直流電機穩速控制電路及割草機的製作方法

2023-05-29 21:32:06 1

本實用新型涉及到電機控制技術，特別是涉及直流電機穩速控制電路及割草機。

背景技術：

現代工業生產中電機分為交流電機和直流電機，而直流電機能夠在較大範圍內調速，因此直流電機應用依然廣泛。

現有的割草機電機多為直流電機，直流電機通過兩個磁場的相互作用產生旋轉。現有割草機為使電機轉速穩定於設定值，常用的控制電路為電機內部裝有能感應磁場的霍爾傳感器，霍爾傳感器中流過的霍爾元件電流同電機轉速偏差成比例的力矩，作為速度閉合迴路控制，同時也作為速度檢測控制器件，但帶有霍爾傳感器的電路會引起電量的額外損耗，降低了工具的有效工作效率。

因此現有技術還有待改進。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的為提供電機穩速控制電路，旨在解決使用霍爾傳感器的電機穩速控制電路電量損耗高，電源有效工作效率低的問題。

本實用新型提供了一種直流電機穩速控制電路，包括：電機轉速檢測模塊、電機穩速控制模塊、單片機控制模塊；

所述的電機轉速檢測模塊、電機穩速控制模塊分別與單片機控制模塊相連；

所述電機轉速檢測模塊包括直流電機電樞兩端電壓檢測單元、取樣電阻單元、電流檢測單元，時時檢測電機電樞兩端的電壓信號、流經電機電樞的電流信號，並將所述電壓信號、電流信號輸入到單片機控制模塊；

所述單片機控制模塊接收電機轉速檢測模塊輸入的所述電壓信號、電流信號，並經單片機控制模塊控制程序得出直流電機轉速電動勢耗量及轉速，並將所述電動勢耗量及轉速與單片機控制模塊預設電動勢耗量及轉速進行比較，根據比較結果輸出直流電機電樞兩端電壓調控信號；

所述電機穩速控制模塊獲取所述直流電機電樞兩端調控信號調控電機電樞兩端的電壓，進而調控電機轉速。

優選地，所述電機轉速檢測模塊中的直流電機電樞兩端電壓檢測單元、電流檢測單元通過兩個AD轉換口分別與單片機控制模塊相連。

優選地，所述電機穩速控制模塊包括電壓調控信號輸出單元、開關電路單元；所述開關電路單元串聯於電機迴路；所述電壓調控信號輸出單元輸出調控信號，驅動開關電路單元調控電機電樞兩端的電壓。

優選地，所述電壓調控信號輸出單元為PWM輸出單元，所述PWM輸出單元與單片機控制模塊、開關電路單元相連，輸出PWM方波調控信號。

優選地，所述開關電路單元為N-MOS管，N-MOS管接收PWM輸出單元輸出的PWM方波調控信號，並根據PWM方波調控信號驅動開關連接件以調控電機電樞兩端的電壓。

本實用新型還提供了一種割草機，割草機的直流電機穩速控制電路為上述的直流電機穩速控制電路。

優選地，所述供電電源為鋰離子電池模組、鎳氫電池模組以及鉛蓄電池中的一種。

優選地，還包括供電控制模塊，所述供電控制模塊一端與供電電源相連，另一端與單片機控制模塊相連。

優選地，所述供電控制模塊包括供電電源信號檢測單元、電源電壓檢測單元、溫度檢測單元、串聯穩壓單元、電池電量指示燈單元、負溫度係數熱敏電阻單元。

本實用新型有益效果：本實用新型的電機穩速電路，電機轉速檢測模塊中省去了常用的測速元件霍爾傳感器，可以根據負載阻力的大小進行相應的轉速變化調控，降低了電路複雜度，降低了電路總能耗，提高了電池有效工作效率，延長了電池的使用壽命；同時本實用新型的穩速電路可兼容所有型號的直流電機，製作工藝簡單、方便、快捷、性價比高。

附圖說明

圖1本實用新型一實施例中直流電機穩速控制電路模塊示意圖；

圖2本實用新型一實施例中直流電機穩速控制電路整體模塊示意圖；

圖3本實用新型一實施例中省略霍爾傳感器的直流電機穩速控制電路示意圖；

圖4本實用新型一實施例中割草機的直流電機穩速控制電路模塊示意圖。

本實用新型目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

參照圖1，本實用新型一實施例提供的直流電機穩速控制電路，包括：單片機控制模塊20、電機轉速檢測模塊21、電機穩速控制模塊22；

所述的電機轉速檢測模塊21、電機穩速控制模塊22分別與單片機控制模塊20相連；

所述電機轉速檢測模塊21包括直流電機電樞兩端電壓檢測單元2、取樣電阻單元11、電流檢測單元9，時時檢測電機電樞兩端的電壓信號、流經電機電樞的電流信號，並將所述電壓信號、電流信號輸入到單片機控制模塊20；

所述單片機控制模塊20接收電機轉速檢測模塊21輸入的所述電壓信號、電流信號，並經單片機控制模塊20的控制程序得出直流電機轉速電動勢耗量Ea及轉速n，並將所述電動勢耗量Ea及轉速n與單片機控制模塊20預設電動勢耗量Ea`及轉速n`進行比較，根據比較結果輸出直流電機電樞兩端電壓調控信號；

所述電機穩速控制模塊22獲取所述直流電機電樞兩端調控信號調控電機電樞兩端的電壓，進而調控電機轉速。

電機轉速檢測模塊21中省卻了直流電機中常用的高耗能測速部件霍爾傳感器，而通過直接檢測直流電機電樞兩端的電壓值，然後依據直流電機特性方程間接測得電機轉速。節省了使用霍爾傳感器測速引起的額外電量損耗，提高了電機電源的有效工作效率。

本實用新型實施例根據直流電動機轉速特性，其轉速電動勢耗量公式：Ea＝CenΦ，其中，Φ為磁通量，Ce直流電機常數，n為電動機轉速，Ea為一定轉速下直流電動機轉動電動勢耗量。結合直流電動機電樞兩端電壓方程：U＝Ea+RaIa，可得n＝Ea/CeΦ＝U/CeΦ-RaIa/CeΦ，即直流電動機轉速特性曲線為一斜率為Ra/CeΦ的直線，其中，U為直流電機電樞兩端電壓，Ra電機空載內阻，Ia為流經直流電機電樞的電流。所以直流電機電樞兩端電壓與其轉速有對應的關聯方式，可通過直接檢測直流電機電樞兩端的電壓值，間接測得電機轉速。

本實用新型實施例依據上述理論布局了省卻霍爾傳感器的直流電機測速模塊，相應改變單片機控制模塊中的數據處理模式，使得本實用新型實施例在省卻高耗能霍爾傳感器的前提下，依然實現了對直流電動機的穩速控制，極大的提高了直流電機電源的有效工作效率，節省了電能資源。

本實用新型實施例中所述單片機控制模塊20是系統控制命令的處理模塊，是系統的控制核心。單片機控制模塊20負責接收電機轉速檢測模塊21輸入的直流電機電樞兩端電壓U、流經直流電機電樞電流Ia，並根據單片機控制模塊20數據處理程序得出電機轉速電動勢耗量Ea以及轉速n，單片機控制模塊20對預設Ea`及轉速n`與檢測Ea及轉速n進行比較，並根據比較結果向電機穩速控制模塊22輸出直流電機電樞兩端電壓U的調控信號。

進一步地，本實用新型實施例中所述電機轉速檢測模塊21中的直流電機電樞兩端電壓檢測單元2、電流檢測單元9通過兩個AD轉換口分別與單片機控制模塊相連。

單片機控制模塊20隻能對數位訊號進行處理，處理的結果還是數字量，但在本實施例電路自動控制中，所要處理的變量為電壓信號、電流信號，電壓信號、電流信號要先經轉換成數字量才能夠被單片機控制模塊進行處理。所以單片機控制模塊20通過兩個AD(Analog to Digital簡稱AD)轉換口分別與電機轉速檢測模塊21中的直流電機電樞兩端電壓檢測單元2、電流檢測單元9相連，將電壓信號、電流信號轉換成數位訊號，並根據兩個AD轉換口轉換後的電流、電壓信號進行信息處理，並將處理後的信息結果輸出。

本實用新型實施例中直流電機穩速控制電路整體模塊中，所述電機穩速控制模塊22包括電壓調控信號輸出單元、開關電路單元；所述開關電路單元串聯於電機迴路；所述電壓調控信號輸出單元輸出調控信號，驅動開關電路單元調控電機電樞兩端的電壓。

參照圖2，本實用新型實施例中直流電機穩速控制電路，所述電壓調控信號輸出單元為PWM輸出單元10，所述PWM輸出單元10與單片機控制模塊20、開關電路單元相連，輸出PWM方波調控信號。

所述開關電路單元為N-MOS管1，N-MOS管1接收PWM輸出單元10輸出的PWM方波調控信號，並根據PWM方波調控信號驅動開關連接件以調控電機電樞兩端的電壓。

PWM輸出單元10輸出PWM方波，以其佔空比對應於所需速度。PWM方波脈寬調製(Pulse Width Modulator簡稱：PWM)是常用的一種調速方式，即通過改變電機電壓的接通和斷開的時間控制馬達的速度。在PWM調速系統中，當電機通電時，馬達速度增加，電機斷電時，其速度減小，因此，按照一定的規律改變通、斷電的時間，即可使電機的轉速達到並保持一穩定範圍。

由於直流電機正常工作時對電機電源的幹擾很大，本實用新型實施例中為保護電機電源正常工作，同時選用單片機控制模塊20具有控制供電電路功能。所以單片機控制模塊20另一端與供電控制模塊25相連，控制供電電源工作狀態。

供電控制模塊25包括供電電源信號檢測單元5、電源電壓檢測單元6、溫度檢測單元7、串聯穩壓單元8、電池電量指示燈單元9、負溫度係數熱敏電阻單元10(Negative Temperature CoeffiCient簡稱NTC)。供電控制模塊25一端與供電電源23相連，另一端與單片機控制模塊20相連。供電控制模塊25用於控制供電電源23的工作狀態，以保護供電電源23的使用壽命。

參照圖3，本實用新型實施例中直流電機轉速測試模塊中省卻了霍爾傳感器，而直接通過直流電機兩端電壓值與轉速值的對應關係，檢測電機轉速。節省了霍爾傳感器的額外耗能，同時簡化了電路連接複雜度。

現有直流電機穩速控制電路中，內部裝有能感應磁場的霍爾傳感器，霍爾傳感器中流過的霍爾元件電流同電機轉速偏差成比例的力矩，作為速度閉合迴路控制，同時也作為速度檢測控制器件，但霍爾傳感器耗能高引起電源電量的額外損耗，降低了電池的有效工作效率，而且霍爾傳感器各接口連接複雜，電路用線繁雜。

參照圖4，本實用新型實施例還提供了一種割草機，割草機的直流電機穩速控制電路為上述的直流電機穩速控制電路。節省了使用霍爾傳感器測速引起的額外電量損耗，提高了割草機電機電源的有效工作效率。

本實用新型實施例提供的割草機的供電電源為鋰離子電池模組。為保護供電鋰離子電池組的使用壽命，單片機控制模塊20中有供電電路控制功能，與單片機控制模塊20相連的供電控制模塊25包括供電電源信號檢測單元5、電源電壓檢測單元6、溫度檢測單元7、串聯穩壓單元8、電池電量指示燈單元9、NTC10。供電控制模塊25用於控制供電鋰離子電池組的工作狀態，以保護鋰離子電池組的使用壽命。

本實用新型實施例提供的割草機的供電電源可替換為鎳氫電池模組、鉛蓄電池等可充電的電池模組。

本實用新型實施例中的割草機帶有穩速控制電路，可以根據負載阻力的大小進行相應的轉速變化，減少了不必要的電源電量的損耗，增加了供電割草機的使用時間，提高了作業效率，更是提高了電源的使用壽命，符合環保的需求。本實用新型實施例中的割草機穩速控制電路在電機轉速檢測模塊中省去了常用的測速元件霍爾傳感器，而直接通過直流電機兩端電壓值與轉速值的對應關係，檢測、控制電機轉速。降低了割草機電路複雜度，降低了電路總能耗。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。