[發(fā)明專利]永磁同步電機的位置解析電路、方法及其控制電路和系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2022-08-05
• 公開（公告）號: CN115021625B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 李文杰;孫建;周明俊;毛剛挺
• 申請（專利權）人: 杭州士騰科技有限公司
• 主分類號: H02P6/16
• 分類號: H02P6/16;H02P6/17;H02P21/00;H02P21/18;H02P25/026;H02P27/12
• 代理公司: 北京成創(chuàng)同維知識產權代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純;楊思雨

本發(fā)明實施例公開了一種永磁同步電機的位置解析電路、方法及其控制電路和系統(tǒng)。該位置解析電路包括：信號處理模塊，被配置為將測量信號進行偏差修正，并輸出包含永磁同步電機的外轉子位置信息的采樣信號；模數轉換模塊，被配置為將采樣信號轉換成數字信號；以及解析模塊，被配置為對數字信號進行解析，以輸出外轉子的角度信息和轉速信息。其中，該解析模塊通過設計滯環(huán)比較將反正切算法和鎖相環(huán)算法的角度進行融合補償，可以輸出抗干擾能力強、實時性高的角度信息，實現高性能和高效率的電機控制。

技術領域

本發(fā)明涉及電機控制技術領域，更具體地涉及一種永磁同步電機的位置解析電路、方法及其控制電路和系統(tǒng)。

背景技術

跑步機是家庭鍛煉常用的器材，跑步機控制系統(tǒng)的設計直接影響到整機的腳感、噪音、震動、能耗和用戶體驗等問題，市面上大部分的家用跑步機受到體積的限制，其電機大小和功率密度都會受限，因此高性能和高效率的跑步機控制系統(tǒng)的設計就顯得尤為重要了。

現有的跑步機的控制主要采用直流有刷電機控制系統(tǒng)、交流異步電機控制系統(tǒng)。采用直流有刷電機優(yōu)點在于結構簡單、控制系統(tǒng)簡單、成本較低，但是采用直流有刷電機的缺點在于：存在換向碳刷，使得電機在工作過程中噪聲很大，長時間運行還會造成碳刷的磨損，從而使得噪聲問題越來越嚴重；采用交流異步電機的優(yōu)點在于維護維修簡單經濟且結構簡單，設計生產方便，采用交流異步電機的缺點在于：在同等功率下，交流異步電機體積更大，耗能更高，從而造成家用跑步機占地面積大且不節(jié)能。

上述兩種電機應用下的跑步機噪聲大，體積大，能耗高，大大降低了家庭用戶使用的舒適感，采用永磁同步電機很好的解決了直流有刷電機的碳刷磨損問題，且相較于交流異步電機，其功率密度更大，非常適合家用跑步機這種緊湊空間下的動力需求應用。

圖1示出了傳統(tǒng)的永磁同步電機位置信號采集處理電路的電路示意圖。如圖1所示，傳統(tǒng)的永磁同步電機位置信號采集處理電路100包括電阻R11~R16和電容C11~C13，其對電機101輸出的3個開關霍爾高低電平HU1、HV1、HW1進行檢測，并將檢測到的三個信號HU、HV、HW輸出至控制器102，由控制器102將其轉換為數字信號組合，得到6種位置狀態(tài)。經過程序算法對該離散的6個角度進行插值處理，得到線性角度用于控制系統(tǒng)的電機控制。

圖2a和圖2b分別示出了傳統(tǒng)的無刷電機位置信號采集處理電路的角度和電機電流的變化示意圖。其中圖2a中的①為采樣信號經過控制器102引腳電平讀取并組合為數字信號表示的位置扇區(qū)號。電機101中的3個開關型霍爾器件按照120°的方式安裝，則正常工作時可以表現出1~6共6種狀態(tài)，該6種狀態(tài)即表示電機旋轉一周所處的6個等分位置，如圖2a中的②所示。因為3個開關型霍爾器件只能表示出6個位置，因此每個位置扇區(qū)的分辨率為60°，為了得到更高的角度分辨率，只能采用插值法進行處理，插值法的原理如下：

當電機運行接近勻速或者加速度較小時，可認為電機在相鄰扇區(qū)時速度恒定，因此可將上一個扇區(qū)位置時的速度作為本次扇區(qū)位置的速度。然后再計算當前扇區(qū)的持續(xù)時間，即可通過速度乘以當前時間得到實時位移角度，如圖2a中的③所示。假設電機在上一位置扇區(qū)N的時間為Tp，則速度為V_P=60°/Tp，若當前扇區(qū)的持續(xù)時間為Tc，則當前實時位置Xc可計算為：Xc=N+Vp×Tc。