直流有刷電機的短路檢測系統、方法及直流有刷電機與流程

2023-07-07 20:07:27

1.本發明涉及直流有刷電機的技術領域，具體涉及一種直流有刷電機的短路檢測系統、方法及直流有刷電機。


背景技術：

2.直流有刷電機被廣泛應用於各個行業中，直流有刷電機在運行過程中，會出現短路問題，導致電機的換向器或控制器損壞。電機的短路問題主要存在兩種原因，一種是由於控制器中的mos管損壞短路；另一種是因電機內部的碳刷持續磨損，從碳刷上掉落的碳粉堆積在電機內部，碳粉作為導體堆積過多後也會造成對地短路現象。
3.然而，在發生短路問題時，難以判斷電機出現短路的原因，不利於對電機的維修和維護工作。


技術實現要素：

4.因此，為了能夠在電機出現短路問題時更容易判斷出現短路的原因，便於對電機的維修和維護，本發明提供一種直流有刷電機的短路檢測系統、方法及直流有刷電機。
5.本發明提供的直流有刷電機的短路檢測系統採用如下的技術方案：一種直流有刷電機的短路檢測系統，其包括：電機驅動電路和電源預充電路，所述電機驅動電路的輸入端連接與所述電源預充電路；所述電機驅動電路包括由第一mos管、第二mos管、第三mos管和第四mos管組成的h橋式驅動電路，所述第一mos管和所述第三mos管連接於所述電源預充電路，所述第二mos管和所述第四mos管連接地線；所述電源預充電路包括蓄電池、繼電器、電容和電阻，所述繼電器連接在所述蓄電池的正極上，所述繼電器的另一端連接有供電線路，所述供電線路與所述電機驅動電路的輸入端連接，所述電容連接在供電線路上，所述蓄電池的負極以及所述電容的另一端均連接地線，所述電阻並聯在所述繼電器上。
6.在一實施例中，所述電容包括：第一電容和第二電容，所述第一電容和第二電容並聯設置，所述第一電容和所述第二電容均連接地線，所述電阻的一端連接在所述第一電容和所述第二電容之間。
7.在一實施例中，所述電機驅動電路還包括：第一採樣電阻和第二採樣電阻，所述第一採樣電阻連接在所述第二mos管與地線之間，所述第二採樣電阻連接在所述第四mos管與地線之間。
8.本發明提供的直流有刷電機的短路檢測方法採用如下的技術方案：一種基於上述任意一種實施方式所提供的直流有刷電機的短路檢測系統的短路檢測方法，所述短路檢測方法包括如下步驟：獲取所述電機驅動電路中的中點電壓；若所述中點電壓為零，則斷開所述繼電器，並導通第一mos管和第四mos管，或導通
第二mos管和第三mos管；獲取所述供電線路上的電源電壓；若所述電源電壓為零，則為mos管短路；若所述電源電壓不為零，則為碳粉堆積導致的對地短路。
9.在一實施例中，所述短路檢測方法還包括如下步驟：若為碳粉堆積導致的對地短路，計算掉落在電機內部的碳粉所形成的對地電阻的阻值。
10.在一實施例中，所述計算掉落在電機內部的碳粉所形成的對地電阻的阻值的方法包括如下步驟：獲取當前時刻，所述當前時刻為從所述繼電器斷開時計時至獲取所述當前時刻所經過的時間；獲取所述電容在當前時刻的電壓；獲取所述電機驅動電路中在所述當前時刻的電流；基於所述當前時刻、所述電壓以及所述電流，計算所述對地電阻的阻值。
11.在一實施例中，所述短路檢測方法還包括如下步驟：若所述對地電阻的阻值小於安全阻值，發出警示信號。
12.本發明提供的直流有刷電機採用如下的技術方案：一種直流有刷電機，其包括警示裝置、控制器以及上述任意一種實施方式中所述的短路檢測系統，所述警示裝置用於發出警示信號，所述控制器通過上述任意一種實施方式中提供的短路檢測方法控制所述警示裝置運作。
13.本發明技術方案，具有如下優點：1.本發明提供的短路檢測系統，當電機驅動電路中出現短路問題後，令繼電器關閉，使電機驅動電路與蓄電池斷開，利用電源預充電路中的電容繼續供電，然後再導通上管，若為mos管本身短路，相當於電容直接接地，使電源預充電路中的電壓直接降低為零，若為碳粉堆積造成的對地短路，由於碳粉堆積會形成對地電阻，電壓會根據形成的對地電阻的阻值大小降低相應的電壓，而不會直接降低為零，因此，可通過電源預充電路中的電壓是否為零來判斷電機出現短路問題的原因，便於維修人員對電機的維修和維護工作。
14.2.本發明提供的短路檢測方法，通過電機驅動電路中的中點電壓是否為零來判斷是否發生短路，並在出現短路後能夠有效區分是由於mos管損壞出現的短路還是因碳粉掉落堆積導致的對地短路，令維修人員可對電機進行針對性的維修作業。
15.3.本發明提供的短路檢測方法，還能夠根據短路後的電壓以及電流計算出碳粉堆積所形成的對地電阻的阻值大小，並根據阻值大小判斷是否需要及時清理碳粉或更換碳刷，可更好的排出安全隱患，保證電機安全穩定的運行。
附圖說明
16.為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
17.圖1為本發明實施例中所提供的電機驅動電路的結構框圖；圖2為本發明實施例中所提供的電源預充電路的結構框圖；圖3為本發明實施例中碳粉在電機內部堆積所形成的對地電阻的示意圖。
具體實施方式
18.下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
19.在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
20.在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
21.此外，下面所描述的本發明不同實施方式中所涉及的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互結合。
22.本發明實施例提供一種直流有刷電機的短路檢測系統，其用於判斷電機出現短路的原因，結合圖1和圖2所示，短路檢測系統包括電機驅動電路和電源預充電路,電機驅動電路的輸入端與電源預充電路連接，由電源預充電路為電機驅動電路供電。
23.電機驅動電路包括四個mos管，由四個mos管組成h橋式驅動電路，四個mos管分別為第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3以及第四mos管q4，四個mos管分別為四個橋臂，其中第一mos管q1和第三mos管q3的一端為輸入端，與電源預充電路連接，第二mos管q2與第四mos管q4均連接地線。四個mos管均可由電機的控制器控制導通或關閉，從而控制電機的旋轉速度和方向，例如，第一mos管q1和第四mos管q4導通、第二mos管q2和第三mos管q3關閉，此時電機正向旋轉，或者第一mos管q1和第四mos管q4關閉、第二mos管q2和第三mos管q3導通，此時電機反向旋轉。
24.電機驅動電路還包括第一採樣電阻r1和第二採樣電阻r2，第一採樣電阻r1設置在第二mos管q2與地線之間，第二採樣電阻r2位於第四mos管q4與地線之間，使電機的控制器可通過adc採樣時刻獲取電機驅動電路中的電流。
25.電源預充模塊包括：蓄電池、繼電器sw1、電容和電阻r4，蓄電池的正極與繼電器sw1連接、負極連接地線，繼電器sw1的另一端連接有供電線路，供電線路與電機驅動電路的輸入端連接，從而連通蓄電池與電機驅動電路，為電機驅動電路供電。電容包括第一電容c1和第二電容c2，第一電容c1和第二電容c2均連接在供電線路上，第一電容c1和第二電容c2的另一端均連接地線。電阻r4並聯在繼電器sw1一側，且電阻r4的一端連接在第一電容c1和第二電容c2之間。
26.在電機驅動電路的電路中，具有中點電壓vf，中點電壓vf的大小由電機驅動電路的運作而決定，在電機正常運轉過程中，所述中點電壓vf一般為4v，當中點電壓vf被拉低到零時，表明電機發生了短路現象。
27.此時，通過控制關閉繼電器sw1，停止蓄電池的供電，利用電容放電的特性，由電容繼續向供電線路中供電，初始階段維持在蓄電池的電壓，再通過檢測電源預充電路中的電壓大小，即可判斷是因碳粉堆積導致的短路，還是mos管本身的短路。
28.例如，蓄電池的電壓為24v，斷開繼電器sw1的瞬間，pvdd的電壓由電容提供依然保持在24v，此時導通第一mos管q1和第四mos管q4，或導通第二mos管q2和第三mos管q3，若為mos管損壞短路，則會使電源預充電路直接接地，導致供電線路中的電壓直接被拉低到零。若因碳粉堆積造成的對地短路，如圖3所示，碳粉堆積會在電機的某相和地之間形成對地電阻r3，供電線路中的電壓並不會直接被拉低到零，而會基於對地電阻r3的阻值大小被拉低相應的電壓。因此，可通過檢測供電線路中的電壓是否為零來判斷短路原因,以便於對電機進行針對性的維修和維護工作。
29.本發明實施例還提供一種直流有刷電機的短路測試方法，測試方法包括如下步驟：步驟s1，獲取電機驅動電路中的中點電壓vf,可通過電機內部的控制器獲取。
30.步驟s2，若中點電壓vf為零，則斷開繼電器sw1，並導通上管。
31.當中點電壓vf為零時，表明電機驅動電路中出現了短路現象，此時斷開繼電器sw1，斷開電機驅動電路與蓄電池的連接，並通過電容向電機驅動電路供電。
32.步驟s3，獲取供電線路中的電壓，同樣可通過電機內部的控制器獲取。
33.步驟s4，若pvdd的電壓為零，則為mos管短路，若供電線路中的電壓不為零，則為碳粉堆積導致的對地短路。
34.步驟s5，若為碳粉堆積導致的對地短路，計算掉落在電機內部的碳粉所形成的對地電阻r3的阻值。對地電阻r3的計算方法如下：基於電容放電公式和歐姆定律可知：其中，為電容滿電時的電壓，即與蓄電池的電壓一致；t為當前時刻，其為從所述繼電器斷開時開始計時直至獲取所述當前時刻所經過的時間；r為電容的阻抗；c為電容的容量；為電機驅動電路中在t當前時刻的電流。
35.步驟s6，當對地電阻r3的阻值小於安全阻值時，發出警示信號，所述警示信號為設置在電機上的信號燈，當對地電阻r3的阻值小於安全阻值後，令電機上的信號燈亮起，警示工作人員對電機內部的碳粉進行清理。
36.其中，安全阻值是對地電阻的最小阻值，隨著碳粉堆積量的增加，對地電阻r3的阻值會逐漸縮小。因少量碳粉掉落而造成的輕微短路不會對電機的運行和其內部的控制器造
成影響，電機可保持正常運作，只有當對地電阻r3的阻值小於安全阻值時，所造成的對地短路會造成電機以及內部控制器的損害。
37.因此，只要保證碳粉形成的對地電阻的阻值大於安全阻值即可，在小於安全阻值時通過發出警示信號的方式，使維修人員及時對電機內部的碳粉進行清理，以保證電機的正常運轉。經驗證，所述安全阻值為15k，當對地電阻的阻值在15k以上時，可保證電機的安全運行，當對電阻的阻值小於15k時就需要及時清理碳粉來保證電機的正常運作。
38.本發明實施例還提供一種直流有刷電機，其包括警示裝置、控制器和上述中的短路檢測系統，警示裝置用於發出警示信號，控制器通過上述中的短路檢測方法控制所述警示裝置運作，當所檢測到的對地電阻r3阻值小於安全阻值時，令警示裝置發出警示信號，提示工作人員及時清理電機內部的碳粉。
39.其中，警示裝置可以是信號燈，通過控制信號燈的亮起或顏色的改變達到發出警示信號的目的，也可以是蜂鳴器，通過控制蜂鳴器發出蜂鳴聲的方式達到警示的目的。
40.顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。