本公開涉及一種電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種無刷直流電機(jī)及其啟動(dòng)方法，以及裝備有無刷直流電機(jī)的電動(dòng)工具。

背景技術(shù)：

1、電機(jī)利用永磁體和電磁鐵的磁極吸引和排斥，將電能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。近年來，憑借更高的效率和更低的維護(hù)需求，無刷直流電機(jī)已經(jīng)代替有刷直流電機(jī)成為成為日常工具或是復(fù)雜設(shè)備所使用的主流電機(jī)。

2、無刷直流電機(jī)通常借助反電動(dòng)勢檢測實(shí)現(xiàn)位置識(shí)別。但由于在低速無法檢測反電動(dòng)勢，因此在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)需要借助其他方法實(shí)現(xiàn)位置識(shí)別。

3、現(xiàn)有的啟動(dòng)通常采用轉(zhuǎn)子預(yù)定位連同強(qiáng)制換相或是初始位置識(shí)別連同強(qiáng)制換相實(shí)現(xiàn)的方法來實(shí)現(xiàn)。但電動(dòng)工具的負(fù)載不定，在重載情況下，強(qiáng)制換相可靠性低，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。

4、為此，需要一種改進(jìn)的無刷直流電機(jī)啟動(dòng)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種改進(jìn)的無刷直流電機(jī)啟動(dòng)方法，該方案基于飽和凸極效應(yīng)，通過一對或多對對角線方向上的脈沖電壓注入來確定轉(zhuǎn)子初始位置。此外，在加速過程中，同樣可以通過一對對角線方向上脈沖電壓注入來進(jìn)行換相位置的判斷。

2、根據(jù)本公開的第一個(gè)方面，提供了一種無刷直流電機(jī)啟動(dòng)方法，包括：在互為對角線的第一預(yù)設(shè)方向和第二預(yù)設(shè)方向上注入電壓脈沖；獲取所述第一預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第一電流響應(yīng)和所述第二預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第二電流響應(yīng)；在互為對角線的第三預(yù)設(shè)方向和第四預(yù)設(shè)方向上注入電壓脈沖，其中，第一預(yù)設(shè)方向、第二預(yù)設(shè)方向、第三預(yù)設(shè)方向和第四預(yù)設(shè)方向彼此不同；獲取所述第三預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第三電流響應(yīng)和所述第四預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第四電流響應(yīng)；以及根據(jù)所述第一電流響應(yīng)、所述第二電流響應(yīng)、所述第三電流響應(yīng)和所述第四電流響應(yīng)的相對大小確定所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)初始轉(zhuǎn)子角度。

3、可選地，根據(jù)所述第一電流響應(yīng)、所述第二電流響應(yīng)、所述第三電流響應(yīng)和所述第四電流響應(yīng)的相對大小確定所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)初始轉(zhuǎn)子角度包括：選取所述第一電流響應(yīng)和所述第二電流響應(yīng)中相對值更大的電流響應(yīng)所對應(yīng)的半圓作為所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)初始轉(zhuǎn)子角度所處的第一范圍；根據(jù)所述第三電流響應(yīng)和所述第四電流響應(yīng)中相對值更大的電流響應(yīng)所對應(yīng)的半圓作為所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)初始轉(zhuǎn)子角度所處的第二范圍；以及將所述第一范圍和所述第二范圍的重合角度范圍作為所述初始轉(zhuǎn)子角度所處范圍。

4、可選地，根據(jù)所述第一電流響應(yīng)、所述第二電流響應(yīng)、所述第三電流響應(yīng)和所述第四電流響應(yīng)的相對大小確定所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)初始轉(zhuǎn)子角度包括：選取第一電流響應(yīng)、所述第二電流響應(yīng)、第三電流響應(yīng)和所述第四電流響應(yīng)中相對值更大的電流響應(yīng)所對應(yīng)的角度范圍作為所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的初始轉(zhuǎn)子角度所處范圍。

5、可選地，所述方法還包括：在互為對角線的第五預(yù)設(shè)方向和第六預(yù)設(shè)方向上注入電壓脈沖，其中，第一預(yù)設(shè)方向、第二預(yù)設(shè)方向、第三預(yù)設(shè)方向、第四預(yù)設(shè)方向、第五預(yù)設(shè)方向和第六預(yù)設(shè)方向?qū)?yīng)于間隔60°的六個(gè)預(yù)設(shè)方向；獲取所述第五預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第五電流響應(yīng)和所述第六預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第六電流響應(yīng)；以及根據(jù)所述第五電流響應(yīng)和所述第六電流響應(yīng)的相對大小確定所述初始轉(zhuǎn)子角度。

6、可選地，所述方法還包括：根據(jù)所述初始轉(zhuǎn)子角度所處范圍，確定要施加轉(zhuǎn)子加速脈沖的第一加速方向；以及選擇所述第一加速方向的下一個(gè)預(yù)設(shè)方向作為第一檢測方向，選擇所述第一檢測方向的對角線方向作為第二檢測方向；在第一加速方向上施加轉(zhuǎn)子加速脈沖，并在施加轉(zhuǎn)子加速脈沖之前或是之后在所述第一檢測方向和所述第二檢測方向上施加檢測電壓脈沖；根據(jù)所述第一檢測電流響應(yīng)和所述第二檢測電流響應(yīng)的相對大小確定所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)加速時(shí)的轉(zhuǎn)子角度是否到達(dá)需要更換加速方向的換相點(diǎn)。

7、可選地，所述第一加速方向、所述第一檢測方向和所述第二檢測方向各自對應(yīng)于所述六個(gè)預(yù)設(shè)方向之一，并且所述第一加速方向是與所述初始轉(zhuǎn)子角度所處范圍垂直的最近的預(yù)設(shè)方向。

8、可選地，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向上，所述第一檢測方向相比于所述第二檢測方向離轉(zhuǎn)子角度更近，并且根據(jù)所述第一檢測電流響應(yīng)和所述第二檢測電流響應(yīng)的相對大小確定所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)加速時(shí)的轉(zhuǎn)子角度是否到達(dá)需要更換加速方向的換相點(diǎn)包括：在第一檢測電流響應(yīng)變得大于所述第二檢測電流響應(yīng)時(shí)，確定轉(zhuǎn)子角度到達(dá)所述換相點(diǎn)，并將所述第一檢測方向作為換相后要施加轉(zhuǎn)子加速脈沖的第二加速方向。

9、根據(jù)本公開的第二個(gè)方面，提供了一種無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)方法，包括：在互為對角線的第一預(yù)設(shè)方向和第二預(yù)設(shè)方向上注入電壓脈沖，并獲取所述第一預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第一電流響應(yīng)和所述第二預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第二電流響應(yīng)；在互為對角線的第三預(yù)設(shè)方向和第四預(yù)設(shè)方向上注入電壓脈沖，并獲取所述第三預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第三電流響應(yīng)和所述第四預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第四電流響應(yīng)；在互為對角線的第五預(yù)設(shè)方向和第六預(yù)設(shè)方向上注入電壓脈沖，并獲取所述第五預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第五電流響應(yīng)和所述第六預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第六電流響應(yīng)；基于所述第一電流響應(yīng)、所述第二電流響應(yīng)、所述第三電流響應(yīng)、所述第四電流響應(yīng)、第五電流響應(yīng)和所述第六電流響應(yīng)的相對大小，確定所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的初始轉(zhuǎn)子角度所處范圍。

10、可選地，基于所述第一電流響應(yīng)、所述第二電流響應(yīng)、所述第三電流響應(yīng)、所述第四電流響應(yīng)、第五電流響應(yīng)和所述第六電流響應(yīng)的相對大小，確定所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的初始轉(zhuǎn)子角度所處范圍包括：選取所述第一電流響應(yīng)和所述第二電流響應(yīng)中相對值更大的電流響應(yīng)所對應(yīng)的半圓作為所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)初始轉(zhuǎn)子角度所處的第一范圍；選取所述第三電流響應(yīng)和所述第四電流響應(yīng)中相對值更大的電流響應(yīng)所對應(yīng)的半圓作為所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)初始轉(zhuǎn)子角度所處的第二范圍，選取所述第五電流響應(yīng)和所述第六電流響應(yīng)中相對值更大的電流響應(yīng)所對應(yīng)的半圓作為所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)初始轉(zhuǎn)子角度所處的第三范圍；以及將所述第一范圍、所述第二范圍和所述第三范圍的重合角度范圍作為所述初始轉(zhuǎn)子角度所處的扇區(qū)。

11、可選地，基于所述第一電流響應(yīng)、所述第二電流響應(yīng)、所述第三電流響應(yīng)、所述第四電流響應(yīng)、第五電流響應(yīng)和所述第六電流響應(yīng)的相對大小，確定所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的初始轉(zhuǎn)子角度所處范圍包括：選取所述第一電流響應(yīng)、所述第二電流響應(yīng)、所述第三電流響應(yīng)、所述第四電流響應(yīng)、第五電流響應(yīng)和所述第六電流響應(yīng)中相對值更大的電流響應(yīng)所對應(yīng)的角度范圍作為所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的初始轉(zhuǎn)子角度所處的扇區(qū)。

12、根據(jù)本公開的第三個(gè)方面，提供了一種無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)方法，包括：根據(jù)所述初始轉(zhuǎn)子角度所處范圍，確定要施加轉(zhuǎn)子加速脈沖的第一加速方向；以及選擇所述第一加速方向的下一預(yù)設(shè)方向作為第一檢測方向，選擇所述第一檢測方向的對角線方向作為第二檢測方向；在第一加速方向上施加轉(zhuǎn)子加速脈沖，并在施加轉(zhuǎn)子加速脈沖之前或是之后在所述第一檢測方向和所述第二檢測方向上注入電壓脈沖；根據(jù)所述第一檢測電流響應(yīng)和所述第二檢測電流響應(yīng)的相對大小確定所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)加速時(shí)的轉(zhuǎn)子角度是否到達(dá)需要更換加速方向的換相點(diǎn)。

13、可選地，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向上，所述第一檢測方向相比于所述第二檢測方向離轉(zhuǎn)子角度更近，并且根據(jù)所述第一檢測電流響應(yīng)和所述第二檢測電流響應(yīng)的相對大小確定所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)加速時(shí)的轉(zhuǎn)子角度是否到達(dá)需要更換加速方向的換相點(diǎn)包括：在第一檢測電流響應(yīng)變得大于所述第二檢測電流響應(yīng)時(shí)，確定轉(zhuǎn)子角度到達(dá)所述換相點(diǎn)，并將所述第一檢測方向作為換相后要施加轉(zhuǎn)子加速脈沖的第二加速方向。

14、可選地，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)在第一檢測電流響應(yīng)沒有變得大于所述第二檢測電流響應(yīng)時(shí)，增加在第一加速方向上施加的轉(zhuǎn)子加速脈沖的占空比。

15、根據(jù)本公開的第四個(gè)方面，提供了一種無刷直流電機(jī)，包括：電機(jī)；微控制器；驅(qū)動(dòng)器；逆變器；和母線電流采集裝置，其中，所述微控制器發(fā)出的脈沖由所述驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)化為電壓脈沖作用于所述逆變器以完成在互為對角線的第一預(yù)設(shè)方向和第二預(yù)設(shè)方向上的電壓脈沖注入，所述母線電流采集裝置獲取所述第一預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第一電流響應(yīng)和所述第二預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第二電流響應(yīng)；所述微控制器發(fā)出的脈沖由所述驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)化為電壓脈沖作用于所述逆變器以完成在互為對角線的第三預(yù)設(shè)方向和第四預(yù)設(shè)方向上的電壓脈沖注入，所述母線電流采集裝置獲取所述第三預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第三電流響應(yīng)和所述第四預(yù)設(shè)方向上電壓脈沖的第四電流響應(yīng)；以及所述微控制器根據(jù)所述第一電流響應(yīng)、所述第二電流響應(yīng)、第三電流響應(yīng)、所述第四電流響應(yīng)的相對大小確定所述無刷直流電機(jī)啟動(dòng)階段的轉(zhuǎn)子角度。

16、根據(jù)本公開的第五個(gè)方面，提供了一種電動(dòng)工具，包括采用如第一方面所述的方法啟動(dòng)的無刷直流電機(jī)。

17、由此，本公開通過對角線方向上的脈沖注入和響應(yīng)電流大小比較來確定轉(zhuǎn)子的初始位置。脈沖的對角線注入能夠減輕電機(jī)的抖動(dòng)。另外，在確定了轉(zhuǎn)子初始位置后，可以在正常加速脈寬的基礎(chǔ)上，增加一對短時(shí)脈沖，根據(jù)這對短時(shí)脈沖產(chǎn)生的電流大小的改變，作為電機(jī)換相的依據(jù)。