CN104660125A - 无刷直流电机用于汽车选档的单步运动 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无刷直流电机用于汽车选档的单步运动，包括驱动电路和无刷电机，其特征是：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；所述的电机单步转动，通过三相自锁工作或二相自锁工作。本发明的优点是：精度高，扭矩可调，便于控制。

Description

无刷直流电机用于汽车选档的单步运动

技术领域

本发明涉及一种汽车选档技术，特别是无刷直流电机用于汽车选档的单步运动。

背景技术

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—减速机构将运动和动力分别传递到换档拨叉上，从而对换档进行控制。此项控制特点是无刷直流电机，按照换档时序要求，通过减速机驱动选换档拨叉，完成选换档控制。为了保证选档的速度和精度，机械行程控制技术采用了开环+闭环的控制方法，开环部分是为了运行速度，闭环是保证控制的精度。控制上的特征分为机械机构连接和机械行程控制技术，电机机械机构在实现过程中有诸多的非线性时变、外界干扰情况，机械行程控制技术很好实现了目标指令快速准确跟踪，而传统的线性控制理论难以很好地解决问题。

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。

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

本发明的目的是提供一种无刷直流电机用于汽车选档的单步运动。

本发明的目的是这样实现的，无刷直流电机用于汽车选档的单步运动，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选档拨叉的位置，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选档机构，其特征是：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；所述的电机单步转动，通过三相自锁工作或二相自锁工作，其中，驱动电路：包含Q1、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，通过三相自锁工作时，电机U、V、W三相同时工作，两相打开上臂或下臂，一相打开下臂或上臂；通过打开Q1、Q3、Q5和关闭Q2、Q4、Q6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，如果在外力作用下转动但电机霍尔值不变时该磁场会形成对外力的阻力，外力消失后转子也能恢复到转动前的位置，当外力作用下转动使得电机霍尔值变化时，芯片会通过控制三相的导通状态改变磁场方向以适应新的位置继续对外力形成阻力；所述的电机单步转动，通过二相自锁工作，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。

 本发明的优点是：

1.  精度高，提高控制精度；

2.  扭矩可调，便于控制。

附图说明

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。

图5是选档装置控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，无刷直流电机用于汽车选档的单步运动，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选档拨叉的位置，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选档机构，其特征是：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；驱动电路：包含Q1、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Q1打开，UL控制Q2关闭；若要U相连接电源地时UH控制Q1关闭，UL控制Q2打开；若要U相悬空时UH控制Q1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，使电机自锁；所述的电机单步转动，通过三相自锁工作或二相自锁工作，其中，通过三相自锁工作时，电机U、V、W三相同时工作，两相打开上臂或下臂，一相打开下臂或上臂；通过打开Q1、Q3、Q5和关闭Q2、Q4、Q6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，如果在外力作用下转动但电机霍尔值不变时该磁场会形成对外力的阻力，外力消失后转子也能恢复到转动前的位置，当外力作用下转动使得电机霍尔值变化时，芯片会通过控制三相的导通状态改变磁场方向以适应新的位置继续对外力形成阻力；所述的电机单步转动，通过二相自锁工作，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。

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1时直接控制打开Q1、Q3、Q5，关闭Q2、Q4、Q6，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。

图4a和图4b是6个MOSFET Q1～Q6的控制打开和关闭时序图。

如图5所示，选档装置控制流程为：

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。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (1)

1.无刷直流电机用于汽车选档的单步运动，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选档拨叉的位置，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选档机构，其特征是：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；所述的电机单步转动，通过三相自锁工作或二相自锁工作，其中，驱动电路：包含Q1、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，通过三相自锁工作时，电机U、V、W三相同时工作，两相打开上臂或下臂，一相打开下臂或上臂；通过打开Q1、Q3、Q5和关闭Q2、Q4、Q6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，如果在外力作用下转动但电机霍尔值不变时该磁场会形成对外力的阻力，外力消失后转子也能恢复到转动前的位置，当外力作用下转动使得电机霍尔值变化时，芯片会通过控制三相的导通状态改变磁场方向以适应新的位置继续对外力形成阻力；所述的电机单步转动，通过二相自锁工作，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。