一种磁场定向控制的电机的控制方法

技术领域

本发明涉及一种磁场定向控制的电机的控制方法。

背景技术

目前很多电机做UL认证时都需要做堵转测试，将软件中的堵转保护取消，然后用设备将电机的轴卡住运行电机进行测试，看电机是否能可靠地保护，防止发生安全问题。因为很多电机都没有做软件认证，只能通过硬件保护去保证。

目前的BLDC电机或者PMSM电机都属于永磁同步电机的范畴，许多BLDC电机或者PMSM电机都采用FOC控制策略，FOC的英文表达：Field-Oriented Control，直译是磁场定向控制，也被称作矢量控制(VC，Vector Control)，是目前无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)高效控制的最优方法之一。FOC控制策略旨在通过精确地控制磁场大小与方向，使得电机的运动转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应。

而如果电机采用FOC（磁场定向控制）算法方案时，电机无法进行堵转测试，因为去掉软件的堵转保护后，电机的电流与功率无法升高，因为一堵转电机就会停，系统默认电机仍在运行（检测到有微小的电流存在，形成闭环，实际上电机已经失控）。采用FOC控制策略的电机无法进行正常的堵转测试，而软件认证费用高，周期长，一般不会考虑。

综上所述，采用FOC控制策略的电机无法进行正常的堵转测试，从而无法通过UL认证，无法出口，影响企业的生产与销售。

发明内容

本发明的目的是提供 一种磁场定向控制的电机的控制方法，解决现有技术中采用FOC控制策略的电机无法进行正常的堵转测试，从而无法通过UL认证，无法出口，影响企业的生产与销售的技术问题。

本发明是通过如下技术方案来实现：

一种磁场定向控制的电机的控制方法，包括电机单体和电机控制器组成, 所述的电机单体包括定子组件和永磁转子组件 ，定子组件包括定子铁芯和卷绕在定子铁芯上的线圈绕组，电机控制器包括电源电路、微处理器MCU、相线电流检测电路和逆变电路，相线电流检测电路检测流过线圈绕组的相电流并送到到微处理器MCU，微处理器MCU控制逆变电路工作，逆变电路控制定子组件 的各相线圈绕组的通断电，其中线圈绕组电连接温度保护器；

其特征在于：该控制方法是在电机里面设置有FOV磁场定向控制运行软件模块和电机堵转测试运行软件模块，当判断电机是在堵转测试环境下，运行电机堵转测试运行软件模块，利用温度保护器和电机堵转测试运行软件模块配合进行堵转测试；当判断电机正常工作状态，运行FOV磁场定向控制运行软件模块。

上述所述的温度保护器是热保护器，当执行电机堵转测试运行软件模块，电机温度不断升高，达到临界温度，热保护器熔断，切断线圈绕组的供电回路。

上述电机是在堵转测试环境下，电机堵转测试运行软件模块执行如下步骤：

步骤一：通过将线圈绕组的电压加到最大工作电压；使电机按最大功率输出，电流也升至最大；

步骤二：随着时间推移，线圈绕组的温度开始逐渐上升，达到临界温度时热保护器熔断，电机停止，当检测电机的状态为停止状态，视为堵转测试完成通过。

上述的电机控制器还设置有堵转测试引出线，堵转测试引出线与微处理器的输入端口电连接，通过给予堵转测试引出线的不同信号，使微处理器判断出当前是在堵转测试环境下还是在电机正常工作状态，从而选择运行电机堵转测试运行软件模块还是FOV磁场定向控制运行软件模块。

上述电源电路的输出端还电连接一根低压电源引出线，低压电源引出线为堵转测试引出线提供信号源。

上述低压电源引出线连接一个端子母插座，堵转测试引出线的端部连接一个端子插头，端子插头插接在端子母插座里面实现低压电源引出线与堵转测试引出线的电连接，微处理器判断为在堵转测试环境；当端子插头脱离端子母插座，低压电源引出线与堵转测试引出线断开，微处理器判断为在电机正常工作状态。

上述的FOV磁场定向控制运行软件模块是在转子旋转坐标系中利用直轴电流Iq和交轴电流Id所执行的矢量控制。

上述温度保护器贴装在线圈绕组的表面。

本发明与现有技术相比，具有如下效果：

（1）本发明在电机里面设置有FOV磁场定向控制运行软件模块和电机堵转测试运行软件模块，当判断电机是在堵转测试环境下，执行电机堵转测试运行软件模块，利用温度保护器和电机堵转测试运行软件模块配合完成堵转测试；当判断电机正常工作状态，执行FOV磁场定向控制运行软件模块，可以简单容易通过UL认证，保证企业产品出口，且认证周期短，认证成本低。

（2）本发明的其它优点在实施例部分展开详细描述。

附图说明

图1是本发明的电机的立体图；

图2是本发明的电机的电机控制器的立体图；

图3是本发明的电机的结构剖视图；

图4是本发明的电机的电机控制器的实施电路方框图；

图5是图4对应的电路图；

图6是本发明提及磁场定向控制的原理方框图；

图7是本发明的磁场定向控制的电机运行的工作流程图；

图8是本发明的电机堵转测试的原理方框图；

图9是本发明的电机增加堵转测试引出线和低压电源引出线后的示意图；

图10是本发明的电机增加堵转测试引出线和低压电源引出线后的电路方框图。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例一：

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供一种磁场定向控制的电机可以采用无感直流无刷BLDC电机或者PMSM电机，由电机单体1和电机控制器2组成, 所述的电机单体1包括定子组件12、转子组件13 和机壳组件11，包括定子铁芯和卷绕在定子铁芯上的线圈绕组，定子组件13安装在机壳组件11上，转子组件13 套装在定子组件12 的内侧，电机控制器2包括控制盒22和安装在控制盒22 里面的控制线路板21，控制线路板21一般包括电源电路、微处理器MCU、相线电流检测电路、逆变电路，电源电路为各部分电路供电，相线电流检测电路将检测线圈绕组的相线电流输入到微处理器MCU，微处理器MCU控制逆变电路，逆变电路控制定子组件12 的各相线圈绕组的通断电。

如图4、图5所示，PM电机是一台无感直流无刷电机，且是3相无刷直流永磁同步电机，定子组件12包括U、V、W等3相线圈绕组，交流输入（AC INPUT）经过由二级管D7、D8、D9、D10 组成的全波整流电路后，在电容C1 的一端输出直流母线电压Vbus, 直流母线电压Vbus与输入交流电压有关，交流输入（AC INPUT）的电压确定后，母线电压Vbus 是恒定的，3相线圈绕组的线电压P是PWM 斩波输出电压，P=Vbus*V_D，V_D是微处理器输入到逆变电路的PWM 信号的占空比，逆变电路由电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6 组成，电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6 的控制端分别由微处理器输出的6 路PWM 信号（P1、P2、P3、P4、P5、P6) 控制，逆变电路还连接电阻R1用于检测母线电流I，母线电流检测电路将电阻R1 的检测母线电流I 转换后传送到微处理器。图6、图5中电机单体1用字母M套在一个圆周内来表示。

本发明的一种磁场定向控制的电机的控制方法，包括电机单体1和电机控制器2组成, 所述的电机单体1包括定子组件12和永磁转子组件13 ，定子组件12包括定子铁芯和卷绕在定子铁芯上的线圈绕组，电机控制器2 包括控制盒22 和安装在控制盒22 里面的控制线路板21，电机控制器2包括电源电路、微处理器MCU、相线电流检测电路和逆变电路，相线电流检测电路检测流过线圈绕组的相电流并送到到微处理器MCU，微处理器MCU控制逆变电路工作，逆变电路控制定子组件 的各相线圈绕组的通断电，其中线圈绕组电连接温度保护器3；

其特征在于：该控制方法是在电机里面设置有FOV磁场定向控制运行软件模块和电机堵转测试运行软件模块，当判断电机是在堵转测试环境下，运行电机堵转测试运行软件模块，利用温度保护器和电机堵转测试运行软件模块配合进行堵转测试；当判断电机正常工作状态，运行FOV磁场定向控制运行软件模块。

本发明在电机里面设置有FOV磁场定向控制运行软件模块和电机堵转测试运行软件模块，当判断电机是在堵转测试环境下，执行电机堵转测试运行软件模块，利用温度保护器和电机堵转测试运行软件模块配合完成堵转测试；当判断电机正常工作状态，执行FOV磁场定向控制运行软件模块，可以简单容易通过UL认证，使磁场定向控制的电机能实现堵转功能，保证企业产品出口，且认证周期短，认证成本低。

上述所述的温度保护器是热保护器，当执行电机堵转测试运行软件模块，电机温度不断升高，达到临界温度，热保护器熔断，切断线圈绕组的供电回路。

上述电机是在堵转测试环境下，电机堵转测试运行软件模块执行如下步骤：

步骤一：通过将线圈绕组的电压加到最大工作电压；使电机按最大功率输出，电流也升至最大；

步骤二：随着时间推移，线圈绕组的温度开始逐渐上升，达到临界温度时热保护器熔断，电机停止，当检测电机的状态为停止状态，视为堵转测试完成通过。

如图9、图10所示，上述的电机控制器2还设置有堵转测试引出线4，堵转测试引出线4与微处理器的输入端口电连接，通过给予堵转测试引出线4的不同信号，使微处理器判断出当前是在堵转测试环境下还是在电机正常工作状态，从而选择运行电机堵转测试运行软件模块还是FOV磁场定向控制运行软件模块，结构简单，容易实施。

上述的电源电路的输出端还电连接一根低压电源引出线5，低压电源引出线5有+5V电压输出，低压电源引出线5为堵转测试引出线4提供信号源，堵转测试引出线4不依赖外部电源，使用更加简单方便。

本发明将与微处理器MCU连接的存储器ROM里面烧录固化有2个独立的运行软件模块，即FOV磁场定向控制运行软件模块和电机堵转测试运行软件模块；如图7所示，低压电源引出线5连接一个端子母插座51，堵转测试引出线4的端部连接一个端子插头41，端子插头41插接在端子母插座51里面实现低压电源引出线5与堵转测试引出线4的电连接，微处理器判断为在堵转测试环境，运行电机堵转测试运行软件模块；当端子插头41脱离端子母插座51，低压电源引出线5与堵转测试引出线4断开，微处理器判断为在电机正常工作状态，运行FOV磁场定向控制运行软件模块。结构简单，操作方便。

上述FOV磁场定向控制运行软件模块是在转子旋转坐标系中利用直轴电流Iq和交轴电流Id所执行的矢量控制。

上述温度保护器贴装在线圈绕组的表面，以便能准确感知线圈绕组的温度。

本发明的电机采用矢量控制，通常采用FOC控制方式（即磁场定向控制），见图6所示，图6是经典的磁场定向控制的原理图，本发明的FOV磁场定向控制运行软件模块是根据该方框图编程而获得，在此不再详细叙述，因为图6是经典的磁场定向控制，在教科书或者专利文献均有详细叙述，采集三相线圈三相的电流矢量Ia、Ib、Ic，将其输入至clark变换模块，经过处理后可得到两个正交的时变电流矢量Iα和Iβ，将以上得出的两个正交时变电流矢量Iα和Iβ输入至park变换模块，经过处理后可得到两个正交的常矢量Id和Iq，将以上得出常矢量输入至PI控制器，经过处理后输出要作用于电机的电压矢量Ud和Uq

将以上得到的电压矢量经过park逆变换后，通过SVPWM技术对电机进行下一步控制，在此不展开累述。

如图8所示，在电机内部安装一个热熔断器（即热保护器件），通过电机堵转测试运行软件模块将电机的3相线圈绕组的电压（即q轴的电压Uq）加到最大工作电压，此时电机按最大功率输出，电流也升至最大,开始将电机堵转，3相线圈绕组的温度开始慢慢升高，随着时间增加，3相线圈绕组温度达到热熔断器保护温度时（即临界温度)，热熔断器熔断，电机停止，堵转测试通过。

以上实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。