自行车开关磁阻电机控制装置及方法 【技术领域】
本发明涉及一种电机，尤指自行车开关磁阻电机控制装置及方法。
【背景技术】
现在电动自行车主要使用有刷直流电机和永磁无刷直流电机作为动力源，这两种电机各有特点，有刷直流电动机具有调速控制简单等优点，但其电机机械结构负载，尤其是机械换向器成为其瓶颈，因此，存在寿命短、维护工作量大等缺点。永磁无刷直流电机具有体积小、控制性能好、效率高等优点，但由于永磁的存在，对应用的环境温度、机械应力等要求苛刻，价格也昂贵。
开关磁阻电机，具有结构简单，转子铁心无电机绕组，无永磁体、容错能力强、可靠性高、启动扭矩大等优点，使用范围日益扩大。开关磁阻电机根据有无位置传感器分为无位置传感器的开关磁阻电机及具位置传感器的开关磁阻电机，其中无位置传感器的开关磁阻电机，其调速范围小，适合于均速转动的场合，而具位置传感器的开关磁阻电机，其调速范围大，适用于电动车。具位置传感器的开关磁阻电机，一般采用两个位置传感器用于换相，其存在零位误差、占空比误差和相位误差；其中零位误差主要表现是反映各相绕组最大电感与最小电感位置的方波信号的跳变沿与理想位置信号存在误差，它是由于转盘和光槽在安装时定位不准造成的；占空比误差的表现形式是方波信号的占空比不再是0.5，它主要来源于两个方面：一是转盘加工时齿、槽分度不准，二是光电晶体管负载电路设计不够合理而导致光电晶体管的开通与关断时间不一致，前者引起的误差属于绝对角度误差，表现在位置信号中是占空比误差不随转速的变化而变化，后者引起的误差属于绝对时间误差，表现在位置信号中是占空比误差随着转速的变化而变化，并且转速越高，误差越大；相位误差的表现形式是两路反映转子位置信号的方波信号间相位差与理想位置信号之间存在误差，这种误差主要来自两个光槽之间的夹角不准。具两位置传感器的开关磁阻电机系统中，每次换相都是依靠位置传感器，其因存在误差，换相点不准确，具有电机效率低、可靠性低的缺点。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种自行车开关磁阻电机控制装置及方法，以达到提高了产品可靠性、减少传感器的误差，提高开关磁阻电机的效率，节约能源的目的。为此，本发明采取以下技术方案：
自行车开关磁阻电机控制装置，包括单片机、与单片机连接的控制电路，其特征在于：它还包括一固设于电机中的位置传感器、与单片机连接的存储单元，所述的存储单元可拆卸地连接一用于检测位置传感器与电机之间相位误差的检测装置。在检测时，检测装置与位置传感器连接，完成后检测装置可取下。存储单元用于存储相位误差值，单片机根据位置传感器的信号及相位误差值计算换相时间，换相时间可通过单片机内部的定时器定时，换相点准确，减少了位置传感器的误差，提高了开关磁阻电机的效率，节约能源等优点，同时，减少了1个位置传感器，降低成本的同时提高产品可靠性。
作为对上述装置的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征：
所述的位置传感器通过一位置信号处理单元与单片机相连。将位置传感器采集的脉冲信号转化为单片机可识别的方波信号。
所述的位置传感器包括光电脉冲发生器及固接于电机转子的转盘。
所述的光电脉冲发生器安装在电机定子上。
所述的转盘呈圆盘状，其圆周方向均布复数个与电机转子凸极数量相等的齿槽。转盘随着电机转子转动，当光电脉冲发生器与转盘的齿槽相对时，即可产生一个脉冲。
自行车开关磁阻电机控制方法包括以下步骤：
1)通过检测装置检测位置传感器与开关磁阻电机之间的相位误差，并将该误差送于存储单元中；
2)在电机转动过程中，位置传感器的输出信息通过一位置信号处理单元转换成方波信号，并与单片机连接；
3)单片机中的计算模块根据电机旋转一周产生的方波个数及实时的方波信号，计算当前电机的转数，同时利用电机转数计算换相间隔时间及与相位误差对应的补偿时间；
4)单片机根据方波信号及补偿时间确定电机初次换相时间，根据换相间隔时间及电机相数利用定时器换相，直至到达方波信号一周结束，重新根据步骤3)确定补偿时间及换相间隔时间控制电机不断旋转。
作为对上述装置的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征：
所述存储单元保存的位置传感器与开关磁阻电机相位误差以低电平到高电平为参考点。
单片机在方波信号的上升沿开始计时，启动定时器，定时器时间为相位误差补偿时间；当该定时到达时，进行初次换相，同时启动定时器，定时器时间为换相间隔的时间；换相间隔时间到则进行换相并再次启动定时器，重复该过程，直至到达方波信号从低电平切换到高电平上升沿为止。当然也可以方波信号的下降沿开始计时。
有益效果：以方波的上升沿或下降沿作为起始点，每次换相都是依靠软件定时器来完成的，提高换相精度，减少了位置传感器的误差，提高了开关磁阻电机的效率，节约能源等优点；采用1个位置传感器，在降低设备成本地同时提高产品可靠性。
【附图说明】
图1是本发明结构图；
图2是本发明流程图。
【具体实施方式】
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明包括控制电路、一个置于开关磁阻电机内部位置传感器、与位置传感器连接的位置处理单元、与位置处理单元连接的单片机及与单片机连接的存储单元，其中控制电路包括功率管及蓄电池。功率管与开关磁阻电机、单片机和蓄电池相连接，蓄电池通过电压降低芯片与单片机相连接，构成控制装置。
如图2所示，以控制一转子是24极、定子是32极、4相电机为例进一步说明电动自行车开关磁阻电机的控制方法：
1)通过检测装置检测位置传感器与开关磁阻电机之间的相位误差，并将该误差送于存储单元中；
2)单片机先读取存储单元中位置传感器与开关磁阻电机相位误差；
3)一个位置传感器经过位置信号处理单元将位置信号处理成标准的方波信号；
4)计算当前速度：开关磁阻电机在旋转一周过程中，具有24个高低电平，单片机以每200毫秒内读取高低电平次数，可以计算出当前速度；
5)根据当前速度，计算换相间隔时间和相位误差需要补偿时间；
6)单片机在上升沿开始计时，启动定时器，定时器时间为相位误差补偿时间；
7)当该定时到达时，进行第一次换相，同时启动定时器，定时器时间为换相一次需要的时间；
8)当时间到达时，进行第二次换相，同时启动定时器，定时器时间为换相一次需要的时间；
9)再次当时间到达时，进行第三次换相，同时启动定时器，定时器时间为换相一次需要的时间；
10)最后当时间到达时，进行第四次换相，关闭定时器，直到位置传感器过来信号为上升沿，单片机根据当前转速重新计算的换相间隔时间及补偿时间，回到步骤6控制电机继续转动。
24极电机转动一周产生24个高低电平，即24个方波周期，在一个方波周期中换相四次，即电机转动一周将换相96次。前一个方波周期的速度作为下一个方波周期的计算速度用于计算换相间隔时间及补偿时间。