风扇电机的设计方案_判断风扇电机好坏的方法

　　电机风扇是一种具有风扇毂和叶片的电机，沿风扇毂外圆周并有均匀分布的槽，叶片插在槽中，经焊接、粘接等永久性联接方法使叶片与风扇毂成为一体。电机风扇的整体平衡性好，可节省调整平衡所需工时，重量比螺栓联接式风扇减轻30%以上。采用本实用新型的电机运行时的振动和噪声均有所降低。

　　尽管电机风扇有很高的可靠性，但它仍然是机械器件，在长时间使用时，其速度可能会下降甚至停转，所以最好对风扇的运行状态进行实时监测，便于及时发现问题。利用报警传感器可在风扇速度低于某个门限值时给出报警信号，而速度信号输出则可实现风扇速度的实时监控。　从风扇电路输出的报警信号有"高电平"和"低电平"两种状态，两种电平所代表的意义一般按照正逻辑体制，高电平表示"故障"，"低电平"表示"正常"。从风扇电路输出的转速信号通常为脉冲形式，每个波头表示风扇转过一圈，这样的信号可直接通过数据总线提供给主机进行显示。某些风扇输出的转速信号并不是风扇的真实转速，而是转速的倍数，譬如每转一圈产生2个、4个或6个脉冲，必须经过处理才能形成反映风扇的真实转速信号。如欲辨别风扇转速是真实转速还是某个倍数，可使用转速表测量实际转速，然后与显示的数据进行比较。　风扇的测速信号一般从三引线插头输出，三根引线中黄色和黑色分别为+12V电源和接地，另外一种颜色的线则是转速信号输出线。应该注意的是，某些三引线风扇的第三根引线并不是测速信号输出线，而是转速控制信号线，通过它向风扇电机输入调速控制信号。

　　家用风扇电机的设计方案

　　无刷直流电机因无励磁绕组，无换向器、无电刷、无滑环，使其结构比一般传统的交、直流电动机来得简单，运行较为可靠，维护较为简单。与鼠笼型感应电动机相比较，其结构的简单程度和运行的可靠性大体相当。由于没有励磁铁耗和铜耗，功率在300W以下时，其效率比同规格的用电流励磁的电机高10%~20%;和感应电动机相比，效率更高。

　　无刷直流电机一般采用方波驱动，采用霍尔传感器获得转子位置，通过此信号强制换相。这种方案控制方法简单，成本低，在目前电动车方案中应用广泛。但由于方波驱动换相时会出现电流突变，导致转矩脉动较大，因此噪声指标差，难以在家电应用领域推广。而正弦驱动可以避免换相时的电流突变，虽然最大转矩会降低，但在噪声指标上有明显的优势。

　　通常永磁同步电机http://bbsic.big-bit.com/的控制都采用DSP，并且电机需要提供光电编码盘来精确检测转子位置，可以实现高精度控制，甚至可用在伺服系统中，但成本会很高，家电应用对价格非常敏感，而且有些应用对性能要求不高，比如电风扇，传统的DSP矢量控制正弦驱动高成本方案也比较难推广。因此本文提出的采用8位单片机集成PWM发生器的正弦驱动方案有较高的市场价值。

　　一般正弦驱动直流无刷电机的气隙磁场是正弦波（也称为永磁同步电机）或是正弦波注入高次谐波后的磁场波形，定子多采用分布绕组，因此反电动势也是正弦波。三路霍尔传感器安装在转子上，每隔60°电角度输出变化一次，以此作为正弦波的同步信号，保证没有累积误差。

　　硬件结构

　　本方案的核心是一颗集成PWM发生器的8位单片机SH79F168，采用优化的单机器周期8051内核，内置16k Flash存储器，兼容传统8051所有硬件资源，采用JTAG仿真方式，内置16.6MHz振荡器，同时扩展了如下功能：

　　 双DPTR指针。 16位 x 8乘法器和16位/8除法器。

　　 3通道12位带死区控制PWM，6路输出，输出极性可设，中心和边沿对齐模式

　　 集成故障检测功能，可瞬时关闭PWM输出。

　　 内置放大器和比较器，可用作电流放大采样和过流保护。

　　 提供硬件抗干扰措施。

　　 提供Flash自编程功能，可以模拟用做EEROM，方便存储参数。

　　主系统架构采用三相全控桥，自举升压驱动IC，控制地和功率地共享，采用IC内置放大器和ADC实现电流电压采样，节省电压/电流互感器，同时利用IC内部集成的比较器和PWM故障检测功能实现过流保护。

　　霍尔相序自动测定

　　不论使用何种控制方式，都必须先知道Hall信号与转子位置的对应关系。Hall信号每60°电角度变化一次，共有6个值，以二极三相集中绕组为示意，如图1，图2所示。

图1中可以看到三个Hall传感器在空间中依次相差120°电角度，转子磁极宽度为180°，设Ha安装在图2的A绕组处，Hb在B绕组处，Hc在C绕组处。Hall在S极下输出1（高阻输出，外部上拉），N极下输出0，则转子顺时针旋转时，Hall信号的变化顺序是101，001，011，010，110，100（MSB=Hc，LSB=Ha