一種直流無刷電機及控制電路的製作方法
2023-07-09 17:26:36 2
一種直流無刷電機及控制電路的製作方法
【專利摘要】本發明屬於直流無刷電機控制領域，提供了一種直流無刷電機及控制電路。在本發明中，將第一控制模塊、第二控制模塊以及第三控制模塊與第一繞組、第二繞組以及第三繞組連接組成雙繞組電路，通過外圍控制板上的單片機根據轉速的變化控制繞組的連接方式，進而控制直流無刷電機的運轉。本發明提供的直流無刷電機控制電路能夠自動改變繞組的連接方式，在啟動時使用低速繞組，實現大轉矩啟動，在穩定運行時使用高速繞組，實現高速運行，提高直流無刷電機的工作效率。
【專利說明】一種直流無刷電機及控制電路
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於直流無刷電機控制領域，尤其涉及一種直流無刷電機及控制電路。
【背景技術】
[0002]電機(Electric machinery,俗稱「馬達」)是指依據電磁感應定律實現電能轉換或傳遞的一種電磁裝置，它的主要作用是產生驅動轉矩，作為用電器或各種機械的動力源。
[0003]市面上的電機有很多種，如單相異步電機、串激電機、直流無刷電機等。但是單相異步電機難以調速，功率因數低，效率低，無法改變運轉方向，單相異步電機可以通過多繞組進行調速，但該調速方法是有級調速，無法實現連續調速，且調速的級數不能做到很多，通常不多於三檔；串激電機效率低，噪聲大，壽命短，不宜運行於正反雙方向，串激電機的不足之處在於效率低、噪聲大、壽命短，不適合正反雙方向運行。而現有的直流無刷電機雖然具有高效率，高效區域大，功率和轉矩密度高的特點，但是，直流無刷電機需外圍控制板驅動，外圍控制板上的電子器件不耐過流，這樣電機啟動瞬間轉矩無法達到數倍額定轉矩。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種直流無刷電機控制電路，旨在解決現有直流無刷電機高額定轉速和大轉矩無法兼顧的問題。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的:一種直流無刷電機控制電路，與外圍控制板連接，所述直流無刷電機包括星型連接且電路結構相同的第一繞組、第二繞組以及第三繞組，所述第一繞組包括第一子繞組和第二子繞組；
[0006]所述直流無刷電機控制電路包括電路結構相同且分別與所述第一繞組、所述第二繞組以及所述第三繞組連接，控制所述直流無刷電機轉速的第一控制模塊、第二控制模塊以及第三控制模塊；
[0007]所述第一控制模塊包括第一單刀雙擲開關；
[0008]所述第一單刀雙擲開關的動端與所述外圍控制板上的功率開關管的輸出端連接，所述第一單刀雙擲開關的第一不動端與所述第二子繞組的第一端連接，所述第一單刀雙擲開關的第二不動端與所述第一子繞組的第一端連接，所述第一子繞組的第二端與所述第二子繞組的第一端連接，所述第二子繞組的第二端為所述星型連接的中線端，所述第一單刀雙擲開關的控制端與所述外圍控制板上的單片機連接。
[0009]進一步地,所述第一控制模塊還包括第一續流單元,所述第一續流單元並聯連接在所述第一子繞組的兩端。
[0010]進一步地，所述第一控制模塊還包括第二續流單元；
[0011]所述第二續流單元包括第一二極體，所述第一二極體的陽極與地連接，所述第一二極體的陰極與所述第二子繞組的第一端連接。
[0012]進一步地，所述第一控制電路還包括第三續流單元；
[0013]所述第三續流單元包括第二二極體，所述第二二極體的陽極與所述第二繞組的第一端連接，所述第二二極體的陰極與所述外圍控制板上的直流母線連接。
[0014]進一步地，所述功率開關管為金氧半場效電晶體或絕緣柵雙極型電晶體。
[0015]進一步地，所述第一續流單元為壓敏電阻。
[0016]本發明還提供了一種直流無刷電機，所述直流無刷電機包括上述所述的直流無刷電機控制電路。
[0017]在本發明中，將第一控制模塊、第二控制模塊以及第三控制模塊與第一繞組、第二繞組以及第三繞組連接組成雙繞組電路，通過外圍控制板上的單片機根據轉速的變化控制繞組的連接方式，進而控制直流無刷電機的運轉。本發明提供的直流無刷電機控制電路能夠自動改變繞組的連接方式，在啟動時使用低速繞組，實現大轉矩啟動，在穩定運行時使用高速繞組，實現高速運行，提高直流無刷電機的工作效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明實施例提供的直流無刷電機控制電路的模塊結構圖；
[0019]圖2是本發明實施例提供的直流無刷電機控制電路的電路結構圖。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。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。
[0021]圖1示出了本發明實施例提供的直流無刷電機控制電路的模塊結構，為了便於說明，僅列出與本發明實施例相關的部分，詳述如下:
[0022]如圖1所示，本發明實施例提供的一種直流無刷電機控制電路，與外圍控制板100連接，該直流無刷電機包括星型連接且電路結構相同的第一繞組200、第二繞組300以及
第三繞組400。
[0023]在本發明實施例中，該直流無刷電機配備有外圍控制板，該外圍控制板用於為直流無刷電機提供工作電壓及轉速控制等信號，現有技術是當外圍控制板上直流母線電壓相同時，直流無刷電機的額定轉速越高，則轉矩越小；直流無刷電機的額定轉速越低，則轉矩越大。現有直流無刷電機不能實現既具有大轉矩，又具有高額定轉速。本發明通過以下實施例解決這個問題。
[0024]如圖2所示，第一繞組200包括第一子繞組LI和第二子繞組L2 ；
[0025]該直流無刷電機控制電路包括電路結構相同且分別與第一繞組200、第二繞組300以及第三繞組400連接，控制該直流無刷電機轉速的第一控制模塊500、第二控制模塊600以及第三控制模塊700 ；
[0026]第一控制模塊500包括第一單刀雙擲開關Kl ；
[0027]第一單刀雙擲開關Kl的動端與外圍控制板100上的功率開關管的輸出端連接，第一單刀雙擲開關Kl的第一不動端與第二子繞組L2的第一端連接，第一單刀雙擲開關Kl的第二不動端與第一子繞組LI的第一端連接，第一子繞組LI的第二端與第二子繞組L2的第一端連接，第二子繞組L2的第二端為該星型連接的中線端，第一單刀雙擲開關Kl的控制端與外圍控制板100上的單片機連接。[0028]在本發明實施例中，第二繞組300、第三繞組400都與第一繞組200的電路結構相同，都是包含兩個子繞組，其電路連接關係與第一繞組200中的相同，為了便於描述，就不對第二繞組300、第三繞組400進行詳細說明，另外，第二控制模塊600和第三控制模塊700與第一控制模塊500的電路結構也相同，不再進行單獨說明。
[0029]在本發明實施例中，當第二子繞組L2單獨連入電路時L2為高速繞組，當第一子繞組LI和第二子繞組L2串聯連入電路時為低速繞組。高速繞組是從低速繞組上取一段作為有效繞組，低速繞組匝數多，啟動轉矩大，高速繞組匝數少，可實現高速運行。本發明實施例提供的直流無刷電機控制電路控制直流無刷電子在啟動時先使用低速繞組，當重負載階段過後則可切換到高速繞組。
[0030]作為本發明一實施例，第一控制模塊500還包括第一續流單元501，第一續流單元501並聯連接在第一子繞組LI的兩端。
[0031]在本發明實施例中，第一續流單元501用於在第一單刀雙擲開關Kl進行切換時對第一子繞組LI進行續流保護。
[0032]作為本發明一實施例，第一控制模塊500還包括第二續流單元502 ;第二續流單元502包括第一二極體D1，第一二極體Dl的陽極與地連接，第一二極體Dl的陰極與第二繞組L2的第一端連接。
[0033]在本發明實施例中，第二續流單元502用於當電流流向為:外圍控制板100上的功率開關管的輸出端一第一單刀雙擲開關Kl的動端一第二子繞組L2的第二端，且第一單刀雙擲開關Kl進行切換時對第二子繞組L2進行續流保護。
[0034]作為本發明一實施例，第一控制模塊500還包括第三續流單元503 ；
[0035]第三續流單元包括第二二極體D2，第二二極體D2的陽極與第二繞組202的第一端連接，第二二極體D2的陰極與外圍控制板100上的直流母線連接。
[0036]在本發明實施例中，第三續流單元503用於當電流流向為:第二子繞組L2的第二端一第一單刀雙擲開關Kl的動端，且第一單刀雙擲開關Kl進行切換時對第二子繞組L2進行續流保護。
[0037]需要說明的是:第二繞組300和第三繞組400都有與外圍控制板100上的直流母線連接，連接位置與第一繞組200中位置一樣，由於第二控制模塊600和第三控制模塊700以及第二繞組300和第三繞組400的電路圖進行了省略，故在圖2中也沒有進行表示，但是實際上是連接關係的。
[0038]作為本發明一實施例，外圍控制板100上的功率開關管為金氧半場效電晶體MOSFET或絕緣柵雙極型電晶體IGBT。
[0039]作為本發明一實施例，第一續流單元501為壓敏電阻。
[0040]下面對本發明實施例提供的直流無刷電機控制電路的工作原理進行說明，詳述如下:
[0041]在本發明實施例中，外圍控制板100上的功率開關管一直保持輸出狀態，直流無刷電機啟動運行時首先使用低速繞組，第一子繞組LI和第二子繞組L2中均有電流，假設當電流由第一單刀雙擲開關Kl的第二不動端流向中線端時，第一子繞組LI和第一續流單元501組成第一續流迴路，第二子繞組L2和第一二極體Dl組成第二續流迴路；
[0042]假設當電流由中線端流向第一單刀雙擲開關Kl的第二不動端時，第二子繞組L2與第二二極體D2組成第三續流迴路，第三續流迴路的電流方向與第二續流迴路的電流方向相反，且第一續流迴路的電流方向也反向，第二控制電路600和第二繞組300以及第三控制電路700和第三繞組400中的電路續流原理與第一控制電路500和第一繞組200的電路續流原理相同，這裡就不在贅述。
[0043]在本發明實施例中，直流無刷電機開始時以低速繞組(L1+L2)運行啟動，當速度高於預設低速轉速閾值時，默認為負載已被打碎，於是切換到高速繞組(L)，高速繞組運行中如運行速度(轉速)降低，低於預設高速轉速閾值時則切換到低速繞組，在低轉速區，使用低速繞組轉矩更大，速度更平穩。
[0044]需要說明的是，高速繞組與低速繞組的動態切換控制由外圍控制板100根據實時監測結果控制外圍控制板100上的功率開關管的關斷以及控制第一單刀雙擲開關Kl的連接方式(第一單刀雙擲開關Kl的動端與第一不動端或第二不動端連接)來完成的。
[0045]具體為:在進行高/低速繞組切換時，外圍控制板100先控制外圍控制板100上的功率開關管關閉，然後控制第一單刀雙擲開關Kl進行連接方式的切換，此時包括兩種情況，第一種情況為:第一單刀雙擲開關Ki切換完成時繞組中電流降為零，此時第一續流單元501、第二續流單元502以及第三續流單元503均不會產生續流電流，使直流無刷電機短暫處於不出力狀態，可提高高低速繞組切換時的安全性；第二種情況為:第一單刀雙擲開關Kl切換完成時繞組中還有電流會產生續流迴路，可以使直流無刷電機始終保持出力狀態。
[0046]本發明還提供了一種直流無刷電機，該直流無刷電機包括上述的直流無刷電機控制電路。
[0047]在本發明實施例中，將第一控制模塊、第二控制模塊以及第三控制模塊與第一繞組、第二繞組以及第三繞組連接組成雙繞組電路，通過外圍控制板上的單片機根據轉速的變化控制繞組的連接方式，進而控制直流無刷電機的運轉。本發明提供的直流無刷電機控制電路能夠自動改變繞組的連接方式，在啟動時使用低速繞組，實現大轉矩啟動，在穩定運行時使用高速繞組，實現高速運行，提高直流無刷電機的工作效率。
[0048]本領域技術人員可以理解為上述實施例包括的各個單元只是按照功能邏輯進行劃分的，但並不局限於上述的劃分，只要能夠實現相應的功能即可；另外，各功能單元的具體名稱也只是為了便於相互區分，並不用於限制本發明的保護範圍。
[0049]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種直流無刷電機控制電路，與外圍控制板連接，所述直流無刷電機包括星型連接且電路結構相同的第一繞組、第二繞組以及第三繞組，其特徵在於，所述第一繞組包括第一子繞組和第二子繞組； 所述直流無刷電機控制電路包括電路結構相同且分別與所述第一繞組、所述第二繞組以及所述第三繞組連接，控制所述直流無刷電機轉速的第一控制模塊、第二控制模塊以及第三控制模塊； 所述第一控制模塊包括第一單刀雙擲開關； 所述第一單刀雙擲開關的動端與所述外圍控制板上的功率開關管的輸出端連接，所述第一單刀雙擲開關的第一不動端與所述第二子繞組的第一端連接，所述第一單刀雙擲開關的第二不動端與所述第一子繞組的第一端連接，所述第一子繞組的第二端與所述第二子繞組的第一端連接，所述第二子繞組的第二端為所述星型連接的中線端，所述第一單刀雙擲開關的控制端與所述外圍控制板上的單片機連接。
2.如權利要求1所述的直流無刷電機控制電路，其特徵在於，所述第一控制模塊還包括第一續流單元，所述第一續流單元並聯連接在所述第一子繞組的兩端。
3.如權利要求1所述的直流無刷電機控制電路，其特徵在於，所述第一控制模塊還包括第二續流單元； 所述第二續流單元包括第一二極體，所述第一二極體的陽極與地連接，所述第一二極體的陰極與所述第二子繞組的第一端連接。
4.如權利要求1所述的直流無刷電機控制電路，其特徵在於，所述第一控制電路還包括第三續流單元； 所述第三續流單元包括第二二極體，所述第二二極體的陽極與所述第二繞組的第一端連接，所述第二二極體的陰極與所述外圍控制板上的直流母線連接。
5.如權利要求1所述的直流無刷電機控制電路，其特徵在於，所述功率開關管為金氧半場效電晶體或絕緣柵雙極型電晶體。
6.如權利要求1所述的直流無刷電機控制電路，其特徵在於，所述第一續流單元為壓敏電阻。
7.一種直流無刷電 機，其特徵在於，所述直流無刷電機包括如權利要求1-6任一所述的直流無刷電機控制電路。
【文檔編號】H02P25/18GK103904963SQ201410120877
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】林家沛, 李延吉, 陽勝利, 王晶 申請人:捷和電機製品(深圳)有限公司