无刷电机的缺相检测方法、装置及无刷电机驱动系统与流程

1.本技术属于电路故障检测技术领域，尤其涉及一种无刷电机的缺相检测方法、装置及无刷电机驱动系统。


背景技术：

2.目前，在无刷电机驱动系统中无刷直流电机(brushless direct current motor,bldc)六步控制法是经济简单的控制策略，该方法不用采样相电流，只需采样母线电流即可完成电机的控制，因此节约了成本。但也让检测电机是否缺相变得困难，目前市场上常用外部电路来辅助判断，这无疑增加了系统的复杂性。大多数方案是在特定模式下进行识别的，无法在工作中进行检测，少数方案虽然能在运行中检测，但是当负载较轻转速较低时，因为各相扇区电流都接近零，因此有可能因此误判或者检测失效，导致无法有效进行保护，在缺相的情况下电机的运行会出现不可控的情况，此时会给设备甚至是人员带来极大的安全隐患。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种无刷电机的缺相检测方法、装置及无刷电机驱动系统，旨在解决无刷电机驱动系统存在难以实现缺相检测的问题。
4.本技术实施例的第一方面提供了一种无刷电机的缺相检测方法，所述缺相检测方法包括：采集流经所述无刷电机的母线电流；根据所述母线电流及所述无刷电机的导通相序，得到各相的相电流值；其中，得到的所述各相的相电流值的数量相等；将各个所述相电流值分别进行计算得到与所述无刷电机中各相绕组对应的电流参数；将各个所述电流参数均与预设阈值进行对比，确定所述无刷电机是否缺相。
5.其中一实施例中，所述采集所述无刷电机的母线电流，具体包括：采集所述无刷电机处在不同扇区的母线电流；其中，所述不同扇区包括至少三个连续扇区，每一所述扇区与所述无刷电机的导通相序一一对应。
6.其中一实施例中，所述将各个所述相电流分别进行计算得到与各相绕组对应的电流参数，具体包括：将各个所述相电流的绝对值分别进行积分，得到对应的电流积分参数；将属于同一相绕组的所述电流积分参数进行累加，得到与各相绕组对应的积分累加参数，以所述积分累加参数作为所述电流参数。
7.其中一实施例中，所述将各个所述相电流分别进行计算得到与各相绕组对应的电流参数，具体包括：将得到的属于同一相绕组的所述相电流的绝对值进行累加，得到与各相绕组对应的电流累加参数，以所述电流累加参数作为所述电流参数。
8.其中一实施例中，所述将各个所述电流参数均与预设阈值进行对比，确定所述无刷电机是否缺相，具体包括：将各个所述电流参数均与所述预设阈值进行对比，当某一相绕组对应的所述电流参数小于所述预设阈值时，则确定所述无刷电机处于缺相状态。
9.其中一实施例中，所述缺相检测方法还包括：每间隔预设时长对所述无刷电机工
作的扇区进行检测；当连续两次检测到所述无刷电机工作在同一扇区时，则控制所述无刷电机强制换相。
10.其中一实施例中，所述预设时长大于或等于所述无刷电机的最大换相周期。
11.其中一实施例中，所述缺相检测方法还包括：当所述电流参数均小于所述预设阈值时，则判定所述无刷电机处于不在位状态。
12.本技术实施例的第二方面提供了一种缺相检测装置，应用于无刷电机驱动系统，所述无刷电机驱系统包括三相驱动电路，所述三相驱动电路用于驱动所述无刷电机转动，所述缺相检测装置包括：采样模块，用于采集流经所述无刷电机的母线电流；第一计算模块，用于根据所述母线电流及所述无刷电机的导通相序，得到各相的相电流值；其中，所述各相的相电流值的数量相等；第二计算模块，用于将各个所述相电流值分别进行计算得到与所述无刷电机中各相绕组对应的电流参数；分析模块，用于将各个所述电流参数均与预设阈值进行对比，确定所述无刷电机是否缺相。
13.本技术实施例的第三方面提供了一种无刷电机驱动系统，包括三相驱动电路、采样电路和控制电路；所述控制电路用于控制所述三相驱动电路为无刷电机供电，以驱动所述无刷电机工作；所述控制电路还用于通过所述采样电路获取所述三相驱动电路的相关参数，以执行如权利要求1-8任一项所述的缺相检测方法。
14.本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本技术通过采集流经无刷电机的母线电流，根据该母线电流和无刷电机的导通相序，确定一定数量的各相的相电流值，并根据该一定数量的各相的相电流值计算该无刷电机中各相绕组对应的电流参数，最后根据各相绕组对应的电流参数和预设阈值的比较结果，确定该无刷电机的缺相情况。本技术的方法无需增加额外的检测电路，仅需要根据母线电流和无刷电机的导通相序，就能获取该无刷电机各相绕组的电流参数，并最终确定缺相结果，且因为根据一定数量的各相的相电流值计算该无刷电机个绕组对应的电流参数，因此可以在无刷电机处于负载较低的运行状态时对其缺相状态进行检测。
附图说明
15.图1为本技术一实施例提供的无刷电机的缺相检测方法的流程图；
16.图2为三相驱动电路的示例电路图；
17.图3为图1所示的缺相检测方法的步骤s300的具体流程图；
18.图4为本技术一实施例提供的缺相检测装置的结构示意图；
19.图5为本技术一实施例提供的无刷电机驱动系统的结构示意图。
20.上述附图说明：10、无刷电机驱动系统；11、三相驱动电路；12、采样电路；13、控制电路；20、无刷电机；30、缺相检测装置；31、采样模块；32、第一计算模块；33、第二计算模块；34、分析模块。
具体实施方式
21.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术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仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
22.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.图1示出了本技术一实施例提供的无刷电机的缺相检测方法的流程图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
25.无刷电机的缺相检测方法，包括步骤s100～s400。
26.步骤s100：采集流经无刷电机20的母线电流。
27.步骤s200：根据母线电流及无刷电机20的导通相序，得到各相的相电流值。其中，得到的各相的相电流值的数量相等。
28.需要说明的是，在由三相电驱动的无刷电机驱动系统10的六步控制法中，无刷电机20包括三个电机相线(即包括a相、b相和c相)，无刷电机20(转子)可以工作在六个扇区，当无刷电机20工作在任意一个扇区时，无刷电机20都有对应的两相导通，即每一个扇区都有对应的导通相序，从而在无刷电机驱动系统10中产生母线电流，采集到的母线电流与对应导通的两相的相电流值的大小相等。同时，只有当得到的各相的相电流值的数量相等，才能保证避免因采集到的某一相的相电流过多，导致最终的结果不准确的问题。
29.其中，如图2所示，无刷电机驱动系统10的三相驱动电路11包括第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3、第四开关s4、第五开关s5和第六开关s6，第一开关s1的第一端与电源正极bat+连接，第一开关s1的第二端分别与第四开关s4的第一端以及无刷电机20的a相连接，第四开关s4的第二端与电源负极bat-连接；第二开关s2的第一端与电源正极bat+连接，第二开关s2的第二端分别与第五开关s5的第一端以及无刷电机20的b相连接，第五开关s5的第二端与电源负极bat-连接；第三开关s3的第一端与电源正极bat+连接，第三开关s3的第二端分别与第六开关s6的第一端以及无刷电机20的c相连接，第六开关s6的第二端与电源负极bat-连接。无刷电机驱动系统10的采样电路12包括采样电阻rs，采样电阻rs的第一端与电源负极bat-连接，采样电阻rs的第二端接地，通过采样电路12可以获得采样电流is，从而基于采样电流is可以得到母线电流。
30.六步控制法中两两导通换相表如表1所示：
31.转子位置扇区开关导通相序330
°‑
30
°
1s1-s5a+,b-30
°‑
90
°
2s1-s6a+,c-90
°‑
150
°
3s2-s6b+,c-150
°‑
210
°
4s2-s4b+,a-210
°‑
270
°
5s3-s4c+,a-270
°‑
330
°
6s3-s5c+,b-32.表1
33.以表1中的序号为1的扇区为例，“s1-s5”代表着当无刷电机20工作在此扇区时，第
一开关s1和第五开关s5导通，其余开关均关断；“a+,b
‑”
代表着在该扇区中，无刷电机20的a相和b相导通，同时无刷电机20中的电流从a相流入，并从b相流出，此时a相的相电流值的绝对值、b相的相电流值的绝对值均与母线电流值的绝对值相等，通过采集母线电流并基于无刷电机20的导通相序即可得到各相的相电流值。其他扇区以此类推，此处将不再赘述。
34.若其中一相绕组开路，则只要开路的这一相绕组通电时，母线电流就会近乎等于零，此时导通的两相的相电流也为零，因此通过对相电流进行检测，即可判断哪一相出现了开路。例如，当a相绕组开路，则当无刷电机20工作在序号为1、2、4和5的扇区时，检测到的相电流将为零。
35.步骤s300：将各个相电流值分别进行计算得到与无刷电机20中各相绕组对应的电流参数。
36.步骤s400：将各个电流参数均与预设阈值进行对比，确定无刷电机20是否缺相。
37.需要说明的是，当无刷电机20的转速较低或者负载较低时，即使无刷电机20正常工作，无刷电机20的母线电流和相电流也较小，无法直接通过各个相电流值分辨出哪一相绕组出现了故障，因此可以通过步骤s300和步骤s400，对相电流值进行处理，以便于找到故障的一相。本技术的缺相检测方法无需增加额外的检测电路，检测成本较低，且可以在无刷电机20的处于负载较低的运行状态时对其缺相状态进行检测。
38.在一实施例中，步骤s100具体包括：采集无刷电机20处在不同扇区的母线电流。其中，不同扇区包括至少三个连续的扇区，每一扇区与无刷电机20的导通相序一一对应。
39.根据表1所示，当对三个连续的扇区的母线电流进行采集时，可以得到的分别是a、b两相同时导通的母线电流、a、c两相同时导通的母线电流以及b、c两相同时导通的母线电流，因此当其中一相出现开路故障时，至少其中一个扇区对应的母线电流不为零。例如，当a相出现开路故障时，则b、c两相同时导通的母线电流(b、c两相的相电流值)则不为零，从而可以判断出是a相出现了故障。
40.在一实施例中，步骤s100具体包括：采集无刷电机20处在不同扇区的母线电流。其中，不同扇区包括六个连续扇区，每一扇区与无刷电机20的导通相序一一对应。
41.当对六个连续扇区进行六次采样时，最终每一相都能采集到对应的两个相电流值，采集到的数据越多，得到的结果就越准确。
42.如图3所示，在一实施例中，步骤s300具体包括步骤s310～s320：
43.步骤s310：将各个相电流的绝对值分别进行积分，得到对应的电流积分参数。
44.步骤s320：将属于同一相绕组的电流积分参数进行累加，得到与各相绕组对应的积分累加参数，以积分累加参数作为电流参数。
45.需要说明的是，在无刷电机20正常工作的情况下，通过步骤s310得到的各个相电流的绝对值基本相同，因此进行积分得到的电流积分参数也会相同。当某一相出现开路故障导致对应的相电流的绝对值接近零，最终进行积分得到的电流积分参数将远小于正常的数值。通过步骤s320对属于同一相绕组的电流积分参数进行累加得到的积分累加参数可以进一步体现出，各个相电流之间的区别，数值的差距更大。
46.在一实施例中，步骤s300具体包括：
47.将得到的属于同一相绕组的相电流的绝对值进行累加，得到与各相绕组对应的电流累加参数，以电流累加参数作为电流参数。
48.将属于同一相绕组的相电流的绝对值直接进行累加得到的电流累加参数也可以体现出各个之间的区别，对于相关计算设备的性能要求更低。
49.在一实施例中，步骤s400具体包括：
50.将各个电流参数均与预设阈值进行对比，当某一相绕组对应的电流参数小于预设阈值时，则确定无刷电机20处于缺相状态。
51.当某一相出现开路故障时，通过步骤s100～s300得到的电流参数中，该故障相对应的电流参数将明显小于其他相的电流参数，因此通过将电流参数与预设阈值进行对比可以快速找到故障的那一相，确定无刷电机20的状态。
52.在一实施例中，缺相检测方法还包括：在执行步骤s100～s400的同时，每间隔预设时长对无刷电机20工作的扇区进行检测。当连续两次检测到无刷电机20工作在同一扇区时，则控制无刷电机20强制换相。
53.需要说明的是，如果当转子因为无刷电机20的无法转动，则步骤s100～s400无法顺利执行。因此即使转子因故障无法转动也需要控制无刷电机20强制换相，才能够使得步骤s100～s400能够正常执行。
54.在一实施例中，预设时长大于或等于无刷电机20的最大换相周期。
55.需要说明的是，预设时长可以根据实际需求进行设置。最大换相周期为无刷电机20在正常工作某一个扇区的最大时长，以避免无刷电机20的强制换相影响无刷电机20的正常工作。示例性的，预设时长可以设置为10ms。
56.在一实施例中，缺相检测方法还包括：当电流参数均小于预设阈值时，则判定无刷电机20处于不在位状态。
57.当电流参数均小于预设阈值时即意味着，无刷电机20中有两相甚至三相都无法检测到相关的电流参数，则此时可以确定无刷电机20处于不在位状态。
58.在本技术实施例中，无刷电机驱动系统10的六步控制法中，无刷电机20(转子)可以工作在六个扇区，任意一个扇区都有两相导通，若其中一相绕组开路，则只要这一相绕组参与时，无刷电机驱动系统10的母线电流就会近乎等于零，此时导通的两相的相电流也为零，因此通过对相电流进行检测，即可判断哪一相出现了开路。
59.由于当无刷电机20的转速较低或者负载较低时，无刷电机20正常工作时的母线电流和相电流也较小，难以分辨哪一相绕组出现了故障，因此可以通过积分或者累加的方式，放大各个相电流的数值，以便于找到故障的一相。本技术实施例提供的方法无需增加额外的检测电路，且可以在无刷电机20的运行过程中对其缺相状态进行检测。
60.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
61.图4示出了本技术一实施例提供的缺相检测装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
62.缺相检测装置30，应用于无刷电机驱动系统10，如图2所示，无刷电机驱动系统10包括三相驱动电路11，三相驱动电路11用于驱动无刷电机20转动。如图4所示，缺相检测装置30包括：采样模块31、第一计算模块32、第二计算模块33和分析模块34。采样模块31用于采集流经无刷电机20的母线电流；第一计算模块32用于根据母线电流及无刷电机20的导通
相序，计算得到各相的相电流值；其中，各相的相电流值的数量相等；第二计算模块33用于将各个相电流值分别进行计算得到与无刷电机20中各相绕组对应的电流参数；分析模块34用于将各个电流参数均与预设阈值进行对比，确定无刷电机20是否缺相。
63.需要说明的是，当且仅当其中某一相对应的电流参数小于预设阈值时，无刷电机20处于缺相状态。当有多个电流参数小于预设阈值时，则无刷电机20处于不在位状态。
64.图5示出了本技术一实施例提供的无刷电机驱动系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
65.无刷电机驱动系统10，包括三相驱动电路11、采样电路12和控制电路13。控制电路13用于控制三相驱动电路11为无刷电机20供电，以驱动无刷电机20工作。控制电路13还用于通过采样电路12获取三相驱动电路11的相关参数，以执行如上述任一项实施例的缺相检测方法。
66.通过基本的采样电路12和控制电路13可以实现对无刷电机20是否处于缺相状态进行检测，所需成本较低。
67.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
68.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
69.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种无刷电机的缺相检测方法，其特征在于，所述缺相检测方法包括：采集流经所述无刷电机的母线电流；根据所述母线电流及所述无刷电机的导通相序，得到各相的相电流值；其中，得到的所述各相的相电流值的数量相等；将各个所述相电流值分别进行计算得到与所述无刷电机中各相绕组对应的电流参数；将各个所述电流参数均与预设阈值进行对比，确定所述无刷电机是否缺相。2.如权利要求1所述的缺相检测方法，其特征在于，所述采集所述无刷电机的母线电流，具体包括：采集所述无刷电机处在不同扇区的母线电流；其中，所述不同扇区包括至少三个连续扇区，每一所述扇区与所述无刷电机的导通相序一一对应。3.如权利要求1所述的缺相检测方法，其特征在于，所述将各个所述相电流分别进行计算得到与各相绕组对应的电流参数，具体包括：将各个所述相电流的绝对值分别进行积分，得到对应的电流积分参数；将属于同一相绕组的所述电流积分参数进行累加，得到与各相绕组对应的积分累加参数，以所述积分累加参数作为所述电流参数。4.如权利要求1所述的缺相检测方法，其特征在于，所述将各个所述相电流分别进行计算得到与各相绕组对应的电流参数，具体包括：将得到的属于同一相绕组的所述相电流的绝对值进行累加，得到与各相绕组对应的电流累加参数，以所述电流累加参数作为所述电流参数。5.如权利要求1或3或4所述的缺相检测方法，其特征在于，所述将各个所述电流参数均与预设阈值进行对比，确定所述无刷电机是否缺相，具体包括：将各个所述电流参数均与所述预设阈值进行对比，当某一相绕组对应的所述电流参数小于所述预设阈值时，则确定所述无刷电机处于缺相状态。6.如权利要求1所述的缺相检测方法，其特征在于，所述缺相检测方法还包括：每间隔预设时长对所述无刷电机工作的扇区进行检测；当连续两次检测到所述无刷电机工作在同一扇区时，则控制所述无刷电机强制换相。7.如权利要求6所述的缺相检测方法，其特征在于，所述预设时长大于或等于所述无刷电机的最大换相周期。8.如权利要求1或6所述的缺相检测方法，其特征在于，所述缺相检测方法还包括：当所述电流参数均小于所述预设阈值时，则判定所述无刷电机处于不在位状态。9.一种缺相检测装置，应用于无刷电机驱动系统，所述无刷电机驱系统包括三相驱动电路，所述三相驱动电路用于驱动所述无刷电机转动，其特征在于，所述缺相检测装置包括：采样模块，用于采集流经所述无刷电机的母线电流；第一计算模块，用于根据所述母线电流及所述无刷电机的导通相序，得到各相的相电流值；其中，所述各相的相电流值的数量相等；第二计算模块，用于将各个所述相电流值分别进行计算得到与所述无刷电机中各相绕组对应的电流参数；分析模块，用于将各个所述电流参数均与预设阈值进行对比，确定所述无刷电机是否
缺相。10.一种无刷电机驱动系统，其特征在于，包括三相驱动电路、采样电路和控制电路；所述控制电路用于控制所述三相驱动电路为无刷电机供电，以驱动所述无刷电机工作；所述控制电路还用于通过所述采样电路获取所述三相驱动电路的相关参数，以执行如权利要求1-8任一项所述的缺相检测方法。

技术总结
本申请涉及一种无刷电机的缺相检测方法、装置及无刷电机驱动系统。缺相检测方法包括：采集流经所述无刷电机的母线电流；根据所述母线电流及所述无刷电机的导通相序，得到各相的相电流值；其中，所述各相的相电流值的数量相等；将各个所述相电流值分别进行计算得到与所述无刷电机中各相绕组对应的电流参数；将各个所述电流参数均与预设阈值进行对比，确定所述无刷电机是否缺相。本申请的缺相检测方法无需增加额外的检测电路，检测成本较低，且可以在无刷电机的处于负载较低的运行状态时对其缺相状态进行检测。相状态进行检测。相状态进行检测。


技术研发人员：邓日阳 幸云辉 陈熙 王雷
受保护的技术使用者：深圳市正浩创新科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/20