一种电机转速检测方法及装置与流程

[0001]
本发明涉及电机转速检测技术领域，更具体地说，涉及一种电机转速检测方法及装置。


背景技术：

[0002]
现有的电机转速检测一般都需要安装霍尔传感器，配合电机转轴上的磁极，在磁极经过传感器时，传感器产生的电信号可以给微处理器提供电机转速信息。而在很多时候，电机的应用环境并不允许其安装传感器，这样就不能依靠传统的传感器获取电机转速的电机转速检测方法。


技术实现要素：

[0003]
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述现有技术缺陷，提供一种电机转速检测方法及装置。
[0004]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电机转速检测方法，包括：
[0005]
s1、检测电机的电机电流并耦合所述电机电流生成对应的电压信号；
[0006]
s2、根据所述电压信号获取所述电机电流对应的换向电流变化周期；
[0007]
s3、根据所述换向电流变化周期、所述电机的电刷和换向器的数量计算所述电机的转速。
[0008]
优选地，在所述步骤s2中，所述根据所述电压信号获取所述电机电流对应的换向电流变化周期；包括：
[0009]
根据所述电压信号生成对应的电平信号，并获取所述电平信号的脉冲周期，所述电平信号的脉冲周期即为所述换向电流变化周期。
[0010]
优选地，所述根据所述电压信号生成对应的电平信号，包括：
[0011]
将所述电压信号与一基准电压进行比较，根据比较结果输出对应的所述电平信号。
[0012]
优选地，所述基准电压为1v。
[0013]
优选地，在所述步骤s2中，所述根据所述电压信号获取所述电机电流对应的换向电流变化周期；包括：
[0014]
s21a、获取所述电压信号的波峰；
[0015]
s22a、获取以所述波峰为起点对应的实时变化率，并以所述实时变化率绝对值大于预设值所对应的波峰为目标波峰；
[0016]
s23a、获取相邻的所述目标波峰的间隔时间，即为所述换向电流变化周期。
[0017]
优选地，在所述步骤s21a中，所述获取所述电压信号的波峰；包括：
[0018]
获取所述电压信号对应的实时变化率并记录所述实时变化率由正值切换为负值时对应的电压信号为所述波峰。
[0019]
优选地，所述预设值大于或等于0.43v/100us。
[0020]
优选地，所述步骤s3中，所述根据所述换向电流变化周期、所述电机的电刷和换向器的数量计算所述电机的转速包括：
[0021]
当所述换向器的数量为奇数，所述电刷的数量为偶数时，所述电机的转速满足：s＝60/(t*n*m)；
[0022]
当所述换向器的数量为偶数，所述电刷的数量为偶数时，所述换向电流变化周期满足：s＝60/(t*n)；
[0023]
其中,t为所述换向电流变化周期，n为所述换向器的数量，m为所述电刷的数量，s为电机转速，单位为rpm。
[0024]
本发明还构造一种电机转速检测装置，包括：
[0025]
连接电机、用于获取电机电流的电流检测单元；
[0026]
连接所述电流检测单元、用于耦合所述电机电流以生成对应的电压信号的耦合单元；
[0027]
连接所述耦合单元、用于根据所述电压信号获取所述电机电流对应的换向电流变化周期的电压信号处理单元；
[0028]
连接所述电压信号处理单元、用于根据所述换向电流变化周期、所述电机的电刷和换向器的数量计算所述电机的转速的处理器。
[0029]
优选地，所述电流检测单元包括电阻r7，所述电阻r7与所述电机串联连接。
[0030]
优选地，所述耦合单元包括耦合电容c3和滤波放大电路；
[0031]
所述耦合电容c3的一端连接所述电阻r7与所述电机的串联节点，所述耦合电容c3的另一端连接所述滤波放大电路。
[0032]
优选地，所述滤波放大电路包括第一滤波放大电路和第二滤波放大电路；
[0033]
所述第一滤波放大电路包括电阻r1、电阻r3、电阻r4、电容c1、电容c4和运算放大器ic1a，所述运算放大器ic1a的反相端经串联连接的所述电阻r4和所述电阻r3与所述电容c3相连接，所述运算放大器ic1a的反相端经所述电容c1连接所述运算放大器ic1a的输出端，所述电阻r4和所述电阻r3的串联节点经所述电容c4接地、并经所述电阻r1连接所述运算放大器ic1a的输出端，所述运算放大器ic1a的同相端连接以第一参考电压；和/或
[0034]
所述第二滤波放大电路包括电阻r6、电阻r5、电阻r2、电容c2、电容c5和运算放大器ic1b，所述运算放大器ic1b的反相端经串联连接的所述电阻r5和所述电阻r6与所述运算放大器ic1a的输出端相连接，所述运算放大器ic1b的反相端经所述电容c2连接所述运算放大器ic1b的输出端，所述电阻r5和所述电阻r6的串联节点经所述电容c5接地、并经所述电阻r2连接所述运算放大器ic1b的输出端，所述运算放大器ic1b的同相端连接以第二参考电压。
[0035]
优选地，所述电压信号处理单元包括比较单元或采样单元；
[0036]
所述比较单元用于根据所述电压信号生成对应的电平信号，并获取所述电平信号的脉冲周期，以根据电平信号的脉冲周期获取所述换向电流变化周期；
[0037]
所述采样单元用于获取所述电压信号的波峰以及以所述波峰为起点对应的实时变化率，获取所述实时变化率小于预设值的目标波峰的相邻间隔时间，以获取所述换向电流变化周期。
[0038]
优选地，所述比较单元包括比较器ic1c，所述比较器ic1c的同相输入端连接所述
耦合单元，所述比较器ic1c的反相输入端连接一基准电压，所述比较器ic1c的输出端连接所述处理器，或
[0039]
所述采样单元与所述处理器集成于一控制芯片。
[0040]
实施本发明的一种电机转速检测方法及装置，具有以下有益效果：不需要借助传感器即可实现电机转速检测，其电路简单，能够满足多种使用环境的要求。
附图说明
[0041]
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0042]
图1是本发明一种电机转速检测方法一实施例的程序流程图；
[0043]
图2是电机旋转过程中电压信号一示意图；
[0044]
图3是电机旋转过程中电压信号对应的电平信号示意图；
[0045]
图4是本发明一种电机转速检测方法另一实施例的程序流程图；
[0046]
图5是电机旋转过程中电压信号另一示意图；
[0047]
图6是本发明一种电机转速检测装置一实施例的逻辑框图；
[0048]
图7是本发明一种电机转速检测装置另一实施例的逻辑框图；
[0049]
图8是本发明一种电机转速检测装置一实施例的电路原理图；
[0050]
图9是本发明一种电机转速检测装置另一实施例的逻辑框图；
[0051]
图10是本发明一种电机转速检测装置另一实施例的电路原理图。
具体实施方式
[0052]
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0053]
如图1所示，在本发明的一种电机转速检测方法一实施例中，包括：s1、检测电机的电机电流并耦合电机电流生成对应的电压信号；s2、根据电压信号获取电机电流对应的换向电流变化周期；s3、根据换向电流变化周期、电机的电刷和换向器的数量计算电机的转速。具体的，直流电机在工作时，电刷需要不停地换向，在换向瞬间电机电流产生变化。在电机工作过程中，检测电机电流，并且根据该电机电流生成对应的电压信号通过电压信号反馈在直流电机工作过程中的电机电流变化。如图2所示，其中图示中尖峰部分即为电刷换向过程中电流变化，根据电压信号获取电机换向过程中由于电刷换向产生的换向电流变化周期。这里的换向电流变化周期即可以理解两次电流变化的间隔时间。而在电机确认的情况下，其电刷和换向器的关系已经确认，那么在电机旋转一周的中，电刷旋转过程中换向生成的换向瞬间电流变化的次数也是固定的，即在获得了换向电流变化的周期，即可得到电机的转速。
[0054]
可选的，在一实施例中，在步骤s2中，根据电压信号获取电机电流对应的换向电流变化周期；包括：根据电压信号生成对应的电平信号，并获取电平信号的脉冲周期，以根据电平信号的脉冲周期获取换向电流变化周期。具体的，还可以根据电压信号生成电平信号，并获取电平信号的脉冲周期，即为换向电流变化周期。
[0055]
进一步，根据电压信号生成对应的电平信号，包括：将电压信号与一基准电压进行比较，根据比较结果输出对应的电平信号。具体的，将电压信号同基准电压进行比较，当电
压信号高于基准电压时生成高电平，其他时候输出低电平，最后可以通过合理的基准电压设置，将电刷换向对应的点获取。其最终得到的换向电流变化周期如图3所示。
[0056]
进一步的，这里的基准电压的设置可以根据电机实际工作进行设置，这里可以设置为1v。
[0057]
可选的，在另一实施例中，如图4所示，在步骤s2中，根据电压信号获取电机电流对应的换向电流变化周期；包括：
[0058]
s21a、获取电压信号的波峰；
[0059]
s22a、获取以波峰为起点对应的实时变化率，并以实时变化率绝对值大于预设值所对应的波峰为目标波峰；
[0060]
s23a、获取相邻的目标波峰的间隔时间，以获取换向电流变化周期。
[0061]
具体的，由于电刷在换向过程中，产生的电流尖峰速度比较快，为了同正常过程中的电流变化区分，在获取电压信号的波峰后，还需要判定该波峰是否对应为电刷换向产生。其具体的可以判定该波峰的陡峭程度，理解的过程为，获取以波峰为起点对应的实时变化率，当实时变化率绝对值大于预设值，即波峰变化过程快，即可以判定该波峰为目标波峰即由于电刷换向产生的波峰。获取两个相邻的目标波峰的间隔时间，即可知道电刷在两次经过换向器的间隔的时间，即即为换向电流变化周期。通过此过程可以适用还可以扩展到如图5所示，在电机轻载的情况下，出现的换向电流变化峰值比较小，其单从峰值难以从正常的负载电压中区分开的情况。
[0062]
可选的，在步骤s21a中，获取电压信号的波峰；包括：获取电压信号对应的实时变化率并记录实时变化率由正值切换为负值时对应的电压信号为波峰。具体的，获取电压信号的峰值可以采用对电压信号的采样过程中，对电压信号的实时变化率进行计算，可以理解，在电压信号的波形中，其在达到波峰前为上升阶段，其实时变化率为正值，在达到波峰后为下降阶段，其实时变化率为负值，其波峰对应的点既可以理解为该实时变化率由正值切换为负值的过程对应的点。
[0063]
进一步的，在对波峰进行判断获取到换向点的过程中的，其实时变化率的绝对值设定满足的预设值为大于或等于0.43v/100us。
[0064]
可选的，步骤s3中，根据换向电流变化周期、电机的电刷和换向器的数量计算电机的转速包括：当换向器的数量为奇数，电刷的数量为偶数时，电机的转速满足：s＝60/(t*n*m)；当换向器的数量为偶数，电刷的数量为偶数时，换向电流变化周期满足：s＝60/(t*n)；其中,t为换向电流变化周期，n为换向器的数量，m为电刷的数量，s为电机转速，单位为rpm。具体的，根据电刷与换向器的数量关系，其中当换向器的数量为奇数，电刷的数量为偶数时，即相当于，每个电刷经过一个换向器的时候，其电流变化一次，电机转一圈的时候，电刷要经过每个换向器都产生一次单独的电流变化，同时转一圈的过程中，每个电刷都要经过所有的换向器，并且产生电流变化，此时在电机转动一圈过程中，转换电流变化的次数为电刷数与换向器数量的乘积，那么得到电机旋转一周即电机的旋转周期与获取换向电流变化周期满足：t＝t*n*m。当换向器的数量为偶数，电刷的数量为偶数时，这个时候的换向器为对称设计，当一个电刷经过一个换向器时，其相对的另一个电刷会经过另一个换向器，此时两个电刷经过两个换向器的电流会相互叠加，此时在电机转动一圈过程中，转换电流变化的次数即跟电刷经过换向器的次数相关，此时得到电机旋转一周即电机的旋转周期与获取
换向电流变化周期满足：t＝t*n。然后根据转速与周期的关系得到电机的转速。以m＝4举例，由于m个电刷是对称放置，即4个电刷互成90度。由于偶数个换向器也是对称放置，所以会出现4个电刷同时经过换向器的缝隙，机的旋转周期与获取换向电流变化周期满足t*n。
[0065]
另，如图6本发明的一种电机转速检测装置，包括：连接电机10、用于获取电机电流的电流检测单元20；连接电流检测单元20、用于耦合电机电流以生成对应的电压信号的耦合单元30；连接耦合单元30、用于根据电压信号获取电机电流对应的换向电流变化周期的电压信号处理单元40；连接电压信号处理单元40、用于根据换向电流变化周期、电机10的电刷和换向器的数量计算电机10的转速的处理器50。具体的，根据直流电机10工作时，电刷需要不停地换向，在换向瞬间电机电流产生变化。在电机10工作过程中，通过电流检测单元20检测电机电流，通过耦合单元30对电机电流进行耦合，生成对应的电压信号，该电压信号即可反馈直流电机10工作过程中的电机电流变化。通过电压信号处理单元40对该电压信号进行处理，获取其对应的换向电流变化周期，处理器50根据该换向电流变化周期及电机10的自己固定的参数即可获取电机10的转速。
[0066]
进一步的，如图8和图10所示，电流检测单元20包括电阻r7，电阻r7与电机10串联连接。具体的，电流检测单元20可以通过电阻r7对电机10的电机电流进行检测。
[0067]
可选的，耦合单元30包括耦合元件31即耦合电容c3和滤波放大电路；耦合电容c3的一端连接电阻r7与电机10的串联节点，耦合电容c3的另一端连接滤波放大电路。具体的，耦合单元30可以通过耦合电容c3实现对电机电流的耦合生成对应的电压信号，同时经过耦合电容c3的电压信号需要经过滤波放大以获取最后的质量满足要求的电压信号。
[0068]
可选的，滤波放大电路包括第一滤波放大电路32和第二滤波放大电路33；第一滤波放大电路32包括电阻r1、电阻r3、电阻r4、电容c1、电容c4和运算放大器ic1a，运算放大器ic1a的反相端经串联连接的电阻r4和电阻r3与电容c3相连接，运算放大器ic1a的反相端经电容c1连接运算放大器ic1a的输出端，电阻r4和电阻r3的串联节点经电容c4接地、并经电阻r1连接运算放大器ic1a的输出端，运算放大器ic1a的同相端连接以第一参考电压；和/或第二滤波放大电路33包括电阻r6、电阻r5、电阻r2、电容c2、电容c5和运算放大器ic1b，运算放大器ic1b的反相端经串联连接的电阻r5和电阻r6与运算放大器ic1a的输出端相连接，运算放大器ic1b的反相端经电容c2连接运算放大器ic1b的输出端，电阻r5和电阻r6的串联节点经电容c5接地、并经电阻r2连接运算放大器ic1b的输出端，运算放大器ic1b的同相端连接以第二参考电压。具体的，连接耦合电容c3的滤波放大电路可以为一级放大滤波，也可以为两级放大滤波，其具体的电路可以运算放大器ic1a和运算放大器ic1b，及其外围电路。
[0069]
可选的，如图7和图9所示，电压信号处理单元40包括比较单元41和采样单元42；比较单元41用于根据电压信号生成对应的电平信号，并获取电平信号的脉冲周期，以根据电平信号的脉冲周期获取换向电流变化周期，采样单元42用于获取电压信号的波峰以及以波峰为起点对应的实时变化率，获取实时变化率小于预设值的目标波峰的相邻间隔时间，以获取换向电流变化周期；具体的，在一实施例中，可以通过采样单元42对耦合单元30输出的电压信号进行数字采样，以获取其满足要求的峰值，判定该峰值与换向电流对应，根据该峰值周期即为电刷换向过程中的换向电流变换周期。在另一实施例中，还可以通过比较单元41利用一个基准电压同电压信号进行比较，生成对应的电平信号，获取到的该电平信号的脉冲周期即为对应的换向电流变化周期。
[0070]
进一步的，在一实施例中，比较单元包括比较器ic1c，比较器ic1c的同相输入端连接耦合单元，比较器ic1c的反相输入端连接一基准电压，比较器ic1c的输出端连接处理器。具体的，可以通过比较器ic1c的反相端输入基准电压，将耦合单元输出的电压信号与基准电压比较，即可得到对应的电平脉冲。在另一实施例中，采样单元与处理器集成于一控制芯片。即可以理解为采样单元集成于处理器中。
[0071]
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。