一种基于检测相电流峰值脉冲的高转速开关磁阻电机绕组换向方法与流程

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种开关磁阻电机的无位置传感器换向方法。

背景技术：

1、开关磁阻电机是一种新型调速电机，它的结构比任何一种电机都要简单，开关磁阻电机的转子没有滑环、绕组和永久磁铁，具有结构简单简单、成本低、可靠性高、效率高、温升低等诸多优势，非常适用于新能源汽车、风力发电、航空、航天军工领域及高速、高温环境恶劣的场合。

2、开关磁阻电机驱动系统需要转子位置传感器提供的位置信号来激励或关断相绕组，并由位置信号计算得到电机转速，实现电机的转速控制。传统的光电式、电磁式以及磁敏式等位置传感器的引入不仅提高了开关磁阻电机的成本和复杂度，而且降低了开关磁阻电机在高温、高速环境下的可靠性。

3、开关磁阻电机无位置控制技术主要实现电机在无位置传感器下的换向操作，现有技术主要围绕磁链观测、电流梯度检测方法，上述方法均是采用复杂的软件算法通过对电机的电感、相电流进行观测得到电机转子位置，这些方法适用于低速应用场合，因软件计算速度问题无法应用高转速场合。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种开关磁阻电机高转速下的无位置传感器的绕组换向方法，利用硬件电路对电机相电流进行峰值脉冲检测实现电流峰值的高速识别，并使用简易软件算法根据电流峰值脉冲进行转子位置的定位及推算，从而实现高转速开关磁阻电机的转子位置估计和换向操作。

2、一种检测基于相电流峰值脉冲的高转速开关磁阻电机绕组换向方法，包括以下步骤：

3、s1、使用电流传感器对开关磁阻电机各绕组的相电流进行实时测量；

4、s2、使用由运算放大器构建的滤波电路对测量的电流信号进行滤波与信号放大；

5、s3、通过峰值脉冲检测电路对滤波后的电流信号进行峰值检测，并输出固定电平的脉冲信号；

6、s4、mcu电路利用io口对脉冲信号进行高低电平变化进行捕捉，并触发mcu中断；

7、s5、在mcu中断函数中，转子位置估计算法根据前后两次检测的中断触发时间差计算出电机换向周期tc，并根据tc和当前电机转子位置计算出电机该相绕组的关断时刻toff和下一绕组的导通时刻ton。

8、优选地，在步骤s1中，电流传感器由多个霍尔电流传感器组成，霍尔电流传感器数量与电机绕组数量一致；

9、优选地，在步骤s3中，峰值脉冲检测电路还包括电压比较器及平均振幅基准跟随电路，平均振幅基准跟随电路用于对所述滤波后的电流信号进行跟随并产生基准电压信号，该基准电压信号与所述的滤波后的电流信号通过电压比较器进行电压比较，当基准电压信号小于所述的滤波后的电流信号时，比较器输出高电平，否则输出低电平；

10、优选地，在步骤s5所述的转子位置估计算法是根据如下数学关系计算绕组关断及开通时机，

11、

12、其中tpeak为所述电流峰值脉冲触发中断的时刻；θpeak为电流峰值脉冲产生时电机转子的电角度位置，θpeak是转子前沿与定子后沿对齐的位置角度；θoff为当前绕组关断时的转子角度，toff为转子转到θoff时的时间，θon为下一绕组开通时的转子角度，ton为转子转到θon时的时间；θpeak为固定常数，θon和θoff在pwm控制模式下为常数，其它控制模式下通过调整θon和θoff的角度大小可实现电机调速。

13、电机转速ω计算公式如下：

14、ω＝180°/tc/n，其中n为开关磁阻电机转子极数。

15、由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于检测相电流峰值脉冲的高转速开关磁阻电机绕组换向方法，该方法原理简单，换向精度较高；该方法首先利用硬件电流峰值脉冲检测电路对开关磁阻电机各相绕组电流进行峰值识别，通过硬件方案实现电流峰值的高速识别，从而保证了高转速下的开关电机的转子位置估计速度；该方法在转子位置估计中根据电流峰值与转子特定位置θpeak、绕组开通位置θon和关断位置θoff的对应关系进行关断延时和开通延时操作，θpeak在该方法中还起到误差校正作用，可以帮助消除估计累积误差，也提高了软件运算的实时性。

技术特征：

1.一种基于检测相电流峰值脉冲的高转速开关磁阻电机绕组换向方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于检测相电流峰值脉冲的高转速开关磁阻电机绕组换向方法，其特征在于，所述的电流传感器由多个霍尔电流传感器组成，霍尔电流传感器数量与电机绕组数量一致。

3.根据权利要求1所述的一种基于检测相电流峰值脉冲的高转速开关磁阻电机绕组换向方法，其特征在于，所述的峰值脉冲检测电路还包括电压比较器及平均振幅基准跟随电路，平均振幅基准跟随电路用于对所述滤波后的电流信号进行跟随并产生基准电压信号，该基准电压信号与所述的滤波后的电流信号通过电压比较器进行电压比较，当基准电压信号小于所述的滤波后的电流信号时，比较器输出高电平，否则输出低电平。

4.根据权利要求1所述的一种基于检测相电流峰值脉冲的高转速开关磁阻电机绕组换向方法，其特征在于，所述的转子位置估计算法根据前后两次检测的中断触发时间差计算出电机换向周期tc，并根据tc计算电机转速ω，电机转速计算公式如下：

技术总结本发明提供了一种基于检测相电流峰值脉冲的高转速开关磁阻电机绕组换向方法，涉及开关磁阻电机领域，该方法包括：首先使用电流传感器对开关磁阻电机各相绕组电流进行测量并进行滤波放大处理，然后利用电流峰值检测电路对各相绕组电流峰值进行检测并生成脉冲信号，其次MCU对上述电流峰值脉冲信号进行电平变化捕捉并触发中断，最后MCU中的转子位置估计算法计算电机绕组下一次关断和开通的时机从而实现绕组的换向操作。本方法利用硬件方案对电机绕组电流的峰值进行高速检测，保证了开关磁阻电机高转速下的转子位置估计速度，并根据电流峰值发生时电机转子位置与绕组关断、开通时电机转子位置的固定数学关系进行换向操作，消除了转子位置估计的累计误差。技术研发人员：谢业海受保护的技术使用者：云南双舟科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/12