三相直流无刷（bldc）电机的控制设备及控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种三相直流无刷(BLDC)电机的控制设备及控制方法，其中电机本体包括有定子和转子，定子由3相（A-B-C）绕组星形连接构成，所述控制设备包括：转子位置检测装置；控制装置；驱动装置；换相电路装置，其采用三相桥式电路，由6个功率逻辑开关单元两两连接成的3个半桥组成；及电压检测装置，其中所述电压检测装置输出的电压检测信号表示所述换相电路装置中的某一功率逻辑开关单元出现故障时，则所述控制装置输出故障状态下的控制信号，使得所述换相电路装置中出现故障的功率逻辑开关单元所在的半桥的输出被关断，另两个半桥中的功率逻辑开关单元被导通或关断，以控制与其相连的所述电机本体中定子上各相绕组通断的顺序和时间。
【专利说明】三相直流无刷（BLDC)电机的控制设备及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种三相直流无刷（BLDC)电机的控制设备及控制方法，更具体地，涉 及一种在换相电路装置中的功率晶体管出现故障期间，能保持电机继续工作的三相直流无 刷（BLDC)电机的控制设备及控制方法。
【背景技术】
[0002] 无刷直流（BLDC)电机利用电子换相器取代了机械电刷和机械换相器，使这种电 动机不仅保留了直流电动机的优点，而且又具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方 便等优点。无刷直流（BLDC)电机可配置为单相、两相和三相。定子绕组的数量与其类型对 应。其中三相电机最受欢迎，使用最普遍。
[0003] 在目前生产的各种类型的电动车(包括但不限于电动自行车和电动滑板车等）中， 通常采用三相直流无刷（BLDC)电机作为驱动装置。图1示出了现有技术的电动车中的三相 直流无刷（BLDC)电机的控制设备，其中电机本体1包括有定子和转子，定子由3相（A-B-C) 线圈绕组星形连接构成，所述控制设备包括：与所述电机本体1相连的位置检测装置2,用 于检测电机本体1中的转子位置，输出转子位置信号；与所述位置检测装置2相连的控制器 3,用于对所述位置检测装置2输出的转子位置信号进行解码，以输出相应的控制信号；与 所述控制装置3相连的驱动装置4,用于根据所述控制装置3输出的控制信号，输出相应的 驱动信号；分别与所述驱动装置4和所述定子相连的换相电路装置5,用于根据所述驱动装 置4输出的驱动信号，使得所述换相电路装置5中的各功率逻辑开关单元导通或关断，以控 制与其相连的所述电机本体1中定子上各相绕组通断的顺序和时间，其中，所述换相电路 装置5采用三相桥式电路，由6个功率逻辑开关单元两两连接的3个半桥组合而成， 各半桥的输出端分别与所述电机定子中相应的各相线圈绕组相连；及电压检测装置6,连 接在所述换相电路装置5的输出端与所述控制装置3的输入端之间，用于检测所述换相电 路装置5中各所述功率逻辑开关单元的工作状态，输出电压检测信号给所述控制装置 3,其中所述控制装置3在接收到所述电压检测装置6输出的电压检测信号表示所述换相电 路装置中的某一功率逻辑开关单元出现故障时，则所述控制装置3停止所述控制设备的工 作，从而停止三相直流无刷（BLDC)电机的工作。
[0004] 其中，所述控制装置3采用120度方波或180度正弦波控制方式，使得所述换相电 路装置5的三相桥式电路中的各个半桥上的功率逻辑开关单元的导通时间为一电周 期的1/3。
[0005] 其中，所述功率逻辑开关单元通常采用功率晶体管。
[0006] 其中，所述位置检测器装置通常采用三个霍尔传感器或轴角编码器或反电势检测 电路。
[0007] 其中，所述控制装置3通常采用单片机或DSP。
[0008] 图2示出了现有技术的三相直流无刷（BLDC)电机的控制方法，包括有以下步骤：
[0009] (S1-S2)由一位置检测装置检测电机本体中的转子位置，输出转子位置信号；
[0010] (S3)由一电压检测装置对一换相电路装置中的各功率逻辑开关单元的工作状态 进行检测，输出电压检测信号，其中所述换相电路装置采用三相桥式电路，由6个所述功率 逻辑开关单元两两连接成的3个半桥组成，各半桥的输出端分别与所述电机定子中相应的 各相线圈绕组相连；
[0011] (S4)如果所述电压检测信号表示所述换相电路装置中的各功率逻辑开关单元的 工作状态正常，则一控制装置对所述位置检测装置输出的转子位置信号进行解码，以输出 相应的正常状态下的控制信号；
[0012] (S5)如果所述电压检测信号表示所述换相电路装置中的某一功率逻辑开关单 元的工作状态出现故障，则所述控制装置发出停止工作的指令，从而停止三相直流无刷 (BLDC)电机的工作；
[0013] (S6)由一驱动装置接收所述控制装置输出的正常状态下的控制信号，输出相应的 驱动信号；及
[0014] (S7-S8)由所述换相电路装置接收所述驱动装置输出的驱动信号，使得所述换相 电路装置中的各功率逻辑开关单元导通或关断，以控制与其相连的所述电机本体中定子上 各相绕组通断的顺序和时间。
[0015] 其中，所述控制装置采用120度方波或180度正弦波控制方式，使得所述换相电路 装置的三相桥式电路中的各个半桥上的功率逻辑开关单元的导通时间为一电周期的1/3。
[0016] 在电动车的使用中，由于电机损坏、功率管本身的质量差或选用等级不够、器件安 装或振动松动、电机过载、功率器件参数设计不合理等多种原因会引起换相电路装置中的 功率逻辑开关单元发生故障，如上所述，一旦换相电路装置中的某一功率逻辑开关单元发 生故障，则控制装置将停止三相直流无刷（BLDC)电机的工作，使得电动车的用户不得不费 力推车、扛车甚至呼叫救援，对此，给电动车的用户带来了很大的不便。
【发明内容】
[0017] 为此，本发明的目的在于提供一种三相直流无刷（BLDC)电机的控制设备及控制 方法，其能在换相电路装置中的某一功率逻辑开关单元出现故障时，仍使所述电机继续保 持工作。
[0018] 根据本发明的一方面，提供了一种三相直流无刷（BLDC)电机的控制方法，其中电 机本体包括有定子和转子，定子由3相（A-B-C)线圈绕组星形连接构成，所述方法包括有以 下步骤：
[0019] (S1-S2)由一位置检测装置检测电机本体中的转子位置，输出转子位置信号；
[0020] (S3)由一电压检测装置对一换相电路装置中的各功率逻辑开关单元的工作状态 进行检测，输出电压检测信号，其中所述换相电路装置采用三相桥式电路，由6个所述功率 逻辑开关单元两两连接成的3个半桥组成，各半桥的输出端分别与所述电机定子中相应的 各相线圈绕组相连；
[0021] (S4)如果所述电压检测信号表示所述换相电路装置中的各功率逻辑开关单元的 工作状态正常，则一控制装置对所述位置检测装置输出的转子位置信号进行解码，以输出 相应的正常状态下的控制信号；
[0022] (S5)如果所述电压检测信号表示所述换相电路装置中的某一功率逻辑开关单元 的工作状态出现故障，则所述控制装置输出故障状态下的控制信号；
[0023] (S6)由一驱动装置接收所述控制装置输出的正常状态下的控制信号或者故障状 态下的控制信号，输出相应的驱动信号；及
[0024] (S7-S8)由所述换相电路装置接收所述驱动装置输出的驱动信号，使得所述换相 电路装置中的各功率逻辑开关单元导通或关断，以控制与其相连的所述电机本体中定子上 各相绕组通断的顺序和时间，
[0025] 其中在所述控制装置输出故障状态下的控制信号时，所述换相电路装置中出现故 障的功率逻辑开关单元所在的半桥的输出被关断，从而所述换相电路装置中除所述输出被 关断的半桥之外的另两个半桥中的工作状态正常的功率逻辑开关单元被导通或关断，以控 制与其相连的所述电机本体中定子上各相绕组通断的顺序和时间。
[0026] 在一实施例中，在所述换相电路装置中各功率逻辑开关单元的工作状态正常的情 况下，所述控制装置输出正常状态下的120度方波控制信号，控制驱动器输出相应的驱动 信号，使得所述换相电路装置中的各功率逻辑开关单元导通或关断，各半桥上的功率逻辑 开关单元导通时间为一电周期的1/3,从而以AB-AC-BC-BA-CA-CB-AB的顺序进行通电换相 以控制与其相连的电机本体中定子上各相绕组通断的顺序和时间。
[0027] 在一实施例中，在所述换相电路装置中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况 下，所述控制装置输出故障状态下的控制信号，控制驱动器输出相应的驱动信号，使得所述 换相电路装置中除所述出现故障的功率逻辑开关单元所在的半桥以外的另两个半桥中的 工作状态正常的功率逻辑开关单元导通或关断，从而以AB_BA(与电机定子中C相绕组连接 的半桥中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况下)，或AC-CA (与电机定子中B相绕组 连接的半桥中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况下)，或BC-CB (与电机定子中A相 绕组连接的半桥中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况下）的顺序进行通电换相以控 制与其相连的电机本体中定子上相应绕组通断的顺序和时间。
[0028] 在一实施例中，在所述换相电路装置中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情 况下，所述控制装置输出故障状态下的180度方波控制信号，控制驱动器输出相应的驱动 信号，使得所述换相电路装置中除所述出现故障的功率逻辑开关单元所在的半桥以外的另 两个半桥中的各个半桥上的工作状态正常的功率逻辑开关单元的导通时间为一电周期的 1/2,从而大大减弱了所述三相直流无刷（BLDC)电机在缺相运行时产生的振动和噪声。
[0029] 根据本发明的另一方面，提供了一种三相直流无刷（BLDC)电机的控制设备，其中 电机本体包括有定子和转子，定子由3相（A-B-C)线圈绕组星形连接构成，所述控制设备包 括：
[0030] 与所述电机本体相连的位置检测装置，用于检测电机本体中的转子位置，输出转 子位置信号；
[0031] 与所述位置检测装置相连的控制装置，用于对所述位置检测装置输出的转子位置 信号进行解码，输出相应的控制信号；
[0032] 与所述控制装置相连的驱动装置，用于根据所述控制装置输出的控制信号，输出 相应的驱动信号；
[0033] 分别与所述驱动装置和所述定子相连的换相电路装置，用于根据所述驱动装置输 出的驱动信号，使得所述换相电路装置中的各功率逻辑开关单元导通或关断，以控制与其 相连的所述电机本体中定子上各相绕组通断的顺序和时间，其中，所述换相电路装置采用 三相桥式电路，由6个功率逻辑开关单元两两连接成的3个半桥组成，各半桥的输出端分别 与所述电机定子中相应的各相线圈绕组相连；及
[0034] 电压检测装置，连接在所述换相电路装置的输出端与所述控制装置的输入端之 间，用于检测所述换相电路装置中各所述功率逻辑开关单元的工作状态，输出电压检测信 号给所述控制装置，
[0035] 其中所述控制装置在接收到所述电压检测装置输出的电压检测信号表示所述换 相电路装置中的某一功率逻辑开关单元出现故障时，则所述控制装置输出故障状态下的 控制信号，使得所述换相电路装置中出现故障的功率逻辑开关单元所在的半桥的输出被关 断，从而所述换相电路装置中除所述输出被关断的半桥之外的另两个半桥中的工作状态正 常的功率逻辑开关单元被导通或关断，以控制与其相连的所述电机本体中定子上各相绕组 通断的顺序和时间。
[0036] 在一实施例中，所述功率逻辑开关单元为功率晶体管。
[0037] 在一实施例中，所述位置检测装置采用三个霍尔传感器或轴角编码器或反电势检 测电路。
[0038] 在一实施例中，所述控制装置采用单片机或DSP。
[0039] 在一实施例中，在所述换相电路装置中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况 下，所述控制装置输出故障状态下的控制信号，控制驱动器输出相应的驱动信号，使得所述 换相电路装置中除所述出现故障的功率逻辑开关单元所在的半桥以外的另两个半桥中的 工作状态正常的功率逻辑开关单元导通或关断，从而以AB_BA(与电机定子中C相绕组连接 的半桥中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况下)，或AC-CA (与电机定子中B相绕组 连接的半桥中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况下)，或BC-CB (与电机定子中A相 绕组连接的半桥中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况下）的顺序进行通电换相以控 制与其相连的电机本体中定子上相应绕组通断的顺序和时间。
[0040] 在一实施例中，在所述换相电路装置中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情 况下，所述控制装置输出故障状态下的180度方波控制信号，控制驱动器输出相应的驱动 信号，使得所述换相电路装置中除所述出现故障的功率逻辑开关单元所在的半桥以外的另 两个半桥中的各个半桥上的工作状态正常的功率逻辑开关单元的导通时间为一电周期的 1/2,从而大大减弱了所述三相直流无刷（BLDC)电机在缺相运行时产生的振动和噪声。
[0041] 在电动车中使用通过本发明提供的三相直流无刷（BLDC)电机的控制设备及控制 方法，可以在电动车中的换相电路装置中的某一功率逻辑开关单元发生故障时，所述控制 装置使得所述三相直流无刷（BLDC)电机可继续工作来驱动电动车，从而避免出现电动车 的用户费力推车、扛车甚至呼叫救援的问题，给电动车的用户带来了很大的便利。
【专利附图】
【附图说明】
[0042] 根据如下结合附图对实施例的描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得 显而易见且更易于理解，附图中：
[0043] 图1示出了现有技术的三相直流无刷（BLDC)电机的控制设备的方框图；
[0044] 图2示出了现有技术的三相直流无刷（BLDC)电机的控制方法的流程图；
[0045] 图3示出了根据本发明的三相直流无刷（BLDC)电机的控制设备的方框图；
[0046] 图4示出了根据本发明的三相直流无刷（BLDC)电机的控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0047] 下面将详细说明本发明的实施例，附图中图示了本发明的示例，附图中相似的标 号始终表示相似的元件。
[0048] 图3示出了根据本发明的三相直流无刷（BLDC)电机的控制设备的方框图，其中电 机本体1包括有定子和转子，定子由3相（A-B-C)绕组星形连接构成，根据本发明的三相直 流无刷（BLDC)电机的控制设备包括 ：
[0049] 与所述电机本体1相连的位置检测装置2,用于检测电机本体1中的转子位置，输 出转子位置信号；
[0050] 与所述位置检测装置2相连的控制装置3,用于对所述位置检测装置2输出的转子 位置信号进行解码，输出相应的控制信号；
[0051] 与所述控制装置3相连的驱动装置4,用于根据所述控制装置3输出的控制信号， 输出相应的驱动信号；
[0052] 分别与所述驱动装置4和所述定子相连的换相电路装置5,用于根据所述驱动装 置4输出的驱动信号，使得所述换相电路装置5中的各功率逻辑开关单元导通或关 断，以控制与其相连的所述电机本体1中定子上各相绕组通断的顺序和时间，其中，所述换 相电路装置5采用三相桥式电路，由6个功率逻辑开关单元两两连接成的3个半桥组 成，各半桥（QcT%，Q 2_Q3, Q4_Q5)的输出端分别与所述电机定子中相应的各相（A相，B相，C 相）线圈绕组相连；及
[0053] 电压检测装置6,连接在所述换相电路装置5的输出端与所述控制装置3的输入端 之间，用于检测所述换相电路装置5中各所述功率逻辑开关单元的工作状态，输出电 压检测信号给所述控制装置3，
[0054] 其中所述控制装置3在接收到所述电压检测装置6输出的电压检测信号表示所述 换相电路装置5中的某一功率逻辑开关单元出现故障时，则所述控制装置3输出故障状态 下的控制信号，使得所述换相电路装置5中出现故障的功率逻辑开关单元所在的半桥的输 出被关断，从而所述换相电路装置6中除所述输出被关断的半桥之外的另两个半桥中的工 作状态正常的功率逻辑开关单元被导通或关断，以控制与其相连的所述电机本体1中定子 上各相绕组通断的顺序和时间。
[0055] 其中，所述功率逻辑开关单元采用功率晶体管；所述位置检测装置2采用三 个霍尔传感器（当然也可采用轴角编码器或是反电势检测电路）；所述控制装置3采用单片 机（当然也可采用DSP)。
[0056] 在所述换相电路装置5中各所述功率逻辑开关单元工作状态正常的情况下， 所述控制装置3输出正常状态下的120度方波或180度正弦波控制信号，使得所述换相电 路装置5的三相桥式电路中的各个半桥上的功率逻辑开关单元的导通时间为一电周期的 1/3。
[0057] 在所述换相电路装置5中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况下，所述控 制装置3输出故障状态下的180度方波控制信号，使得所述换相电路装置5中除所述出 现故障的功率逻辑开关单元所在的半桥以外的另两个半桥中的各个半桥上的工作状态正 常的功率逻辑开关单元的导通时间为一电周期的1/2,从而大大减弱了所述三相直流无刷 (BLDC)电机在缺相运行时产生的振动和噪声。
[0058] 其中，在所述换相电路装置5中的功率逻辑开关单元％或％出现故障的情况下， 所述控制装置3输出故障状态下的180度方波控制信号，控制驱动器4输出相应的驱动信 号，使得所述换相电路装置5中除所述出现故障的功率逻辑开关单元％或％所在的半桥 (QcrQi)以外的另两个半桥中的工作状态正常的功率逻辑开关单元（9 2-93和Q4-Q5)导通或 关断，各半桥上的功率逻辑开关单元（Q 2-Q3*Q4_Q5)导通时间为一电周期的1/2,从而以 BC-CB (功率逻辑开关单元％或％所在的半桥与电机定子中A相绕组连接）的顺序进行通 电换相以控制与其相连的电机本体中定子上相应绕组通断的顺序和时间。
[0059] 同样地，在所述换相电路装置5中的功率逻辑开关单元Q2或Q3出现故障的情况 下，所述控制装置3输出故障状态下的180度方波控制信号，控制驱动器4输出相应的驱动 信号，使得所述换相电路装置5中除所述出现故障的功率逻辑开关单元Q 2或Q3所在的半 桥（Q2-Q3)以外的另两个半桥中的工作状态正常的功率逻辑开关单元（QcrQi和Q 4-Q5)导通 或关断，各半桥上的功率逻辑开关单元导通时间为一电周期的1/2,从而以 AC-CA (功率逻辑开关单元Q2或Q3所在的半桥与电机定子中B相绕组连接）的顺序进行通 电换相以控制与其相连的电机本体中定子上相应绕组通断的顺序和时间。
[0060] 同样地，在所述换相电路装置5中的功率逻辑开关单元Q4或Q5出现故障的情况 下，所述控制装置3输出故障状态下的180度方波控制信号，控制驱动器4输出相应的驱动 信号，使得所述换相电路装置5中除所述出现故障的功率逻辑开关单元Q 4或Q5所在的半桥 (Q4-Q5)以外的另两个半桥中的工作状态正常的功率逻辑开关单元（QcrQdPQ 2-Q3)导通或关 断，从而以AB-BA (功率逻辑开关单元Q4或Q5所在的半桥与电机定子中C相绕组连接）的 顺序进行通电换相以控制与其相连的电机本体中定子上相应绕组通断的顺序和时间。
[0061] 图4示出了根据本发明的三相直流无刷（BLDC)电机的控制方法的流程图，其中电 机本体1包括有定子和转子，定子由3相（A-B-C)线圈绕组星形连接构成，根据本发明的三 相直流无刷（BLDC)电机的控制方法，包括有以下步骤：
[0062] (S1-S2)由一位置检测装置2检测电机本体1中的转子位置，输出转子位置信号， 所述位置检测装置2采用三个霍尔传感器(当然也可采用轴角编码器或反电势检测电路）；
[0063] (S3)由一电压检测装置6对一换相电路装置5中的各功率逻辑开关单元的 工作状态进行检测，输出电压检测信号，其中所述换相电路装置5采用三相桥式电路，由6 个所述功率逻辑开关单元QcrQ 5两两连接成3个半桥组成，各半桥（QfQp Q2-Q3, Q4-Q5)的输 出端分别与所述电机定子中相应的各相（A相，B相，C相）线圈绕组相连，各所述功率逻辑 开关单元QcrQ 5采用功率晶体管；
[0064] (S4)如果所述电压检测信号表示所述换相电路装置5中的各功率逻辑开关单元 Qq-Q5的工作状态正常，则一控制装置3对所述位置检测装置2输出的转子位置信号进行 解码，以输出相应的正常状态下的控制信号，所述控制装置3采用单片机（当然也可采用 DSP)；
[0065] (S5)如果所述电压检测信号表示所述换相电路装置5中的某一功率逻辑开关单 元的工作状态出现故障，则所述控制装置3输出故障状态下的控制信号；
[0066] (S6)由一驱动装置4接收所述控制装置3输出的正常状态下的控制信号或者故障 状态下的控制信号，输出相应的驱动信号；及
[0067] (S7-S8)由所述换相电路装置5接收所述驱动装置4输出的驱动信号，使得所述换 相电路装置5中的各功率逻辑开关单元导通或关断，以控制与其相连的所述电机本体 1中定子上各相绕组通断的顺序和时间，
[0068] 其中在所述控制装置3输出故障状态下的控制信号时，所述换相电路装置5中出 现故障的功率逻辑开关单元所在的半桥的输出被关断，从而所述换相电路装置5中除所述 输出被关断的半桥之外的另两个半桥中的工作状态正常的功率逻辑开关单元被导通或关 断，以控制与其相连的所述电机本体1中定子上各相绕组通断的顺序和时间。
[0069] 其中，在所述换相电路装置5中各功率逻辑开关单元仏為的工作状态正常的情况 下，所述控制装置3输出正常状态下的120度方波控制信号，控制驱动装置4输出相应的驱 动信号，使得所述换相电路装置5中的各功率逻辑开关单元导通或关断，各个半桥上 的功率逻辑开关单元的导通时间为一电周期的1/3,从而以AB-AC-BC-BA-CA-CB-AB的顺序 进行通电换相以控制与其相连的电机本体1中定子上各相绕组通断的顺序和时间。
[0070] 其中，在所述换相电路装置5中的功率逻辑开关单元％或％出现故障的情况下， 所述控制装置3输出故障状态下的180度方波控制信号，控制驱动器4输出相应的驱动信 号，使得所述换相电路装置5中除所述出现故障的功率逻辑开关单元％或％所在的半桥 (QcrQi)以外的另两个半桥中的工作状态正常的功率逻辑开关单元（9 2-93和Q4-Q5)导通或 关断，各半桥上的功率逻辑开关单元（Q 2-Q3*Q4_Q5)导通时间为一电周期的1/2,从而以 BC-CB (功率逻辑开关单元％或％所在的半桥与电机定子中A相绕组连接）的顺序进行通 电换相以控制与其相连的电机本体中定子上相应绕组通断的顺序和时间。
[0071] 同样地，在所述换相电路装置5中的功率逻辑开关单元Q2或Q3出现故障的情况 下，所述控制装置3输出故障状态下的180度方波控制信号，控制驱动器4输出相应的驱动 信号，使得所述换相电路装置5中除所述出现故障的功率逻辑开关单元Q 2或Q3所在的半 桥（Q2-Q3)以外的另两个半桥中的工作状态正常的功率逻辑开关单元（QcrQi和Q 4-Q5)导通 或关断，各半桥上的功率逻辑开关单元导通时间为一电周期的1/2,从而以 AC-CA (功率逻辑开关单元Q2或Q3所在的半桥与电机定子中B相绕组连接）的顺序进行通 电换相以控制与其相连的电机本体中定子上相应绕组通断的顺序和时间。
[0072] 在所述换相电路装置5中的功率逻辑开关单元Q4或Q5出现故障的情况下，所述控 制装置3输出故障状态下的180度方波控制信号，控制驱动器4输出相应的驱动信号，使得 所述换相电路装置5中除所述出现故障的功率逻辑开关单元Q 4或Q5所在的半桥（q4-q5)# 外的另两个半桥中的工作状态正常的功率逻辑开关单元（QcT%和Q 2-Q3)导通或关断，各半 桥上的功率逻辑开关单元说义或仏為）导通时间为一电周期的1/2,从而以AB-BA (功率 逻辑开关单元Q4或Q5所在的半桥与电机定子中C相绕组连接)的顺序进行通电换相以控制 与其相连的电机本体中定子上相应绕组通断的顺序和时间。
[0073] 综上所述，本发明提供了一种三相直流无刷（BLDC)电机的控制设备及控制方法， 可以在电动车中的换相电路装置中的某一功率逻辑开关单元发生损坏时，所述控制设备及 控制方法使得所述三相直流无刷（BLDC)电机可继续工作来驱动电动车，从而避免出现电 动车的用户费力推车、扛车甚至呼叫救援的问题，给电动车的用户带来了很大的便利。
[0074] 以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明所做的等效替换或变型，皆应属 本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种三相直流无刷（BLDC)电机的控制方法，其中电机本体包括有定子和转子，定子 由3相（A-B-C)线圈绕组星形连接构成，所述方法包括有以下步骤： (S1-S2)由一位置检测装置检测电机本体中的转子位置，输出转子位置信号； (53) 由一电压检测装置对一换相电路装置中的各功率逻辑开关单元的工作状态进行 检测，输出电压检测信号，其中所述换相电路装置采用三相桥式电路，由6个所述功率逻辑 开关单元两两连接成的3个半桥组成，各所述半桥的输出端分别与所述电机定子中相应的 各相线圈绕组相连； (54) 如果所述电压检测信号表示所述换相电路装置中的各功率逻辑开关单元的工作 状态正常，则一控制装置对所述位置检测装置输出的转子位置信号进行解码，以输出相应 的正常状态下的控制信号； (55) 如果所述电压检测信号表示所述换相电路装置中的某一功率逻辑开关单元的工 作状态出现故障，则所述控制装置输出故障状态下的控制信号； (56) 由一驱动装置接收所述控制装置输出的正常状态下的控制信号或者故障状态下 的控制信号，输出相应的驱动信号；及 (S7-S8)由所述换相电路装置接收所述驱动装置输出的驱动信号，使得所述换相电路 装置中的各功率逻辑开关单元导通或关断，以控制与其相连的所述电机本体中定子上各相 绕组通/断的顺序和时间， 其中在所述控制装置输出故障状态下的控制信号时，所述换相电路装置中出现故障的 功率逻辑开关单元所在的半桥的输出被关断，从而所述换相电路装置中除所述输出被关断 的半桥之外的另两个半桥中的工作状态正常的功率逻辑开关单元被导通或关断，以控制与 其相连的所述电机本体中定子上各相绕组通断的顺序和时间。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中在步骤（S4)中，在所述换相电路装置中各功率 逻辑开关单元的工作状态正常的情况下，所述控制装置输出正常状态下的120度方波控 制信号，控制所述驱动器输出相应的驱动信号，使得所述换相电路装置中的各功率逻辑 开关单元导通或关断，各半桥上的功率逻辑开关单元导通时间为一电周期的1/3,从而以 AB-AC-BC-BA-CA-CB-AB的顺序进行通电换相以控制与其相连的电机本体中定子上各相绕 组通/断的顺序和时间。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中在步骤（S5)中，在所述换相电路装置中的与电机 定子中C相绕组连接的半桥中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况下，所述控制装置 输出故障状态下的控制信号，控制所述驱动器输出相应的驱动信号，使得所述换相电路装 置中与电机定子中C相绕组连接的半桥的输出被关断，与电机定子中A相和B相绕组连接 的两个半桥中的工作状态正常的功率逻辑开关单元导通或关断，从而以AB-BA的顺序进行 通电换相以控制与其相连的电机本体中定子上相应绕组通/断的顺序和时间。
4. 根据权利要求1或3所述的方法，其中在步骤（S5)中，在所述换相电路装置中与电 机定子中C相绕组连接的半桥中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况下，所述控制装 置输出故障状态下的180度方波控制信号，控制所述驱动器输出相应的驱动信号，使得所 述换相电路装置中与电机定子中C相绕组连接的半桥的输出被关断，与电机定子中A相和 B相绕组连接的两个半桥中的工作状态正常的功率逻辑开关单元导通时间为一电周期的 1/2。
5. -种三相直流无刷（BLDC)电机的控制设备，其中电机本体包括有定子和转子，定子 由3相（A-B-C)绕组星形连接构成，所述控制设备包括： 与所述电机本体相连的位置检测装置，用于检测电机本体中的转子位置，输出转子位 置信号； 与所述位置检测装置相连的控制装置，用于对所述位置检测装置输出的转子位置信号 进行解码，输出相应的控制信号； 与所述控制装置相连的驱动装置，用于根据所述控制装置输出的控制信号，输出相应 的驱动信号； 分别与所述驱动装置和所述定子相连的换相电路装置，用于根据所述驱动装置输出的 驱动信号，使得所述换相电路装置中的各功率逻辑开关单元导通或关断，以控制与其相连 的所述电机本体中定子上各相绕组通断的顺序和时间，其中，所述换相电路装置采用三相 桥式电路，由6个功率逻辑开关单元两两连接成的3个半桥组成，各所述半桥的输出端分别 与所述电机定子中相应的各相线圈绕组相连；及 电压检测装置，连接在所述换相电路装置的输出端与所述控制装置的输入端之间，用 于检测所述换相电路装置中各所述功率逻辑开关单元的工作状态，输出电压检测信号给所 述控制装置， 其中所述控制装置在接收到所述电压检测装置输出的电压检测信号表示所述换相电 路装置中的某一功率逻辑开关单元出现故障时，则所述控制装置输出故障状态下的控制信 号，使得所述换相电路装置中出现故障的功率逻辑开关单元所在的半桥的输出被关断，从 而所述换相电路装置中除所述输出被关断的半桥之外的另两个半桥中的工作状态正常的 功率逻辑开关单元被导通或关断，以控制与其相连的所述电机本体中定子上各相绕组通断 的顺序和时间。
6. 根据权利要求5所述的控制设备，其中所述功率逻辑开关单元为功率晶体管。
7. 根据权利要求5所述的控制设备，其中所述位置检测装置采用三个霍尔传感器或轴 角编码器或反电势检测电路。
8. 根据权利要求5所述的控制设备，其中所述控制装置采用单片机或DSP。
9. 根据权利要求5所述的控制设备，其中，在所述换相电路装置中的与电机定子中C相 绕组连接的半桥中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况下，所述控制装置输出故障状 态下的控制信号，控制驱动器输出相应的驱动信号，使得所述换相电路装置中与电机定子 中C相绕组连接的半桥的输出被关断，与电机定子中A相和B相绕组连接的两个半桥中的 工作状态正常的功率逻辑开关单元导通或关断，从而以AB-BA的顺序进行通电换相以控制 与其相连的电机本体中定子上相应绕组通断的顺序和时间。
10. 根据权利要求5或9所述的控制设备，其中在所述换相电路装置中的与电机定子 中C相绕组连接的半桥中的某一功率逻辑开关单元出现故障的情况下，所述控制装置输出 故障状态下的180度方波控制信号，控制驱动器输出相应的驱动信号，使得所述换相电路 装置中与电机定子中C相绕组连接的半桥的输出被关断，与电机定子中A相和B相绕组连 接的两个半桥中的各半桥上的工作状态正常的功率逻辑开关单元导通时间为一电周期的 1/2。
【文档编号】H02P6/10GK104143938SQ201310168206
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2013年5月6日
【发明者】湛康 申请人:博世汽车部件(苏州)有限公司