[發明專利]一種直流無刷電機熱保護方法

有效

• 申請號: 202010094363.1
• 申請日: 2020-02-15
• 公開（公告）號: CN111262503B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 張安龍;林志赟;王偉凡;韓志敏
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H02P29/64
• 分類號: H02P29/64
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所 33233
• 代理人: 陸永強

本發明公開了直流無刷電機熱保護方法，包括以下步驟：根據能量守恒定律計算電機繞組阻值，進而計算出電機繞組的溫度；測得電機熱力學模型，使用電機熱力學模型估計電機繞組溫度；結合計算出的電機繞組溫度和電機熱力學模型估計出的電機繞組溫度，對電機繞組實時溫度進行推定，并對下一時刻電機繞組溫升進行預測；根據繞組溫度推定值以及預測值判斷是否達到電機繞組溫度保護閾值范圍；若達到溫度保護條件，驅動器降低輸出功率，降低電機繞組溫升，保證電機繞組溫度處于允許絕緣溫度之下。本發明無需額外溫度傳感器、無需記錄電機過載運行時間，實時推定電機繞組溫度，在提升電機性能的基礎上有效防止電機熱損壞，增加電機使用壽命。

技術領域

本發明屬于電機領域，涉及一種直流無刷電機熱保護方法。

背景技術

近年來機器人技術發展突飛猛進，特別是協作機器人越來越受到人們的廣泛關注，協作機器人的一個突出的特點是質量輕、體積小、輸出力矩大，即協作機器人需有較高的功率密度，使用小電機可輸出大扭矩，為滿足上述要求需將電機的性能發揮到極致，需要電機短時超過載運行。

電機在協作機器人領域的應用中經常會階段性輸出較大扭矩，考慮到輕便性以及成本等因素期望使用小功率廉價電機即可達到預期效果，為達到這個目的，不限制電機的峰值電流，使電機可瞬間輸出高轉矩，又保證電機不被燒壞，電機熱保護方法是較好的選擇。

電機過載運行時保證電機的正常使用是非常關鍵的，特別是在人機協作機器人領域中，如果電機在運行過程中損壞，會給用戶的生命安全帶來威脅。

目前電機保護通常是使用硬件實現，例如在電機內部加熱保護繼電器，或者是在電機內部使用熱敏電阻來監測電機內部的溫度，這兩種方法都會額外增加空間及成本，而且熱敏電阻檢測溫度的方法雖然精確但是對于電機內部繞組溫度來說存在一定的延遲。

現有的基于熱模型的方法對繞組溫度進行估計，在達到預設的溫度值時降低輸出電流直至電機停止運行，未考慮達到熱平衡時的狀態，而且熱力學模型較為復雜，精確性較差。

發明內容

為解決上述問題，本發明的技術方案為一種直流無刷電機熱保護方法，電機采用SVPWM調制方式驅動，位置、速度、力矩控制使用PID控制器，驅動器中內置溫度保護單元，包括以下步驟：

S1，根據能量守恒定律計算電機繞組阻值，進而計算出電機繞組的溫度；

S2，測得電機熱力學模型，使用電機熱力學模型估計電機繞組溫度；

S3，結合計算出的電機繞組溫度和電機熱力學模型估計出的電機繞組溫度，對電機繞組實時溫度進行推定，并對下一時刻電機繞組溫升進行預測；

S4，根據繞組溫度推定值以及預測值判斷是否達到電機繞組溫度保護閾值范圍；

S5，若達到溫度保護條件，驅動器降低輸出功率，降低電機繞組溫升，保證電機繞組溫度處于允許絕緣溫度之下。

優選地，所述S1，根據能量守恒定律計算電機繞組阻值，進而計算出電機繞組的溫度中，繞組溫度計算公式為：

P_el＝P_mech+P_J (1)

R_T＝R₂₅(1+α_cu(T-T_u)) (4)