无刷直流电机用于汽车节气门的单步运动的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车节气门技术，特别是无刷直流电机用于汽车节气门的单步运动。
【背景技术】
[0002]在电一电式AMT系统中，执行电动机选用了无刷直流电动机和机械行程控制技术，就是通过一定的机械装置一减速机构将运动和动力分别传递到油门拉丝上，从而对油门开闭进行控制。油门控制的特点为要求在一定时间内能够完成O?100%油门开度范围内任意的开度变化，在正常行驶工况跟踪加速踏板行程，完成驾驶员对发动机的控制意图；起步时配合节气门器实现加油；换档时完成由于动力中断和恢复而需要的收油和加油工作。在机械行程控制技术中对无刷直流电动机进行步进控制和大扭矩精确自锁控制技术。其特征是单片机通过软件控制电机绕组、电压极性和电压大小，控制电机运行步数、速度和旋转方向。
[0003]传统的无刷直流电机驱动器只实现了电机的正转、反转、制动等简单的运动，单步运动只是步进电机的特性，对于需要使用无刷直流电机作精确控制的场合就难以适应。
[0004]本设计根据电机的级数实现类似步进电机的粗单步运动方式,每运动一个单步，电机旋转一个角度(例如:4级数电机的每个单步就是30度)，电机的位置通过读取3相霍尔开关量传感器的值确定。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种无刷直流电机用于汽车节气门的单步运动。
[0006]本发明的目的是这样实现的，无刷直流电机用于汽车节气门的单步运动，其特征是:包括驱动电路和无刷电机，无刷电机连接在壳体上，直流无刷电机的输出轴与齿轮减速装置连接；磁铁嵌装在传感轴的轴端，线性霍尔传感器用于检测节气门的位置，线性霍尔传感器设置在与磁铁6对应的位置；齿轮减速装置输出轴连接汽车节气门机构，其中，驱动电路:包含Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6共6个M0SFET，Q1、Q3、Q5 为上臂，连接电源正，Q2、Q4、Q6 为下臂，连接电源地，UH、UL、VH、VL、WH、WL连接MCU，用来控制6个MOSFET的导通或关断；UH和UL控制U相的输出，若要U相连接电源正时UH控制Ql打开，UL控制Q2关闭；若要U相连接电源地时UH控制Ql关闭，UL控制Q2打开；若要U相悬空时UH控制Ql关闭，UL控制Q2关闭；所述的无刷电机:电机由定子和转子组成，定子为线圈绕组与电机外壳固定连接U、V、W三相构成回路，转子由永磁体组成；通过给U、V、W供电在电机内形成磁场，不断改变磁场方向，转子就会在磁场的作用下转动；通过霍尔传感器检测磁铁的位置和控制电机U、V、W三相电压，使电机单步转动。
[0007]所述的电机单步转动，为两次三相自锁状态，电机U、V、W三相同时工作，两相打开上管或下管，一相打开下管或上管；通过打开Q1、Q3、Q6和关闭Q2、Q4、Q5来控制U+和V+接通电源正，W+接通电源地，这样U+到U-上产生正向磁场，V+到V-上产生正向磁场，W+到w-上产生反向磁场,最终的磁场方向为三相矢量和,在这样的固定不变的磁场中，转子上的永磁体受到磁场作用会保持固定的位置不动，然后打开Q1、Q4、Q6和关闭Q2、Q3、Q5来控制U+接通电源正，V+和W+接通电源地，这样U+到U-上产生正向磁场，V+到V-上产生反向磁场，W+到W-上也产生反向磁场,转子在新的磁场作用下转动到当前磁场方向上，当前磁场方向与上一磁场方向成一夹角，一个单步即转动这个夹角，至此完成单步转动。
[0008]所述的电机单步转动，电机采用两相自锁，每次电机U、V、W中的两相同时工作，控制只打开两相，其合力方向决定磁场方向。
[0009]本发明的优点是:
1.精度闻，提闻控制精度；
2.扭矩可调，便于控制。
【附图说明】
[0010]下面结合实施例附图对本发明作进一步说明:
图1是本发明实施例电路控制示意图；
图2和图3是单步控制过程示意图；
图3为两相自锁方式；
图4是本发明实施例时序图。
[0011]图5是节气门装置控制流程图。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示，无刷直流电机用于汽车节气门的单步运动，其特征是:包括驱动电路和无刷电机，无刷电机连接在壳体上，直流无刷电机的输出轴与齿轮减速装置连接；磁铁嵌装在传感轴的轴端，线性霍尔传感器(用于检测节气门的位置)设置在与磁铁6对应的位置；齿轮减速装置输出轴连接汽车节气门机构，其中，驱动电路:包含Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6共6个MOSFET, Q1、Q3、Q5为上臂，连接电源正，Q2、Q4、Q6为下臂，连接电源地，UH、UL、VH、VL、WH、WL连接MCU，用来控制6个MOSFET的导通或关断；UH和UL控制U相的输出，若要U相连接电源正时UH控制Ql打开，UL控制Q2关闭；若要U相连接电源地时UH控制Ql关闭，UL控制Q2打开；若要U相悬空时UH控制Ql关闭，UL控制Q2关闭；所述的无刷电机:电机由定子和转子组成，定子为线圈绕组与电机外壳固定连接U、V、W三相构成回路，转子由永磁体组成；通过给U、V、W供电在电机内形成磁场，不断改变磁场方向，转子就会在磁场的作用下转动；通过霍尔传感器检测磁铁的位置和控制电机U、V、W三相电压，使电机转动。
[0013]如图2所示，假设当前电机位置为位置1，目标位置为位置2，则在电机处于位置I时直接控制打开Ql、Q4、Q6，关闭Q2、Q3、Q5，使得U相产生正向磁场，V和W相产生反向磁场，其矢量和指向为位置2，如图3所示磁场使得电机转动到位置2。
[0014]如图4所示，电机单步转动，为两次三相自锁状态，电机U、V、W三相同时工作，两相打开上管或下管，一相打开下管或上管；通过打开Q1、Q3、Q6和关闭Q2、Q4、Q5来控制U+和V+接通电源正，W+接通电源地，这样U+到U-上产生正向磁场，V+到V-上产生正向磁场，W+到W-上产生反向磁场,最终的磁场方向为三相矢量和,在这样的固定不变的磁场中，转子上的永磁体受到磁场作用会保持固定的位置不动，然后打开Ql、Q4、Q6和关闭Q2、Q3、Q5来控制U+接通电源正，V+和W+接通电源地，这样U+到U-上产生正向磁场，V+到V-上产生反向磁场，W+到W-上也产生反向磁场，转子在新的磁场作用下转动到当前磁场方向上，当前磁场方向与上一磁场方向成一夹角，一个单步即转动这个夹角，至此完成单步转动。
[0015]所述的电机自锁为两相自锁，每次电机U、V、W中的两相同时工作，控制只打开两相，其合力方向决定磁场方向。
[0016]如图5所示，节气门装置控制流程为:
1.上电；
2.检测上位机指令；
3.没有收到指令返回第2步，收到进入下一步；
4.根据指令内容决定控制策略，配置相关参数控制电机；
5.读取减速机构线性霍尔传感器值；
6.将当前位置信息上传给上位机；
7.如果已到达指令要求的位置则进入下一步，否则返回第4步继续控制电机指令完成，控制电机停止并返回第2步。
【主权项】
1.无刷直流电机用于汽车节气门的单步运动，其特征是:包括驱动电路和无刷电机，无刷电机连接在壳体上，直流无刷电机的输出轴与齿轮减速装置连接；磁铁嵌装在传感轴的轴端，线性霍尔传感器用于检测节气门的位置，线性霍尔传感器设置在与磁铁对应的位置；齿轮减速装置输出轴连接汽车节气门机构，其中，驱动电路:包含Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6共6个MOSFET，Ql、Q3、Q5为上臂，连接电源正，Q2、Q4、Q6为下臂，连接电源地，UH、UL、VH、VL、WH、WL连接MCU，用来控制6个MOSFET的导通或关断；UH和UL控制U相的输出，若要U相连接电源正时UH控制Ql打开，UL控制Q2关闭；若要U相连接电源地时UH控制Ql关闭，UL控制Q2打开；若要U相悬空时UH控制Ql关闭，UL控制Q2关闭；所述的无刷电机:电机由定子和转子组成，定子为线圈绕组与电机外壳固定连接U、V、W三相构成回路，转子由永磁体组成；通过给U、V、W供电在电机内形成磁场，不断改变磁场方向，转子就会在磁场的作用下转动；通过霍尔传感器检测磁铁的位置和控制电机U、V、W三相电压，使汽车节气门的单步运动。
2.根据权利要求1所述的无刷直流电机用于汽车节气门的单步运动，其特征是:汽车节气门的单步运动控制流程为: .1.上电； . 2.检测上位机指令；. 3.没有收到指令返回第2步，收到进入下一步；. 4.根据指令内容决定控制策略，配置相关参数控制电机；. 5.读取减速机构线性霍尔传感器值；. 6.将当前位置信息上传给上位机；. 7.如果已到达指令要求的位置则进入下一步，否则返回第4步继续控制电机指令完成，控制电机停止并返回第2步。
【专利摘要】本发明涉及无刷直流电机用于汽车节气门的单步运动，其特征是：包括驱动电路和无刷电机，无刷电机连接在壳体上，直流无刷电机的输出轴与齿轮减速装置连接；磁铁嵌装在传感轴的轴端，线性霍尔传感器用于检测节气门的位置，线性霍尔传感器设置在与磁铁对应的位置；齿轮减速装置输出轴连接汽车节气门机构，流程如下：1、上电；2、检测上位机指令；3、没有收到指令返回第2步，收到进入下一步；4、根据指令内容决定控制策略，配置相关参数控制电机；5、读取减速机构线性霍尔传感器值；6、将当前位置信息上传给上位机；7、如果已到达指令要求的位置则进入下一步，否则返回第4步继续控制电机指令完成，控制电机停止并返回第2步。
【IPC分类】H02K7-116, H02P7-18
【公开号】CN104660122
【申请号】CN201310600873
【发明人】潘亚敏, 陈创
【申请人】陕西国力信息技术有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月25日