近年來，國內(nèi)市場上電動(dòng)車使用的電機(jī)主要有三種：有刷電機(jī)、有位置傳感器無刷電機(jī)和無位置傳感器無刷電機(jī)。使用有刷直流電機(jī)容易解決換相問題，但是噪音大，而且碳刷容易磨損或損壞，這會(huì)增大維護(hù)、維修難度，增加使用成本；使用有傳感器無刷直流電機(jī)容易確定轉(zhuǎn)子位置，解決換相問題，但卻增大了電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和安裝難度，也增加了成本，并且傳感器容易損壞，導(dǎo)致電機(jī)的使用壽命縮短；無傳感器無刷直流電機(jī)換相雖然在技術(shù)上有難度，但在成本和壽命上更容易滿足消費(fèi)者需求。

綜合以上特點(diǎn)，本文討論的方案選擇了性價(jià)比較高的無傳感器無刷直流電機(jī)，以HT46R6?為主控芯片，用反電勢法(back eleCTRomotive force)實(shí)現(xiàn)電機(jī)正常換相，軟硬結(jié)合，使電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，從而提高產(chǎn)品的可靠性和使用壽命。

系統(tǒng)工作原理

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要由MCU、直流無刷電機(jī)、LCD液晶顯示屏、鍵盤、電源、時(shí)鐘等模塊組成。其中MCU采用臺(tái)灣HoLTEk公司生產(chǎn)的HT46R6?微處理器，以它作為系統(tǒng)核心，連同一些外圍硬件，并配合軟件共同控制直流無刷電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)良性能。例如通過MCU指令控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、剎車或制動(dòng)等。根據(jù)電機(jī)所轉(zhuǎn)圈數(shù)計(jì)量行程，并以數(shù)字形式呈現(xiàn)在液晶屏上，通過鍵盤操作方便查看行程以及其它系統(tǒng)信息。電源模塊主要用于在不需要顯示時(shí)切斷相應(yīng)部分電路，同時(shí)保存關(guān)鍵信息，以降低系統(tǒng)功耗。

圖1：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

由圖1可以看出，本驅(qū)動(dòng)控制器的主要功能大致分為三個(gè)部分：電機(jī)部分、行程計(jì)量以及LCD顯示，本文主要圍繞無傳感器電機(jī)的換相問題展開。

1. 反電勢換相原理

霍爾傳感器在電機(jī)中使用廣泛，帶位置傳感器直流無刷電機(jī)就是靠霍爾傳感器來確定轉(zhuǎn)子位置，以使定子各相繞組順序?qū)�通�?shí)現(xiàn)換相；而無傳感器直流無刷機(jī)則是利用電子線路代替位置傳感器(圖2)，通過檢測電機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的反電勢過零點(diǎn)來確定轉(zhuǎn)子位置，實(shí)現(xiàn)換相，下面以星形繞組為例進(jìn)一步說明。

圖2：用電子線路代替?zhèn)鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)框圖。

電機(jī)在運(yùn)行過程中要經(jīng)過6次換相，每次換相時(shí)總有一相繞組未通電，此時(shí)可以在該相繞組端口檢測到繞組產(chǎn)生的反電勢，反電勢在60°電角度內(nèi)是連續(xù)的。由于電機(jī)的規(guī)格、制造工藝有差異，導(dǎo)致相同電角度的反電勢值不同，如果要通過檢測反電勢的數(shù)值來確定轉(zhuǎn)子位置，難度非常大，因此必須找到該反電勢與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系，才能確定轉(zhuǎn)子位置。由圖3可知，反電勢在60°的電角度過程中總有一次經(jīng)過坐標(biāo)橫軸(過零點(diǎn))，而此處的電角度和下一次換相點(diǎn)的電角度正好相差30°，故可通過檢測反電勢過零點(diǎn)，再延時(shí)30°換相。本設(shè)計(jì)是從被檢測相斷電開始計(jì)時(shí)等待反電勢過零點(diǎn)，再延時(shí)等待相應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)換相。