專利名稱：智能電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)調(diào)速控制領(lǐng)域，尤其涉及直流有刷電機(jī)和直流無刷電機(jī)的調(diào) 速控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著科技的不斷發(fā)展，直流電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域應(yīng)用的非常廣泛，如各種 自動(dòng)測(cè)試分選設(shè)備，各種流水線送料控制系統(tǒng)等等。除此之外，在人們的日常生活中，如家 用電器、小孩電動(dòng)玩具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車以及各種需要有運(yùn)動(dòng)控制的場(chǎng)合均會(huì)用到直 流電機(jī)。直流電機(jī)分為有刷直流電機(jī)與無刷直流電機(jī)兩種，定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的 磁場(chǎng)具有相同的頻率。直流無刷電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本身是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換部分，它除了電機(jī)電樞、 永磁勵(lì)磁兩部分外，還帶有位置傳感器和控制器?？刂破魇侵绷鳠o刷電機(jī)的核心，它不僅關(guān) 系到性能指標(biāo)、噪聲振動(dòng)、可靠性和使用壽命等，還涉及制造費(fèi)用及產(chǎn)品成本。但目前由于電機(jī)定子本身產(chǎn)生的電磁場(chǎng)高頻響應(yīng)能力差，一般最大只能在IKHz 左右，而電機(jī)在調(diào)速時(shí)，調(diào)速控制的頻率要遠(yuǎn)大于電機(jī)的磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)頻率，頻率高給電機(jī)帶來 的損耗就會(huì)增加，電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率也就會(huì)大大降低。市場(chǎng)上常用的直流有刷電機(jī)控制器的調(diào)速是通過改變PWM (Pulse WidthModulation，脈沖寬度調(diào)制)寬度來實(shí)現(xiàn)的。一般PWM控制頻率在IOK到30KHz之 間。Ra、Rb、Rc為電機(jī)內(nèi)阻，La、Lb、Lc為電機(jī)等效電感，其感抗很小，高頻響應(yīng)能力差。圖 3為直流-三相交流轉(zhuǎn)換模塊的示意圖。圖中當(dāng)開關(guān)管Ql，Q2和Q3或開關(guān)管Q4，Q5和Q6 按電機(jī)位置傳感器輸出的位置信號(hào)分別導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)能電流較大，其值為電源電壓/(開關(guān) 管的等效內(nèi)阻+電機(jī)等效內(nèi)阻)；在電機(jī)等效電感La、Lb、Lc及內(nèi)阻Ra、Rb、Rc產(chǎn)生的損耗 也就越大。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述的缺陷，本發(fā)明提供一種對(duì)電機(jī)的沖擊電流小的，并能夠有效降低 電機(jī)運(yùn)行中的溫升的，且具有節(jié)能效果的智能電機(jī)控制系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明智能電機(jī)控制系統(tǒng)，包括電源，直流電機(jī)，所述直流電機(jī) 的電流輸入端與電源相連，或經(jīng)直流_三相交流轉(zhuǎn)換模塊與電源相連，還包括一儲(chǔ)能電感，其設(shè)置在所述電源與所述直流電機(jī)，或所述電源與所述直流-三相 交流轉(zhuǎn)換模塊之間；一繼流電路，該電路的兩端分別與電源的兩端相連；以及，一調(diào)速開關(guān)，與所述電源的一端相連。進(jìn)一步地，所述繼流電路由快速二極管構(gòu)成，所述的快速二極管具有足夠的電流 大小，且工作頻率在5K以上。進(jìn)一步地，所述調(diào)速開關(guān)由至少一個(gè)P溝道或N溝道MOS管構(gòu)成，或由至少一個(gè)三極管構(gòu)成，或由至少一個(gè)可控硅構(gòu)成。進(jìn)一步地，所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)還包括一濾波電容，所述濾波電容設(shè)置在所述 直流電機(jī)的兩端，或設(shè)置在所述直流_三相交流轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。進(jìn)一步地，所述直流-三相交流轉(zhuǎn)換模塊由三個(gè)上開關(guān)管和三個(gè)下開關(guān)管構(gòu)成； 其中，所述的三個(gè)上開關(guān)管的公共極均與輔助電源的負(fù)極相連，所述的三個(gè)上開關(guān)管的控 制極均與輔助電源的正極相連；所述的三個(gè)下開關(guān)管的公共極均與另一輔助電源的負(fù)極相 連，所述的三個(gè)下開關(guān)管的控制極均與另一輔助電源的正極相連。進(jìn)一步地，所述的直流電機(jī)包括直流有刷電機(jī)和直流無刷電機(jī)。電機(jī)的調(diào)速PWM頻率一般在5K以上，開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)電流會(huì)從0急速地增加到最 大值，對(duì)于電源來說就是沖擊性負(fù)載。本發(fā)明通過在所述電源與所述直流電機(jī)之間設(shè)置一 儲(chǔ)能電感，這樣就增加了電源整體負(fù)載的電感量，在調(diào)速過程中，儲(chǔ)能電感在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí) 儲(chǔ)存能量，同時(shí)也讓導(dǎo)通時(shí)負(fù)載電流上升速度下降，最大電流不能到達(dá)最大值時(shí)就關(guān)斷，把 對(duì)電機(jī)的沖擊能量?jī)?chǔ)存在電感中，這樣對(duì)負(fù)載電機(jī)的沖擊電流就會(huì)大大減少；在開關(guān)管關(guān) 閉時(shí)再釋放能量。傳統(tǒng)的控制器因?yàn)樯先婚_關(guān)管和下三只開關(guān)管是在電機(jī)調(diào)速PWM頻率控制下 工作的，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)給電機(jī)供電，關(guān)閉時(shí)利用開關(guān)管內(nèi)部反向并接的快速二極管的續(xù)流 作用，可將電機(jī)內(nèi)部等效電感儲(chǔ)存能量重新釋放給電機(jī)，所以說傳統(tǒng)的電機(jī)控制器在不加 電感的情況下也能使用，但電機(jī)在使用的過程中容易發(fā)熱，且耗能。而本發(fā)明在所述電源的 負(fù)極端連接了一調(diào)速開關(guān)，使得上下開關(guān)管不再按電機(jī)調(diào)速PWM的頻率進(jìn)行開關(guān)，而是按 電機(jī)工作時(shí)序進(jìn)行開關(guān)。電機(jī)調(diào)速PWM控制由調(diào)速開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。致使上下開關(guān)管的開關(guān)損 耗就會(huì)大大減小，只是一只調(diào)速開關(guān)的開關(guān)損耗，進(jìn)而達(dá)到了節(jié)能的目的，且控制簡(jiǎn)單。本發(fā)明所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)具有以下幾點(diǎn)有益的效果1、本發(fā)明解決了直流三相或其他多相無刷電機(jī)的節(jié)能問題，且電路簡(jiǎn)單，可靠性 強(qiáng)，便于批量生產(chǎn)。2、本發(fā)明減少了對(duì)電機(jī)的沖擊電流，降低了電機(jī)運(yùn)行中的溫升，提高了電機(jī)使用壽命。

圖1為本發(fā)明所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)的直流有刷電機(jī)的控制系統(tǒng)電路圖；圖2為本發(fā)明所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)的直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)電路圖；圖3為傳統(tǒng)直流_三相交流轉(zhuǎn)換模塊的原理圖；圖4為本發(fā)明所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)的直流-三相交流轉(zhuǎn)換模塊接入四路輔助電 源的電路圖；圖5為本發(fā)明所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)的直流-三相交流轉(zhuǎn)換模塊接入兩路輔助電 源的電路圖；圖6為本發(fā)明所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)的一實(shí)施例原理圖；圖7為本發(fā)明所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)的另一實(shí)施例原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)的直流有刷電機(jī)的控制系統(tǒng)電路圖。 儲(chǔ)能電感Ll的一端與電源的正極相連，另一端與直流有刷電機(jī)相連，圖中La為電機(jī)的等效 電感，Ra為電機(jī)的內(nèi)阻；電源的負(fù)極連接有調(diào)速開關(guān)Q7;在電源的正極和負(fù)極之間并聯(lián)一 快速二極管，起繼流作用；在儲(chǔ)能電感后，連接有一與直流有刷電機(jī)并聯(lián)的濾波電容CO。另 外，圖中電阻R4為輸出電源取樣電阻(以下圖中均相同)。其中，所述的儲(chǔ)存電感Ll的能量為0. 5*L*I*I，其中L為電感量大小，I為電感的 電流；電感的電感量是確定的，但其感抗的大小與頻率有關(guān)為XL = 2* π其中，f為電感工作頻率，所以在不同的調(diào)速開關(guān)控制下可以通過調(diào)節(jié)頻率來改變 XL值，從而改變調(diào)速開關(guān)的電流上升速度，進(jìn)而改變了電感儲(chǔ)存的能量。如圖2所示，本發(fā)明所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)的直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)電路圖。 圖中，電源后面設(shè)置了一個(gè)儲(chǔ)能電感，電感與負(fù)載是串連關(guān)系。而傳統(tǒng)控制器上下開關(guān)管是 按電機(jī)調(diào)速PWM控制的頻率開關(guān)的，開關(guān)管Ql，Q2，Q3，Q4，Q5和Q6開通時(shí)所加電感是串連 關(guān)系，但開關(guān)管Ql，Q2，Q3，Q4，Q5和Q6關(guān)閉時(shí)就不是串連關(guān)系。例如，假設(shè)開關(guān)管Ql和Q5 導(dǎo)通，電流從電源正極流出，電流經(jīng)開關(guān)管Ql流經(jīng)電機(jī)后到開關(guān)管Q5，然后再經(jīng)開關(guān)管Q7 流入電源負(fù)極。假設(shè)開關(guān)管Ql導(dǎo)通，而開關(guān)管Q5關(guān)閉，則所加電感就不能構(gòu)成續(xù)流回路， 電感的兩端就會(huì)產(chǎn)生高壓，進(jìn)而損壞直流-三相交流轉(zhuǎn)換模塊(DC-AC轉(zhuǎn)換模塊)的功率開 關(guān)管。為了保證電機(jī)的位置更改時(shí)開關(guān)管的正常切換瞬間不產(chǎn)生高壓，在直流-三相交流 轉(zhuǎn)換模塊(DC-AC模塊)的輸入端連接一只濾波電容CO。本發(fā)明在所述電源的負(fù)極端連接了一調(diào)速開關(guān)Q7，該調(diào)速開關(guān)可由至少一個(gè)P溝 道或N溝道MOS管，或至少一個(gè)三極管，或至少一個(gè)可控硅等等。本發(fā)明通過設(shè)置一調(diào)速開 關(guān)Q7，使得開關(guān)管Ql，Q2，Q3，Q4，Q5和Q6不再按電機(jī)調(diào)速PWM的頻率進(jìn)行開關(guān)，而是按電 機(jī)工作時(shí)序進(jìn)行開關(guān)。電機(jī)調(diào)速PWM控制由調(diào)速開關(guān)Q7來實(shí)現(xiàn)。致使開關(guān)管Ql，Q2，Q3， Q4，Q5和Q6的開關(guān)損耗就會(huì)大大減小，只是一只調(diào)速開關(guān)管Q7的開關(guān)損耗。若要提高輸出電流可以并聯(lián)多個(gè)調(diào)速開關(guān)管，圖2中調(diào)速開關(guān)由三個(gè)并聯(lián)的調(diào)速 開關(guān)Q7，Q7A和Q7B組成。本發(fā)明控制方便，電路簡(jiǎn)單，解決了三相電機(jī)的連接復(fù)雜問題。如圖4所示，本發(fā)明所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)的直流_三相交流轉(zhuǎn)換模塊接入四路 輔助電源的電路。圖4即為傳統(tǒng)的直流-三相交流轉(zhuǎn)換模塊的連接方式。上開關(guān)管Q1，Q2 和Q3分別連接3路獨(dú)立輔助電源進(jìn)行控制，而下開關(guān)管Q4，Q5和Q6連接一路獨(dú)立輔助電 源進(jìn)行控制。而本發(fā)明由于接入了調(diào)速開關(guān)管Q7，直流-三相交流轉(zhuǎn)換模塊(DC-AC轉(zhuǎn)換模 塊)的功率開關(guān)管控制也不再需要電機(jī)調(diào)速PWM驅(qū)動(dòng)。因此，本發(fā)明將上開關(guān)管Ql，Q2和 Q3采用1路輔助電源進(jìn)行控制，降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性(如圖5所示)。本發(fā)明還可以靈活放置電感位置，及調(diào)速開關(guān)的位置。如圖6和圖7所示。圖6， 所述儲(chǔ)能電感Ll連接在電源的負(fù)極，調(diào)速開關(guān)Q7連接也連接在電源的負(fù)極。圖7，所述儲(chǔ) 能電感Ll連接在電源的正極，調(diào)速開關(guān)Q7連接也連接在電源的正極。本發(fā)明利用開關(guān)電源的BUCK降壓斬波器方式應(yīng)用到傳統(tǒng)的控制器上，只需要在 電路中串聯(lián)一只儲(chǔ)能電感，儲(chǔ)能電感Ll位置可放在傳統(tǒng)控制器的開關(guān)輸入之前(如圖4與圖5所示)或放在之后(如圖6與圖7所示)。調(diào)速開關(guān)管Q7可與電源負(fù)極相連(如圖 4，圖5和圖6所示)，也可與電源正極相連(如圖7所示)。所述直流-三相交流轉(zhuǎn)換模塊 可連接4路獨(dú)立輔助電源(如圖4所示)，或2路獨(dú)立輔助電源(如圖5所示)。更改電感 位置、調(diào)速開關(guān)管位置、更改獨(dú)立輔助電源的個(gè)數(shù)可得到多種不種的電路圖(如圖4，圖5， 圖6和圖7所示)。 以上，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本 技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種智能電機(jī)控制系統(tǒng)，包括電源，直流電機(jī)，所述直流電機(jī)的電流輸入端與電源相 連，或經(jīng)直流-三相交流轉(zhuǎn)換模塊與電源相連，其特征在于，還包括一儲(chǔ)能電感，其設(shè)置在所述電源與所述直流電機(jī)，或所述電源與所述直流-三相交流 轉(zhuǎn)換模塊之間；一繼流電路，該電路的兩端分別與電源的兩端相連；以及，一調(diào)速開關(guān)，與所述電源的一端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述繼流電路由快速二極管 構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)速開關(guān)由至少一個(gè)P溝 道或N溝道MOS管構(gòu)成，或由至少一個(gè)三極管構(gòu)成，或由至少一個(gè)可控硅構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)還包 括一濾波電容，所述濾波電容設(shè)置在所述直流電機(jī)的兩端，或設(shè)置在所述直流-三相交流 轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述直流-三相交流轉(zhuǎn)換模塊 由三個(gè)上開關(guān)管和三個(gè)下開關(guān)管構(gòu)成；其中，所述的三個(gè)上開關(guān)管的公共極均與輔助電源 的負(fù)極相連，所述的三個(gè)上開關(guān)管的控制極均與輔助電源的正極相連；所述的三個(gè)下開關(guān) 管的公共極均與另一輔助電源的負(fù)極相連，所述的三個(gè)下開關(guān)管的控制極均與另一輔助電 源的正極相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的直流電機(jī)包括直流有 刷電機(jī)和直流無刷電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種智能電機(jī)控制系統(tǒng)，主要是為了解決現(xiàn)有電機(jī)控制器存在的問題而設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型包括電源，直流電機(jī)，所述直流電機(jī)的電流輸入端與電源相連，或經(jīng)直流-三相交流轉(zhuǎn)換模塊與電源相連；還包括儲(chǔ)能電感，其設(shè)置在所述電源與所述直流電機(jī)，或所述電源與所述直流-三相交流轉(zhuǎn)換模塊之間；繼流電路，該電路的兩端分別與電源的兩端相連；以及調(diào)速開關(guān)，與所述電源的一端相連。本實(shí)用新型能夠減小電路對(duì)電機(jī)的沖擊，降低電機(jī)運(yùn)行過程中的溫升，有效的提高了電機(jī)的工作效率，進(jìn)而達(dá)到了節(jié)能的效果。
文檔編號(hào)H02H7/08GK201781457SQ20102050202
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者吳朝宏 申請(qǐng)人:浙江黃巖東興塑業(yè)有限公司