一种单相无感无刷直流电机的启动方法及装置与流程

1.本发明涉及无感无刷直流电机控制技术领域，尤其是指一种单相无感无刷直流电机的启动方法及装置。


背景技术：

2.单相直流无刷电机具有转速高、成本低的优点，越来越受到研发人员的青睐。现有单相直流电机一般由永磁体转子、定子绕组和位置传感器组成，由于有位置传感器存在，位置传感器安装位置会影响电机运行参数，如电流、速度、输出功率、效率等，同时若安装位置偏差较大，则会导致电机无法启动、高频振动情况，甚至出现损毁电机或控制系统，因此电机工作受制于位置传感器，采用无位置传感器技术则不存在上述问题，但是，现有直流无刷电机在没有传感器的条件下，通过低速变频方式开关拖动电机。这种方法只能在特定负载、特定惯量下运行，不能适应不同负载，适应度差，容易在启动过程中由于换相点无法掌控，导致启动失败。特别是对于单相直流无刷电机的无位置传感器控制条件下，无法定转向启动。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种能够适应不同负载，实现定转向启动的单相无感无刷直流电机的启动方法及装置。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种单相无感无刷直流电机的启动方法，包括步骤：
5.s1、沿a-b向给电机提供第一电流，使电机的转子转动至预定位置；
6.s2、给电机提供第二电流，使电机的转子受激正向运行。
7.进一步的，所述电机为非对称磁阻电机。
8.进一步的，所述电机包括环绕转子均匀设置的多个定子齿，每个定子齿靠近转子的一端设有弧形臂部，所述弧形臂部与转子的距离由一端到另一端逐渐变小。
9.进一步的，所述电机的磁阻磁极位置与线圈磁极位置的偏转角为5-40
°
。
10.进一步的，在步骤s1之中，包括：
11.s11、沿a-b向给电机提供第一电流，使电机的转子定位于线圈磁极位置；
12.s12、断开第一电流的供给，让电机的转子自然偏转至磁阻磁极位置。
13.进一步的，所述第二电流为脉冲电流，所述第二电流的电流值i2＝in，in为电机额定电流的电流值。
14.进一步的，在步骤s2之中，给电机提供单次或多次第二电流，使电机的转子受激正向运行。
15.进一步的，所述第一电流的电流值i1与电机额定电流的电流值in的关系为：i1＝4％-6％in。
16.进一步的，所述第一电流的持续时间t1和第二电流的持续时间t2的关系为：t2＝
8％-12％t1。
17.本发明还涉及一种单相无感无刷直流电机的启动装置，包括第一电流提供模块和第二电流提供模块；
18.所述第一电流提供模块用于沿a-b向给电机提供第一电流，使电机的转子转动至预定位置；
19.所述第二电流提供模块用于给电机提供第二电流，使电机的转子受激正向运行。
20.本发明的有益效果在于：提供了一种电机启动方法，能够保证电机转子初始磁位置明确，从而可以确保电机定向高速完成启动，以达到无传感器控制的启动条件，从而让电机感生反电势，实现无感自运行，大大减小不同负载启动过程中失步的概率。
附图说明
21.下面结合附图详述本发明的具体的结构：
22.图1为本发明的电机的轴向剖面结构示意图；
23.图2为本发明的电机启动电路结构示意图；
24.图3为本发明的电流波形示意图；
25.1-转子永磁体；2-转子轴；3-支架；4-定子齿；5-臂部。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特
征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
32.实施例1
33.本实施例中，以单相无感无刷直流电机为例进行说明一种单相无感无刷直流电机的启动方法，本方法也可适用于三相无感直流电机的启动。
34.请参阅图1，所述电机为非对称磁阻电机，所述电机包括环绕转子均匀设置的四个定子齿4，其中，转子包括转子永磁体1、转子轴2和支架3，所述转子永磁体1通过所述支架3固定于转子轴2，每个定子齿4靠近转子的一端设有弧形的臂部5，所述臂部5与转子的距离由臂部5的一端到臂部5的另一端逐渐变小。
35.由此，电机可具备非对称磁阻的特性，其中，所述电机的磁阻磁极位置与线圈磁极位置的偏转角为5-40
°
，根据电机的非对称磁阻特性，可以让让电机定位到线圈磁场转固定角度的位置，从而保证了电机转子初始磁位置明确，启动过程可靠可控。
36.围绕转子设置的四个定子齿上均缠绕有线圈，从而形成四个定子绕组，为了简化电机结构以及降低影响电机运行参数，电机没有设置位置传感器。
37.本发明的电机启动电路如图2所示，udc为直流电源，用于为电机提供驱动电流，mos管t1、t2、t3和t4组合成为h桥电路，可实现电机换流工作，mcu控制器用于分别为mos管t1、t2、t3和t4提供驱动信号。当mcu控制mos管t1和mos管t4导通时，经过电机的电流方向为由a至b；当mcu控制mos管t2和mos管t3导通时，经过电机的电流方向为由b至a。
38.请参阅图3，具体的启动方法包括步骤：
39.s1、沿a-b向给电机提供第一电流，使电机的转子转动至预定位置；
40.由于电机没有位置传感器，因此电机在静止状态下无法知道当前电机转子的磁极位置，从而无法给出正确的电流方向，即无法启动电机，此时需要对转子进行预先定位控制，使电机的转子转动至预定位置。
41.具体的，在步骤s1之中，包括：
42.s11、沿a-b向给电机提供第一电流，使电机的转子定位于线圈磁极位置；
43.s12、断开第一电流的供给，让电机的转子自然偏转至磁阻磁极位置。
44.通过沿a-b向给电机提供一个弱电流，即第一电流，使电机的转子从初始位置,沿待转方向反向转动，并定位于线圈磁极位置f0，这一过程对应于图3中的c点，第一次定位完成后，断开第一电流的供给，让转子自然偏转到磁阻磁极位置f1，此过程对应图3中的d过程，第二次定位完成后，电机的转子定位于图1的f1位置，从而使电机的转子转动至预定位置。
45.s2、给电机提供第二电流，使电机的转子受激正向运行，所述第二电流为脉冲电
流，所述第二电流的电流值i2＝in，in为电机额定电流的电流值。
46.当电机的转子转动至预定位置后，即知道当前电机转子的磁极位置，此时通过给电机提供至少一个脉冲电流，使电机的转子沿待转方向正向转动，从而使电机的转子受激正向运行，实现无位置传感器条件下的高速启动过程，此过程对应图3中的e过程。
47.在给电机提供至少一个脉冲电流的过程中，在速度能达到要求的条件下，采用单次激励最佳，速度不能达到要求的条件下采用多次激励，且次数尽可能少，脉冲电流激励次数越少，匹配调试工作量越少，电机启动的适应性越好。
48.本实施例中，第一次给电机提供第二电流的方向为b-a向，在后续需要多次激励的情况中，需要与实际转子转动速度加速的情况匹配，还要与电频率匹配，根据不同电频率匹配情况，通电方向可能一直为b-a，也可能为a-b与b-a相互切换。
49.在步骤s2之中，给电机提供单次或多次第二电流，使电机的转子受激正向运行。
50.在电机的转子惯量大的情况下，单次脉冲电流不能提供足够的速度，需要给电机提供多次第二电流，才能达到反电势产生所需的高速；在转子惯量小的情况下，第二电流的激励次数越少越好。
51.所述第一电流的电流值i1与电机额定电流的电流值in的关系为：i1＝4％-6％in。
52.在定位阶段，由于电机的转子转动幅度不大，转子不需要获得过多的机械能，为了避免电流过大导致电机绕组中的电流用来发热，使电机温度过高而出现故障，采用弱电流的第一电流驱动电机的转子旋转，本实施例中，i1＝5％in。
53.所述第一电流的持续时间t1和第二电流的持续时间t2的关系为：t2＝8％-12％t1。
54.由于不同电机的转子惯量、永磁强都不相同，弱电流的持续时间根据电机的不同有所不同，t1的范围一般在100-1000ms，而提供脉冲电流阶段的第二电流的持续时间一般为t1的8％-12％，本实施例中，t2＝10％t1。
55.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：提供了一种电机启动方法，能够保证电机转子初始磁位置明确，从而可以确保电机定向高速完成启动，以达到无传感器控制的启动条件，从而让电机感生反电势，实现无感自运行，大大减小不同负载启动过程中失步的概率。
56.实施例2
57.本发明还涉及一种单相无感无刷直流电机的启动装置，包括第一电流提供模块和第二电流提供模块；
58.所述第一电流提供模块用于沿a-b向给电机提供第一电流，使电机的转子转动至预定位置；
59.由于电机没有位置传感器，因此电机在静止状态下无法知道当前电机转子的磁极位置，从而无法给出正确的电流方向，即无法启动电机，此时需要对转子进行预先定位控制，使电机的转子转动至预定位置。
60.具体的，第一电流提供模块通过沿a-b向给电机提供一个弱电流，即第一电流，使电机的转子从初始位置,沿待转方向反向转动，并定位于线圈磁极位置f0，这一过程对应于图3中的c点，第一次定位完成后，第一电流提供模块断开弱电流的供给，让转子自然偏转到磁阻磁极位置f1，此过程对应图3中的d过程，第二次定位完成后，电机的转子定位于图1的
f1位置，从而使电机的转子转动至预定位置。
61.所述第二电流提供模块用于给电机提供第二电流，使电机的转子受激正向运行。
62.当电机的转子转动至预定位置后，即知道当前电机转子的磁极位置，此时第二电流提供模块给电机提供一个或多个脉冲电流，使电机的转子沿待转方向正向转动，从而使电机的转子受激正向运行，实现无位置传感器条件下的高速启动过程，此过程对应图3中的e过程。
63.本实施例中，第一次给电机提供第二电流的方向为b-a向通电，在后续需要多次激励的情况中，需要与实际转子转动速度加速的情况匹配，还要与电频率匹配，根据不同电频率匹配情况，通电方向可能一直为b-a，也可能为a-b与b-a相互切换。在给电机提供至少一个脉冲电流的过程中，在速度能达到要求的条件下，采用单次激励最佳，速度不能达到要求的条件下采用多次激励，且次数尽可能少，脉冲电流激励次数越少，匹配调试工作量越少，电机启动的适应性越好。
64.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。