霍尔开关的车载电动机实时处理系统
随着汽车电子化程度的提高,车载执行器日渐增多,其中,车载电动机数量就颇为繁多。对乘用车而言,车载电动装置大量应用在前照灯、车门、座椅、雨刮器等部位。但是其中多数都不具备自动停转功能,由此带来电动机转动遭卡时无法立即切断电源,这会带来包括机件断裂或电机烧毁在内的严重事故,乃至人员受伤的灾难性后果。
要防止此类情况的发生,就有赖于对电动机的异常进行实时地处理。通常对于电动机遭卡的情况,可以通过检测电机轴速得以识别,例如:车门。上的防夹播窗机电控单元采用霍尔式开关传感器,测算输出脉冲频率,或采用电流检测器比较电机电流与预设安全阈值的大小,进而实现实时防夹控制。
开关型霍尔是磁敏接近式传感器,是一种可靠性高、无接触、清洁型传感器,在位置传感、旋转测量等方面得到了广泛应用。然而,车门摇窗机普遍使用的有刷电动;机迫使这种设计需在电动机轴上另外加装感应磁钢,以供附近的一个霍尔开关识别电机状态。这不仅降低了可靠性,而且灵敏度也不高。另一种方案是利用传统或磁集极霍尔开关检测电机电流大小,但其同样需要在线圈中加铁芯与磁芯等铁磁材料,结构依然繁杂团。
为保证电机电枢顺利换相,无刷电机固有的转子位置检测的功能通常需通过霍尔开关提供。如果把它作为防夹式电动机,可以省去有刷直流电动机中额外附加的霍尔检测元件,直接从换相信息加工得到电机轴转速信息,获知电机的异常工况以便于实时防护。
近几年,国内外在无刷直流电动机这一领域上的很多研究均侧重于将交流电机的一些方法与实践推广应用于无刷直流电机,其中包括:
1)无传感器设计与反电势获取;
2)转速的观测与控制;
3)转矩的观测与控制;
4)其他参数检测与辨识。
虽然也有涉及电机故障的研究,然而,针对无刷直流电机在遭卡这一高危工况下的实时检测处理的研究仍为空白,而这一课题对系统与人员的安全是至关重要的。
应用
本系统采用图2所示位置传感器,由2只霍尔元件组成,它可用于开关状态下四相半控电路的直流永磁无刷电动机,并可控制正反转。2只霍尔元件H1,H2以90°电角度间隔安置于定子绕组AA和BB的轴线上,作为位置传感器定子。电动机本体的定子绕组由4个彼此成90°电角度间隔的集中线圈构成。在这里,转子磁钢既作为电动机转子的磁极,同时又作为霍尔元件的励磁磁场的磁极,即位置传感器的转子。霍尔元件的输出信号经逻辑处理后加在与定子绕组相联的功率开关晶体管的基极上。
霍尔式位置传感器既保证电动机正常运转所需的换相逻辑操作,也为本地实时检测电动机异常提供依据。图3所示为控制逻辑与驱动电路。图中,若电机正转,则传感器信号X1Y1X2Y2依次循环置高,与此对应,相继导通图2或图3所示的绕组AA',BB',CC’,DD’。相似的,若电机反转,则_上述绕组导通顺序将颠倒。单片机输出量Q2Q1等于01时,电机正转;等于10时,电机反转;等于00或11时,电机将停转。计算机系统可利用此特点进行实时事态保护。
要防止此类情况的发生,就有赖于对电动机的异常进行实时地处理。通常对于电动机遭卡的情况,可以通过检测电机轴速得以识别,例如:车门。上的防夹播窗机电控单元采用霍尔式开关传感器,测算输出脉冲频率,或采用电流检测器比较电机电流与预设安全阈值的大小,进而实现实时防夹控制。
开关型霍尔是磁敏接近式传感器,是一种可靠性高、无接触、清洁型传感器,在位置传感、旋转测量等方面得到了广泛应用。然而,车门摇窗机普遍使用的有刷电动;机迫使这种设计需在电动机轴上另外加装感应磁钢,以供附近的一个霍尔开关识别电机状态。这不仅降低了可靠性,而且灵敏度也不高。另一种方案是利用传统或磁集极霍尔开关检测电机电流大小,但其同样需要在线圈中加铁芯与磁芯等铁磁材料,结构依然繁杂团。
为保证电机电枢顺利换相,无刷电机固有的转子位置检测的功能通常需通过霍尔开关提供。如果把它作为防夹式电动机,可以省去有刷直流电动机中额外附加的霍尔检测元件,直接从换相信息加工得到电机轴转速信息,获知电机的异常工况以便于实时防护。
近几年,国内外在无刷直流电动机这一领域上的很多研究均侧重于将交流电机的一些方法与实践推广应用于无刷直流电机,其中包括:
1)无传感器设计与反电势获取;
2)转速的观测与控制;
3)转矩的观测与控制;
4)其他参数检测与辨识。
虽然也有涉及电机故障的研究,然而,针对无刷直流电机在遭卡这一高危工况下的实时检测处理的研究仍为空白,而这一课题对系统与人员的安全是至关重要的。
应用
本系统采用图2所示位置传感器,由2只霍尔元件组成,它可用于开关状态下四相半控电路的直流永磁无刷电动机,并可控制正反转。2只霍尔元件H1,H2以90°电角度间隔安置于定子绕组AA和BB的轴线上,作为位置传感器定子。电动机本体的定子绕组由4个彼此成90°电角度间隔的集中线圈构成。在这里,转子磁钢既作为电动机转子的磁极,同时又作为霍尔元件的励磁磁场的磁极,即位置传感器的转子。霍尔元件的输出信号经逻辑处理后加在与定子绕组相联的功率开关晶体管的基极上。
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