    加速运行阶段:pwm的开始占空比,应该从克服外界负载的最小力矩开始,逐渐提高,pwm占空比的增大作用其实等效于加在通电两相的电压增大,逐渐提高电机换相的频率,此时电机就会加速起来。常见加速有三种方式,恒频升压法 恒压升频法,升频升压法。

    • 恒频升压法:电机换相频率不变,电机供电的电压逐渐提高,以此达到加速效果。
      恒压升频法:电机供电的电压不变,电机换相时间逐渐提高,以此达到加速效果。
      升压升频法:电机供电的电压与电机换相频率都逐渐进行提高,达到加速效果。
      升压升频法实现起来相比前面两种方法实现较为复杂。需要协调好电压与频率的递增,换相信号的频率需要根据实际电机的电机极对数以及电机相电阻等其他原生参数确定。换相频率太低,电机加速不起来;换相频率太高,电机运行起来容易失步,导致加速失败。

      开环切入闭环阶段:当电机加速到一定速度,最好直到当前速度下电机反电动势要呈梯形波,可以用示波器观察。当反电动势检测通过ADC连续稳定采集到3个过零点的情况,说明当前电机的运行速度达到无位置传感器的运行要求。此时可以切入到闭环状态。当注意的一个细节是,相同pwm占空比电机在开环时对应的速度与进入闭环时对应的速度相差越小,切换成功的几率越大,而且切换的也越平滑。
      值得注意的是,电机从开环切入闭环的过程是电机启动最为困难的一个阶段,难度系数比较高。而且这个环节是电机启动最重要的一个阶段,它决定着电机是否能进入后面的闭环操作。

    转子为什么会规则地转动起来,这里对转子进行的受力分析:
    在图 1-20(a)中, AB 相通电,电流处于转子产生的磁场内,根据左手定则,我们判断线圈 AA’中的上半部导线 A 受到一个顺时针方向的电磁力,而 AA’的下半部导线 A’也受到一个顺时针方向的电磁力。由于线圈绕组在定子上,定子是固定不动的,故根据作用力与反作用力,定子绕组 AA’会施加给转子一个逆时针方向的反作用力,转子在这个力的作用下,就转起来了。同理,与 AA’的情况类似, BB’也会对转子产生一个逆时针的反作用力。当转子逆时针转过 60°后,到达图 1-20(b)的位置,这时线圈 BB’已经到达转子磁极的边缘位置了,再转下去就要产生反方向的力了,所以这时就要换相,换成 AC 相通电,见图1-20©。这样,每过 60°换相通电,转子就可以一直转下去了。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    展开全文
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  • stm32无感无刷电机驱动

    千次阅读 2022-02-23 17:00:54
    使用stm32如何去控制无刷电机? 首先我们先要知道无刷电机的工作原理是什么,这样我们才能针对实际需求,对stm32 进行点对点的内部资源的调用,从而进行程序编写。 我相信能搜到这个Blog的同学都对无刷电机有一个...

    前言:

    stm32如何去控制无感无刷电机?

            首先我们先要知道无刷电机的工作原理是什么,这样我们才能针对实际需求,对stm32 进行点对点的内部资源的调用,从而进行程序编写。

    我相信能搜到这个Blog的同学都对无刷电机有一个大概的了解,但是具体的使用细节和原理,可能不太清楚。

            在这里给大家讲解一下写程序时几个关键的点,在清楚了无刷电机控制的同时,也就明白了程序该如何写。

    硬件使用的是KY_Motor的开发板。 

    链接:KY_Motor开发板

    无刷电机控制的比较重要的地方就是换向,而无感无刷最重要的知识点就是零点检测。

    1、电机换向和零点检测。

            无感无刷电机控制的主要内容就是检测悬浮相的感生电动势的过零点,当模拟比较器发
    生中断时说明过零事件产生,然后准备换相。
            由于stm32f103系列没有自带的比较器,因此外围电路采用了LM358作为比较器,零点检测除了使用比较器也可以使用中断的方式实现,感兴趣的小伙伴可以尝试改一下。

    零点检测电路

    //PA5 引脚中断,计算换相时刻
    void EXTI9_5_IRQHandler(void)			
    {    
    	Zero=GPIO_ReadInputData(GPIOA);
    	Zero=Zero&0x0038; 
    	Zero=Zero>>3;//过零点信号,513264
    
    	if(!Direction)Zero=7-Zero;
    
    	Zero_SW();
    	counter1++;
    
    		if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line5)!= RESET)
    	{
    		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5);
    	}
    }

    在这里通过检测U、V、W三相哪一路导通,进而通过比较器来判断哪一路导通。

           在这里解释一下zero = zero & 0x0038 是什么意思,在硬件上我们采用了 PA3、PA4、PA5三个引脚作为零点检测引脚,0x0038的二进制为 xx 0011 1000,就是说 PA3、PA4、PA5与 111相与,进而得出哪一路导通的值。

          再将zero的值右移3位,就能得出过零点信号 513264,将513264也相应的换算成二进制数,就明白如何获取到过零点信号的值了。

          在程序中我们分别对PA3、PA4、PA5三个引脚进行了中断处理,程序都一样,只是中短线不一样,大家自行改一下程序。

          我们在取得过零点信号后需要对取到的信号用于电机换相,也就是下面这个经典的六臂全桥驱动电路。

    取其中两路导通,实现方法我们通过如下方法进行实现。

    //过零点换相函数
    void Zero_SW(void)   
    { 
    	switch(Zero)
    	{
    			case 5:    
    		   TIM1->CCR2=0;             //AB
    		   TIM1->CCR1 = My_PWM;					  
           TIM1->CCR3=0;
    			
    		   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_15); 
    		   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_14);   
    			break;
    		case 1:
           TIM1->CCR2=0;              //AC
    		   TIM1->CCR1 = My_PWM;					  
           TIM1->CCR3=0;
    
    		   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14); 
    		   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_15);  
    			break;
    		case 3:
    		  TIM1->CCR1=0;          //BC
    		  TIM1->CCR2 = My_PWM;					  
          TIM1->CCR3=0;
    	
    		   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14); 
    		   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_15);     
    			break;
    
    		case 2:
    		
    	     TIM1->CCR1=0;        //BA
    		   TIM1->CCR2 = My_PWM;					  
           TIM1->CCR3=0;
    	
    		   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15); 
    		   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13);     
    			break;
    
    		case 6:
    		
    		   TIM1->CCR2=0;//CA
    	     TIM1->CCR3 = My_PWM;					  
           TIM1->CCR1=0;
    
    		   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15); 
    		   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13);          
    			break;
    
    		case 4:
    		
    	     TIM1->CCR2=0; //CB
    		   TIM1->CCR3 = My_PWM;					  
           TIM1->CCR1=0;
    
    		   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_15); 
    		   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_14);   
    			break;
    		
    		default:
    
    		break;
    	}
    }

             这段程序很好理解,就不做过多解释。

    ========================================================================

    到这,无感无刷电机驱动的比较重要的两部分程序就讲解完了。我们接下来看一下启动函数。

    //启动函数
    void START_UP(void)
    {
    	switch(phase)
    	{
    			case 1:    
    		   TIM1->CCR2=0;             //AB
    		   TIM1->CCR1 = My_PWM;					  
           TIM1->CCR3=0;
    			
    		   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_15); 
    		   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_14);   
    			break;
    		case 2:
           TIM1->CCR2=0;              //AC
    		   TIM1->CCR1 = My_PWM;					  
           TIM1->CCR3=0;
    
    		   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14); 
    		   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_15);  
    			break;
    		case 3:
    		  TIM1->CCR1=0;          //BC
    		  TIM1->CCR2 = My_PWM;					  
          TIM1->CCR3=0;
    	
    		   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14); 
    		   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_15);     
    			break;
    
    		case 4:
    		
    	     TIM1->CCR1=0;        //BA
    		   TIM1->CCR2 = My_PWM;					  
           TIM1->CCR3=0;
    	
    		   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15); 
    		   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13);     
    			break;
    
    		case 5:
    		
    		   TIM1->CCR2=0;//CA
    	     TIM1->CCR3 = My_PWM;					  
           TIM1->CCR1=0;
    
    		   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15); 
    		   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13);          
    			break;
    
    		case 6:
    		
    	     TIM1->CCR2=0; //CB
    		   TIM1->CCR3 = My_PWM;					  
           TIM1->CCR1=0;
    
    		   GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_15); 
    		   GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_14);   
    			break;
    		
    		default:
    
    		break;
    	}
    }

            细心的同学会发现,启动函数和零点换相函数一样。

            因为电机在启动的时候程序无法判断哪一个点在零点,因此需要先让电机导通,当导通后,便会产生反向电动势,也就可以采集到零点信号,因此知道哪一路导通。

            在程序中加的用户接口程序就不在这罗列了,这个程序通过按键控制电机启动,分别对应加速和减速按键,对电机速度进行控制。下面视频测试了航模无刷电机12v、1400KV。程序花了点事件优化,无感无刷的电机启动的很流畅。

    stm32无刷电机驱动器_按键调速

            网上有些例程代码只能适配一种电机,换一个新电机便不能流畅的转动了,因此我把手头的电机都试了一遍,目前我手里的这些电机都可以流畅的启动,以前总玩航模,手头的电机也大都是航模用的电机。 

            启动算法优化优化的比较理想,可以移植到国产的32位单片机上做一个航模无刷电调,今年会陆续把剩下的工作都做完,

    感谢大家收看,关注我,定期更新无刷电机干货。

    展开全文
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    最近在某宝上买了一斤电机,80块钱共收获了7个外转子无感无刷电机,心里挺高兴的,折腾了好久才能让它动起来。一起来看看吧。

    一、 感性认识

    电机结构主要分为转动的磁铁和不动的绕组(刚好与有刷电机相反),我第一次拆开时就懵了,这么多的磁铁和绕组,这哪头对哪头嘛?请看下面原理图

    这张图是内转子的,原理和外转子无区别,从图中可以看到相邻的两块磁铁磁性是不同的,绕组分为A、B、C三个相,每一个相由同一根漆包线缠绕而成,这三根漆包线的一端连成一个公共点,另外的一端则是我们在外部看到的三根连接线。

    二、三个基本定则

    无刷电机的转动基于中学的三个基本定则,分别是左手定则、右手定则和右手螺旋定则(安培定则),这里简单地复习一下。

    1.左手定则

    伸出左手,四指并拢,使拇指与四指垂直,让磁感线穿手心,四指指向导线电流方向,拇指则指向通电导线受力方向。这里就不列公式了,主要理解受力方向就行。

    2.右手定则

    同样的,磁感线穿右手手心,拇指指向导线运动方向,则四指指向动生电流方向,这里不讨论反电动势。

    3.右手螺旋定则(也称安培定则)

    用右手握住通电螺线管,使四指弯曲与电流方向一致,那么大拇指所指的那
    一端就是通电螺旋管的 N 极。这个定则值得注意的是线圈中的电流方向,向有些人画的猪尾巴线圈就要看仔细了,别判断错了方向。

    三、转动——同性相斥,异性相吸

    无论电机磁极、绕组的数量多少,都可以简化成上图。只要保证A、B、C三相中任何时刻只有两相导通,剩余一相断开,就能使绕组与磁极间产生一定的角度转动。若导通的两相以一个周期变化出现的话,就可以使电机转动360°了。如下图:

    如此周而复始,循环往复。因此,要让无刷电机转起来的关键就是控制三相中的通断了,这可以通过外部电路和程序控制实现。

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空空如也

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无感无刷电机启动