电机转子初始位置和电机转子位置检测方法及装置与流程

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机转子初始位置和电机转子位置检测方法及装置。

背景技术：

交流伺服系统在分布式控制系统、机器人控制系统、车载设备控制、数控机床、工业自动化、电力系统等方面都具有广泛的应用。为实现高性能伺服系统的控制，要求电机转子位置的检测具有极高的精度，以此实现高性能控制电机的应用。

增量编码器用于将电机转子的旋转位移转换成周期性的电信号，再把电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。由于其具有响应快、体积小、价格便宜、结构简单等优点，而得到广泛应用。但增量编码器本身无法得知电机启动时电机转子的初始位置。

对电机转子初始位置的检测会影响后续对电机转子位置的计算，进一步影响电机控制的一系列算法的准确性和精度，最终对电机的运行效果产生影响。因此需要进行电机转子的初始位置检测。

传统的电机转子初始位置检测方法需要电机在启动瞬间产生微动，以此确定电机转子的初始位置，但此种方法会让电机产生小幅振动。

技术实现要素：

本发明旨在克服传统电机转子的初始位置检测方法需要电机在启动瞬间产生微动，会让电机产生小幅振动的缺陷，提供一种电机转子初始位置和电机转子位置的检测方法及其装置。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案，

一方面，本发明提供了一种电机转子初始位置检测方法，包括以下步骤：根据霍尔传感器对电机转子的检测结果确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围；计算所述角度范围的中值；将所述角度范围的中值设置为所述电机转子的初始位置。

一些实施例中，所述根据霍尔传感器对电机转子的检测结果确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围的步骤具体为：设置霍尔传感器对电机转子的检测信号输出与电机转子N极或S极所处的角度范围之间的映射表；根据所述映射表确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围。

第二方面，本发明提供一种电机转子位置检测方法，包括以下步骤：根据霍尔传感器对电机转子的检测结果确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围；计算所述角度范围的中值θ₀；当所述电机转子未经过增量编码器的零参考位时，使用以下公式计算得到电机转子位置：

其中，转子绝对位置为转子正转或逆转时绕过的码盘线数。

一些实施例中，所述电机转子位置检测方法还包括：

当所述电机转子经过所述增量编码器的零参考位后使用以下公式计算得到电机转子位置：

其中，增量编码器单圈值为电机转子的当前位置对应的码盘线数。

一些实施例中，所述根据霍尔传感器对电机转子的检测结果确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围的步骤具体为：设置霍尔传感器对电机转子的检测信号输出与电机转子N极或S极所处的角度范围之间的映射表；根据所述映射表确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围。

第三方面，本发明提供一种电子转子初始位置检测装置，包括：

角度范围确定模块，用于根据霍尔传感器对电机转子的检测结果确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围；中值计算模块，用于计算所述角度范围的中值；初始位置设置模块，用于将所述角度范围的中值设置为所述电机转子的初始位置。

一些实施例中，所述角度范围确定模块用于：设置霍尔传感器对电机转子的检测信号输出与电机转子N极或S极所处的角度范围之间的映射表；根据所述映射表确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围。

第四方面，本发明提供一种电机转子位置检测装置，包括：角度范围 确定模块，用于根据霍尔传感器对电机转子的检测结果确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围；中值计算模块，用于计算所述角度范围的中值θ₀；以及转子位置计算模块，用于当所述电机转子未经过增量编码器的零参考位时，使用以下公式计算得到电机转子位置：

其中，转子绝对位置为转子正转或逆转时绕过的码盘线数。

一些实施例中，所述转子位置计算模块还用于：当所述电机转子经过所述增量编码器的零参考位后使用以下公式计算得到电机转子位置：

其中，增量编码器单圈值为电机转子的当前位置对应的码盘线数。

一些实施例中，所述角度范围确定模块还包括：映射表设置子模块，用于设置所述霍尔传感器对电机转子的检测信号输出与电机转子N极或S极所处的角度范围之间的映射表；角度范围确定子模块，用于根据所述映射表确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的电机转子初始位置的检测方法及其装置，通过霍尔传感器对电机转子的检测结果确定电机转子N极或S极所处的角度范围，在电机无需运转的情况下，估算电机转子的初始位置。进一步在电机转子未经过增量编码器的零参考位时计算出电机转子位置。本发明通过提供较精确的电机转子初始位置，提高了电机控制的准确性，保证电机正常运转。

【附图说明】

图1为本发明一个实施例的电机转子初始位置检测方法的应用环境示意图；

图2为本发明一个实施例的电机转子初始位置检测方法的流程图；

图3为本发明一个实施例的电机转子初始位置检测装置的结构示意图；

图4为本发明一个实施例的电机转子初始位置检测方法的原理示意图；

图5为本发明另一个实施例的电机转子位置检测方法的流程图；

图6为本发明另一个实施例的电机转子位置检测装置的结构示意图。

附图标记：AX、BY、CZ-三相电枢绕组；H1、H2、H3-霍尔传感器；1-转子；S101、S1011、S1012、S102、S103-电机转子初始位置检测步骤；101-角度范围确定模块；1011-映射表设置子模块；1012-角度范围确定子模块；102-中值计算模块；103-初始位置设置模块；S201、S2011、S2012、S202、S203-电机转子位置检测步骤；201-角度范围确定模块；2011-映射表设置子模块；2012-角度范围确定子模块；202-中值计算模块；203-转子位置计算模块。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1，为本实施例的电机转子初始位置检测方法的应用环境示意图。

如图1所示，电机的定子为三相电枢绕组AX、BY、CZ，沿所述电机转子1的周向均匀分布。优选地，霍尔传感器为三个，三个霍尔传感器H1、H2和H3沿所述电机转子1的周向均匀分布，。进一步地，霍尔传感器H1、H2和H3分别设置在三相电枢绕组BZ、CX和AY的角平分线上。

本实施例采用三个霍尔传感器仅用以更好的解释本发明，并不用于限定霍尔传感器的数目，霍尔传感器可以为多个。

图2为本实施例的电机转子初始位置检测方法的流程图。

如图2所示，电机转子初始位置检测方法包括以下步骤：

S101：根据霍尔传感器对电机转子的检测结果确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围；

S102：计算所述角度范围的中值；

S103：将所述角度范围的中值设置为所述电机转子的初始位置。

进一步地，所述步骤S101具体可以为：

S1011：设置霍尔传感器对电机转子的检测信号输出与电机转子N极或S极所处的角度范围之间的映射表。

映射表的建立方式如下：

当所述霍尔传感器H1、H2或H3检测到所述电机转子1为N极时，输出的检测信号为1，霍尔传感器H1、H2或H3检测到所述转子1的S极时，输出的检测信号为0，由此建立映射表如表1所示：

表1：映射表

S1012：根据上述映射表确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围。

下面联系表1的映射表，并结合图4举例说明本发明的电机转子1的初始位置检测方法。图4为本实施例的电机转子初始位置检测方法的原理示意图。

如图4所示，电机静止时，读取三个霍尔传感器的位置输出信号，霍尔传感器H1检测到的电机转子1为N极，输出检测信号为1；霍尔传感器H2检测到的电机转子1为N极，输出检测信号为1；霍尔传感器H3检测到的电机转子1为S极，输出检测信号为0；所以霍尔传感器H1、H2、H3输出的位置信号分别是1、1、0。

根据表格1，转子2初始位置对应的区间为270°～330°，取其角度区域的中值300°为电机转子1的初始位置。

采用以上方法确定电机转子N极或S极所处的角度范围，电机无需运转，估算电机转子的初始位置误差不超过30度。

实施例2

请参阅图5，为本实施例的电机转子位置检测方法的流程图。

如图5所示，本发明提供的电机转子位置检测方法包括以下步骤：

S201：根据霍尔传感器对电机转子的检测结果确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围；

S202：计算所述角度范围的中值θ₀；

S203：计算电机转子位置。

所述步骤S203具体为：

当所述电机转子未经过增量编码器的零参考位时，使用以下公式计算得到电机转子位置：

其中，转子绝对位置为转子正转或逆转时绕过的码盘线数。

步骤S201和步骤S202与实施例1的步骤S101和步骤S102相同，此处不再赘述。

进一步地，所述步骤S203还可以包括：

当所述电机转子经过所述增量编码器的零参考位后使用以下公式计算得到电机转子位置：

其中，增量编码器单圈值为电机转子的当前位置对应的码盘线数。

本发明提供的电机转子位置检测方法，可以计算电机转子在经过所述增量编码器的零参考位前后的位置，保证电机的正常运转。

实施例3

请参阅图3，为本实施例的电机转子初始位置检测装置的结构示意图。

如图3所示，本发明提供的电机转子位置检测装置包括：

角度范围确定模块101，用于根据霍尔传感器对电机转子的检测结果确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围；

中值计算模块102，用于计算所述角度范围的中值θ₀；以及

初始位置设置模块103，用于将所述角度范围的中值设置为所述电机转子的初始位置。

进一步地，所述角度范围确定模块101还可以包括：

映射表设置子模块1011，用于设置所述霍尔传感器对电机转子的检测信号输出与电机转子N极或S极所处的角度范围之间的映射表；

角度范围确定子模块1012，用于根据所述映射表确定所述电机转子N 极或S极所处的角度范围。

映射表的建立与电机转子N极或S极所处的角度范围的确定与实施例1的步骤S1011和步骤S1012中该部分相同，此处不再赘述。

本发明提供的电机转子初始位置检测装置可以在电机无需运转时估算电机转子的初始位置，其误差不超过30度。

实施例4

请参阅图6，为本实施例的电机转子位置检测装置的结构示意图。

如图6所示，本发明提供的电机转子位置检测装置包括：

角度范围确定模块201，用于根据霍尔传感器对电机转子的检测结果确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围；

中值计算模块202，用于计算所述角度范围的中值θ₀；以及

转子位置计算模块203，当所述电机转子未经过增量编码器的零参考位时，使用以下公式计算得到电机转子位置：

其中，转子绝对位置为转子正转或逆转时绕过的码盘线数。

进一步地，所述角度范围确定模块201还可以包括：

映射表设置子模块2011，用于设置所述霍尔传感器对电机转子的检测信号输出与电机转子N极或S极所处的角度范围之间的映射表；

角度范围确定子模块2012，用于根据所述映射表确定所述电机转子N极或S极所处的角度范围。

映射表的建立与电机转子N极或S极所处的角度范围的确定与实施例1的步骤S1011和步骤S1012中该部分相同，此处不再赘述。

进一步地，所述转子位置计算模块203还可以包括：

当所述电机转子经过所述增量编码器的零参考位后使用以下公式计算得到电机转子位置：

其中，增量编码器单圈值为电机转子的当前位置对应的码盘线数。

本发明提供的电机转子位置检测装置，通过霍尔传感器对电机转子的 检测信号输出与电机转子N极或S极所处的角度范围之间的映射表可以在电机无需运转的情况下，估算电机转子的初始位置，进一步计算出电机转子位置，通过提供较精确的电机转子初始位置，提高了电机控制的准确性，保证电机正常运转。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。