電池供電割草機的控制裝置的製作方法

2023-06-26 04:46:36

專利名稱：電池供電割草機的控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種割草機的控制裝置，具體涉及一種用於電池供電的 割草機控制裝置。
背景技術：
割草機根據使用對象分商用和家用兩種，商用機用於園林廣場、公路、運 動場、機場、大學等大、中型草坪，要求割草機具有壽命長、割草速率髙、 質量好等特點家用機用於家庭割草，對院落草坪進行修整，有持續工作時 間較短、切割質量要求不髙等特點。
現有技術中，大部分的割草機都採用交流電源供電，因而不需要考慮供電 電源的控制問題。隨著電池技術的發展，方便使用的可充電式電池開始被應 用於割草機上，並呈現出快速發展的趨勢。目前直流割草機的工作組成方式 主要有兩種適於家用的電池直接拖動有刷直流電機和適於商用的電池通過 換相器拖動無刷直流電機。
在充電後的放電過程中，電池的工作電壓會隨著工作時間的延長而降低， 也會隨著工作電流的變化而變化，工作電流大時相對工作電壓低，工作電流 小時工作電壓高，特別是在後期，電壓受電流的影響較大。而割草機的工作 原理是靠髙速旋轉的刀片將草割倒， 一般情況下，割草機要工作在一定的轉 速下，切割較輕鬆，感覺會比較好，轉速太高是浪費，轉速太低，切割較為 吃力，感覺會不好也就是說在草況一定的情況下，割草機要工作在一定電 壓下才比較合理，電壓過髙形成浪費，電壓過低無法切割；換言之，當草況 不同時就需要切換合理的供電電壓。
由電池供電驅動的前述兩種電機，均存在上述電池供電電量分配的缺 陷在電池開始電量充裕的階段，電池電壓髙，電機轉速高，割草感覺好， 但消耗的電流比較大；到電池電量的中段，電壓有所下降，電機轉速也下降， 割草的感覺一般，消耗電流稍微減少；到電池電量的後段，電池電壓下降，電機轉速降低，相比前兩個階段，電流會很小，此時割草的感覺就很差了。 可見，目前用於割草機上的電池電量控制方法均無法實現針對草況而切換供 電電壓，因而在商用機上，由於割草面積大、質量髙而消耗電量大，且無法 保持長時間、持續的切割感覺，影響電池正常被使用的壽命(在後段電量時 便需充電或更換)及切割質量(切割均勻性差)；而在家用機上，作業面積 不大，對切割質量也一般，但前段消耗電量過大，而增加了電池的充放電次 數，降低了電池的使用周期，增加家用機的使用成本。
發明內容
本實用新型目的是提供一種電池供電割草機的控制裝置，使用該裝置控 制割草機工作，可延長供電電池使用壽命，提髙切割質量，降低使用成本。
為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是一種電池供電割草機 的控制裝置，包括為整個電路供電的電源部分、PWM發生調製裝置、放大 電路以及電子開關部分，所述PWM發生調製裝置包括一單片機，其輸入端 分別與電池電壓及電機工作電流的輸出端連接，單片機的輸出端與所述放大 電路連接，該放大電路的輸出信號驅動所述電子開關部分。
上述技術方案中，本實用新型被串接於電池與電機之間，通過電子開關 部分控制電機的通電與否，具體來說由單片機對電池的輸出電壓及電機的 工作電流進行釆樣，將採樣信號分別經單片機中PWM發生調製功能(軟體 實現)調整輸出脈衝信號的佔空比，該信號輸出經放大電路放大後，由脈衝 的髙、低電平交替控制電子開關的導通與關斷，其中佔空比影響電子開關導 通或是關斷的延時時間，由於電機為慣性負載，在被切斷電源後還能隨慣性 轉動，由此實現對電機轉速的控制。使用時，當電池電量充裕時，採樣電壓 比額定值髙，單片機(PWM)便將佔空比調小，縮短電子開關導通時間， 進而電機通電旋轉的時間縮短，由此降低輸出功率，減小對電量的消耗；當 電池電量下降時，採樣電壓小於額定值，PWM將佔空比調大，延長電子開 關導通時間，也就延長了電機通電旋轉的時間，提升輸出功率，維持割草機 的正常切割。如此經過PWM的調整，使電機的輸出功率在電池電量高或低 時，均保持在一定的範圍，進而使電機轉速得到控制(可設置上下2%範圍
4內)，保證割草機長時間在基本恆速的狀態下工作，延長電池的使用時間， 提高切割的質量。其中，單片機PWM對輸入信號佔空比的調整，由技術人 員預先輸入單片機內的程序控制；另外，當電機為無刷電機時，單片機中還 需輸入一由電機引出的位置霍爾換相信號，該信號的引入為現有技術。
上述技術方案中，所述單片機輸入端與電機工作電流輸出端之間串接有 電流放大電路，該電流放大電路可以由四運算放大器集成電路構成。
上述技術方案中，所述放大電路由分別與單片機每一輸出端連接的複數 個運算放大電路構成。
另一種技術方案為，所述放大電路為三極體放大電路。
由於上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有的優點是
1、 由於本實用新型通過單片機採樣輸入電壓和電機工作電流，根據預 先輸入的程序使單片機實現PWM的功能，調整脈衝佔空比，由脈衝的髙、 低電平交替控制串接於電池與電機間的電子開關部分的導通或是斷開，進而 控制電機的轉動速度，當電池電量充裕時，減小佔空比，降低輸出功率，反 之則增大輸出功率，使電機在各種草況、電量下均工作在一個近似恆速的狀 態下，延長電池使用壽命，提髙割草質量、感受，增加切割面積
2、 本實用新型對有刷電機和無刷電機均適用。


圖1是本實用新型實施例一的電路結構示意圖； 圖2是本實用新型實施例二的電路結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述
實施例一 一種電池供電割草機的控制裝置，包括為整個電路供電的電 源部分、PWM發生調製裝置、放大電路以及電子開關部分，所述PWM發 生調製裝置包括一單片機，其一輸入端與電池電壓輸出端連接，另一輸入端 經電流放大電路與電機工作電流輸出端連接，單片機的輸出端與所述放大電 路連接，該放大電路由分別與單片機每一輸出端連接的複數個運算放大電路構成，輸出信號驅動所述電子開關部分。
具體實現電路參見圖l所示，本實施例中使用的電機為無刷電機，圖中 元件U2 (LM7815)， U3 (LM7805)及其周邊元件構成了該電路的電源部分， 輸出15V和5V的VCC電壓給本電路相關部分供電；圖中U0 (PIC16F72) 單片機及其周邊元器件構成了 PWM發生器和無刷電機換相發生器，該晶片 利用軟體模式(預先輸入程序)進行PWM調製和換相；電池電壓信號經過 分壓後輸入單片機的2腳，電機工作電流信號經過U4 (LM324)電流放大 電路放大後輸入單片機的3腳電機的位置霍爾信號輸入單片機的15， 16, 17腳，作為軟體進行換相的依據單片機的23， 24, 25， 26， 27, 28腳輸 出了對三個橋臂的上下臂的驅動信號，該信號是經過PWM調整的換相信號； 圖中Ull, U12， U13 (均為IR2103)及周邊元器件構成放大電路，用於加 強PWM及換相信號，驅動髙速電子開關圖中Q01 Q06 (P75NF75)組 成髙速電子開關，用於根據PWM輸出脈衝信號控制電子開關的通斷，進而 控制電機的通電與否，對加在電機線圈上的電壓進行PWM調製。
在實際應用中，由軟體根據輸入電壓，輸出電流的參數，自動調整輸出 脈衝信號的佔空比，以達到草況比較難割時，採用髙佔空比提髙割草感受， 草況比較好割時採用低佔空比，延長割草時間的目的。
實施例二 一種電池供電割草機的控制裝置，包括為整個電路供電的電 源部分、PWM發生調製裝置、放大電路以及電子開關部分，所述PWM發 生調製裝置包括一單片機，其一輸入端與電池電壓輸出端連接，另一輸入端 經電流放大電路與電機工作電流輸出端連接，單片機的輸出端與所述放大電 路連接，該放大電路為三極體放大電路，輸出信號驅動所述電子開關部分。
具體實現電路參見圖2所示，本實施例中使用的電機為有刷電機，圖中 元件U2(LM 7815), U3(LM7805)及其周邊元件構成了該電路的電源部分， 輸出15V和5V的VCC電壓給本電路相關部分供電；圖中U0 ( PIC16F72 )， U4A (LM324), U4B (LM324)利用軟體形成了 PWM發生器，具體的原理 是PIC16F72為一個單片機，電池電壓經過分壓後輸入該單片機2腳，經 過A/D轉換後，單片機在程序上對輸出的PWM進行調製；28腳輸出經過 軟體算法調製後的PWM波；U4構成了電流放大電路，經過U4放大的信號輸入給單片機的3腳，經過A/D轉換後，提供給算法作負載情況的判斷；圖 中R9， RIO， Q01, Q02構成三極放大電路，用於加強PWM信號，驅動髙 速電子開關；圖中Ql， Q2, Q3並聯組成髙速電子開關部分，用於根據PWM 輸出脈衝信號控制電子開關的通斷，進而控制電機的通電與否；圖中D1主 要用於吸收電機的反峰電壓脈衝，防止電機的反峰脈衝損壞MOS管。
權利要求1.一種電池供電割草機的控制裝置，其特徵在於包括為整個電路供電的電源部分、PWM發生調製裝置、放大電路以及電子開關部分，所述PWM發生調製裝置包括一單片機，其輸入端分別與電池電壓及電機工作電流的輸出端連接，單片機的輸出端與所述放大電路連接，該放大電路的輸出信號驅動所述電子開關部分。
2. 根據權利要求1所述的電池供電割草機的控制裝置，其特徵在於 所述單片機輸入端與電機工作電流輸出端之間串接有電流放大電路。
3. 根據權利要求1所述的電池供電割草機的控制裝置，其特徵在於 所述放大電路由分別與單片機每一輸出端連接的複數個運算放大電路構成。
4. 根據權利要求1所述的電池供電割草機的控制裝置，其特徵在於 所述放大電路為三極體放大電路。
專利摘要本實用新型公開了一種電池供電割草機的控制裝置，其特徵在於包括為整個電路供電的電源部分、PWM發生調製裝置、放大電路以及電子開關部分，所述PWM發生調製裝置包括一單片機，其輸入端分別與電池電壓及電機工作電流的輸出端連接，單片機的輸出端與所述放大電路連接，該放大電路的輸出信號驅動所述電子開關部分。本實用新型通過將電池電壓及電機工作電流採樣值輸入單片機後，由軟體程序實現PWM發生調整功能，調整輸出脈衝信號的佔空比，由脈衝的高、低電平交替控制電機通斷電，進而控制轉速，使電機近似恆速轉動，延長電池的使用壽命。
文檔編號H02P7/18GK201355803SQ20082021477
公開日2009年12月2日 申請日期2008年12月12日 優先權日2008年12月12日
發明者傑 楊 申請人:蘇州星恆電源有限公司