【專利解密】直流無(wú)刷電機(jī)領(lǐng)先設(shè)計(jì) 中穎電子發(fā)明受迫倒轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

【嘉勤點(diǎn)評(píng)】中穎電子發(fā)明的無(wú)位置傳感器的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案，基于現(xiàn)有的雙極性PWM波算法，發(fā)明了無(wú)位置傳感器的直流無(wú)刷電機(jī)受迫倒轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的解決方案，不僅能夠降低生產(chǎn)成本，而且可以降低系統(tǒng)的故障率。

如今，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)（BLDCM）的無(wú)傳感器技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，捕捉反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的算法很好的解決了中高速的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，在低速及零速的情形下，依據(jù)凸極效應(yīng)的雙極性PWM波算法也能很好的適應(yīng)于有一定凸極率的電機(jī)。

這種算法與有位置傳感器的驅(qū)動(dòng)方案相比，目前無(wú)位置傳感器技術(shù)存在的最后盲區(qū)就是受迫倒轉(zhuǎn)（即電機(jī)向前的驅(qū)動(dòng)力小于外部施加的迫使電機(jī)倒轉(zhuǎn)的力，導(dǎo)致電機(jī)不斷倒轉(zhuǎn)）的情形，如果能解決電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中受迫倒轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，無(wú)位置傳感器技術(shù)將真正有可能完全替代有位置傳感器的方案。

基于這樣的想法和目的，中穎電子在2021年1月29日申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“一種無(wú)位置傳感器的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法”的發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枺?02110128300.8），申請(qǐng)人為中穎電子股份有限公司。

根據(jù)該專利目前公開(kāi)的相關(guān)資料，讓我們一起來(lái)看看這項(xiàng)技術(shù)方案吧。

如上圖，為該專利中展示的雙極性PWM波的正通脈沖加在AB兩相定子繞組時(shí)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路示意圖，其中，A相上橋?qū)ǎˋH導(dǎo)通），B相下橋?qū)ǎ˙L導(dǎo)通），電流按圖中加粗線方向流動(dòng)。

在經(jīng)歷了一個(gè)較長(zhǎng)的脈沖（即正通脈沖）之后，控制端突然改變，令A(yù)相上橋斷開(kāi)，下橋?qū)ǎˋL導(dǎo)通），B相下橋斷開(kāi)，上橋?qū)ǎ˙H導(dǎo)通），即通以反相脈沖。由于電機(jī)繞組具有較大電感，其電流不會(huì)突變，同時(shí)，正通脈沖比反通脈沖寬，可以確保電機(jī)上的電流不會(huì)反流，相應(yīng)的電機(jī)定子上的磁場(chǎng)方向就不會(huì)發(fā)生變化，從而起到節(jié)省電能的目的。

如上圖，為通電的兩相定子與轉(zhuǎn)子位置信息的示意圖，假設(shè)定子磁場(chǎng)方向與電流方向同相，當(dāng)A向B（即驅(qū)動(dòng)方向）正向通電時(shí)，則此時(shí)定子磁場(chǎng)在-90°位置；若假設(shè)電機(jī)為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，依據(jù)直流無(wú)刷電機(jī)的六步驅(qū)動(dòng)法原理可知，轉(zhuǎn)子正從30°位置向-30°位置旋轉(zhuǎn)。在此情形下，A到B為正向通電，此時(shí)C相端電壓為Vc+；B到A為反向通電，此時(shí)C相端電壓為Vc-。

轉(zhuǎn)子在30°位置時(shí)，轉(zhuǎn)子q軸（交軸）正對(duì)A相，由于凸極效應(yīng)有Lq>Ld（d軸為電機(jī)的直軸），所以LA>LB，Lq和Ld即為q軸和d軸上的定子電感。此時(shí)，Vc+<Vc-，當(dāng)轉(zhuǎn)子逐漸旋轉(zhuǎn)來(lái)到0°位置時(shí)，A、B兩相定子離轉(zhuǎn)子的d軸及q軸距離均相等，故此有LA＝LB，Vc+＝Vc-，在該專利中，將此處定義為“等電感位置”。

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)等電感位置時(shí)，Vc+和Vc-的大小關(guān)系就會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，Vc+和Vc-的差值大于某個(gè)閾值時(shí)，就可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子已經(jīng)來(lái)到-30°位置附近，便進(jìn)行換相操作。

如上圖，為該專利中發(fā)明的無(wú)位置傳感器的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法示意圖，該方案中采用直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的六步驅(qū)動(dòng)法驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，六步驅(qū)動(dòng)法表示包括具有順序關(guān)系的六個(gè)代表不同驅(qū)動(dòng)方式的步驟。

在該驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行時(shí)，采用雙極性PWM波對(duì)三個(gè)定子繞組中的兩個(gè)通電，捕捉驅(qū)動(dòng)電壓和檢測(cè)電壓相等的時(shí)刻。當(dāng)捕捉到驅(qū)動(dòng)電壓和檢測(cè)電壓相等時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行六步驅(qū)動(dòng)法中的步驟，依舊采用雙極性PWM波通電。

當(dāng)?shù)却欢螘r(shí)間直到續(xù)流電流消失后，就對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓和檢測(cè)電壓進(jìn)行采樣，通過(guò)比較驅(qū)動(dòng)電壓和檢測(cè)電壓的大小關(guān)系，根據(jù)比較結(jié)果確定轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置，并據(jù)此判斷電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。如果電動(dòng)機(jī)正在正轉(zhuǎn)，則繼續(xù)原有的驅(qū)動(dòng)方式，按照常規(guī)的雙極性PWM波算法，等待轉(zhuǎn)子再旋轉(zhuǎn)30°后向前換相；如果如果電動(dòng)機(jī)正在倒轉(zhuǎn)，則立刻切換至上一種驅(qū)動(dòng)方式。

以上就是中穎電子發(fā)明的無(wú)位置傳感器的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案，為了解決常規(guī)雙極性PWM波算法無(wú)法判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)向的缺陷，該方案基于現(xiàn)有的雙極性PWM波算法，發(fā)明了無(wú)位置傳感器的直流無(wú)刷電機(jī)受迫倒轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的解決方案。這種無(wú)感方案不僅能夠降低生產(chǎn)成本，而且可以降低系統(tǒng)的故障率。