[发明专利]一种霍尔位置传感器故障急救方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机的故障处理方法，具体地说,涉及一种霍尔位置传感器故障急救方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术、微电子技术以及新型磁性材料的发展，无刷直流电机以其体积小、重量轻、效率高、力矩大、调速性能好的特点，在航空、航天、数控机床、机器人等领域获得了广泛应用。无刷直流电机基本结构由电机本体、控制器、位置传感器组成。位置传感器的作用是检测主转子在运动过程中的位置，将转子磁钢磁极的位置信号转换为电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，以控制它们的导通与截止，使电动机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换相，形成气隙中步进式的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断地旋转。传统有刷直流电机永磁体磁极或励磁绕组位于定子上，电枢位于转子上，它通过碳刷和换相器进行换相，无需控制器干预。无刷直流电机转子采用高剩余磁感应强度和大矫顽力的稀土永磁材料，每对磁极各占180°电角度；而电枢位于定子上，通过三相交变电流，产生旋转磁势，驱动转子旋转。由于取消了换相器结构，无刷直流电机控制器必须能获悉当前转子的位置，以控制磁势的方向，从而使电机旋转。

位置传感器种类很多，有电磁式、光电式、磁敏式等；它们各具特点，然而由于磁敏式霍尔位置传感器具有结构简单、体积小、安装灵活方便、易于机电一体化等优点，得到越来越广泛的应用。无刷直流电机通常采用三相结构，霍尔位置传感器数目与电机相数相等，每隔120°电角度均匀分布，因此无刷直流电机通常装有三个霍尔位置传感器，用于指示当前转子位置。霍尔位置传感器输出信号在磁极方向变化时翻转。由于霍尔位置传感器间隔120°电角度，而每隔磁极占180°电角度，也即不会出现三个霍尔位置传感器位于同一磁极下的情况，对应于传感器输出信号也即三路信号不可能相同。因此，三路霍尔传感器信号HA、HB、HC只可能出现“001”～“110”六种状态，每种霍尔状态持续60°电角度。电机控制器通过读取这三路传感器信号来不断地控制定子磁场方向，从而驱动电机旋转。无刷直流电机采用三相全桥结构，导通方式为“两两导通”。采用这种拓扑结构，通过不同的开关组合产生不同的磁势，因此，只要获得传感器信号与开关组合的正确开关关系即换相表就可以驱动电机可靠旋转。如霍尔位置传感器故障造成换相错误，极有可能导致电机堵转，使电机绕组承受很大的电流，造成电机控制器甚至电机的损坏。位置传感器一般安装在电机本体内部，易受冲击，不易散热，且容易受到电机强磁场的影响，是无刷直流电机最薄弱的环节之一。无刷直流电机常用于一些需要长时间连续、稳定运行的场合，如燃油泵、电动舵机等；因此当发生故障后，电机的工作状态不允许立即停机，此时就要求有一种急救方式使电机继续运行，直到允许停止的时候更换相应的故障元件。对于霍尔位置传感器故障现在的处理方式仅是当检测到三路霍尔传感器出现全零或全一时，立即停止电机工作且不可恢复。这种处理方式过于粗略，若此时电机为关键元件，这样的处理方式会使系统立即瘫痪，可能造成灾难性的后果。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种霍尔位置传感器故障急救方法,该方法能够在不改变硬件电路的基础上，仅靠软件来实现故障系统的急救，且能够保证无刷直流电机在发生霍尔位置传感器故障后可继续工作，直到系统允许停止时刻，方法简单实用。

本发明霍尔位置传感器故障急救方法,其特点是包括以下步骤:

步骤1.对变量进行初始化；在电机运行过程中，三路霍尔位置传感器最多可能出现八种状态，其中全零或全一状态为故障状态，用一维数组HALL[8]来代表霍尔位置传感器可能出现的八种状态，初值均赋0；

步骤2.以电机转动两圈作为一个检测周期，若出现了一种霍尔位置传感器的状态，则给相应的变量HALL[x](x=0～7)赋1；

步骤3.观察数组HALL[8]的值；

（1）若是HALL[1]～HALL[6]均为1，且HALL[0]和HALL[7]的值为0，则表示电机无故障；

（2）若是HALL[1]～HALL[6]部分为0，且HALL[0]和HALL[7]的值为1，则表示电机有故障；

（3）当电机有故障时，通过分析HALL[1]～HALL[6]中为0的状态，分析确定哪一路霍尔位置传感器出现故障；

步骤4.在无刷直流电机运行过程中，检测三路霍尔位置传感器的开关状态，记录每一路霍尔位置传感器实时的开通时间；