CN102439825A - 电机控制模块 - Google Patents

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尼可拉斯·J·施泰因
彼得·E·费伦
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Abstract

提供了一种用于电动机34的控制模块10。包括DC无刷电机的这样的电机34常被用在包括多组件配比设备的多种类型的设备中。该设计包括四个板：功率调节模块12、顶板14、中间板16以及底板18。

Description

电机控制模块
技术领域
本申请要求2009年5月28日提交的美国申请序列号61/181,779的权益，其内容由此通过参考被并入本文中。
背景技术
多年来对于电动机已经使用了各种控制。包括DC无刷电机的这样的电机常被用在包括多组件配比设备的多种类型的设备中。
发明内容
本发明的目标在于提供一种电机控制模块，该电机控制模块支持高效控制、相对于温度和振动的稳健性、在控制多种电机方面是多用的，并且能够被有效制造。设计包括四个板：功率调节模块、顶板、中间板和底板。
顶板是一种通用的电机控制I/O板，该通用的电机控制I/O板被设计为与用于其它电机类型或功率水平的对中间板和底板的任何选择一起工作。在该板上包括网络/总线处理器和网络/总线共同电路。
该中间板是用于对DC电机进行三相PWM的控制器。使用dsPIC33微处理器技术并且设计为与多种底板一起使用。
底板是用于对DC电机进行三相PWM的功率驱动器。Semikron六封装(six-pack)IGBT(绝缘栅极双极型晶体管)模块与国际整流器驱动器一起使用。
功率调节模块接受三相电源和单相电源，将能量存储在DC总线电容器中，并且输出DC总线电压。
功率调节模块和电机控制模块直接插接在一起。提供了片状金属盖、连接器端板、令牌接入门和机加工热沉(machined heatsink)，并且外壳被设计成紧邻伺服液压***中的电机进行螺栓连接(bolt)。
该***允许以全电流强度进行三相和单相操作。定制电感器允许对单相电源或三相电源使用一种电机控制。
MOV用于过压保护和磁场失效故障处理，并且在功率调节模块中利用二级功率过滤器来优化EMC性能。将SVPWM输出提供给PMSM电机。将软件升级端口连接到两个处理器。通过低压CAN网络来对用于电机控制处理器的隔离电源进行供电。
不受现场电压(live voltage)影响的IP20保护设置有移除的令牌接入盖。对顶板进行刻划以在外壳中提供IP20保护，并且顶板可以被折断以适应不同的外壳。
其它组件包括用于伺服液压***的连接器I/O、两个RTD、两个压力传感器、两个数字I/O驱动器(用于螺线管)、一个模拟I/O、特定地设计为支持线性传感器的一个模拟输入、一个编码器连接(霍尔传感器、正交编码器、索引脉冲)、两个CAN连接、一个存储器令牌软件升级端口以及一个旋转式选择器开关。
提供了各种诊断，包括对于电流强度、电压、IGBT温度、通信故障的报警和报告。功率减少与IGBT的温度相关联。
数据记录设备存储通电以及报警和报告的计数、IGBT和PCB的温度、电压和电机输出的电流强度，并且可以用于诊断和检查质保返修(warranty returns)。
消磁电机检测是一个重要特征，因为该状况难以进行处理。该问题通常是困扰化学泵或液压泵的难题。
IGBT温度监视和功率减少提供最长的IGBT寿命。在温度规格外进行操作对IGBT寿命有重大影响。该减少使***性能下降，而不仅是关闭该***。
围绕定制电感器的温度隔离“烟囱”使热量远离电容器。
外壳的设计最大化电容器的计数，包括在盖内侧的聚甲醛片，该聚甲醛片允许电容器在高振动测试期间接触盖而不对这些电容器造成损坏。
令牌端口区域用泡沫块来隔离，该泡沫块禁止对电机控制的高压区域的接入，并且防止掉落时令牌的丢失。
平稳起动将电流限制在电容器中，在允许继电器关闭之前对电容器缓慢地进行充电，这使得组件寿命最大化。
从下列结合附图的描述中，可以更加充分地显示出本发明的这些以及其它目的和优点，其中，在所有附图中，相同的附图标记指相同或相似的组件。
附图说明
图1示出了本发明的电机控制模块的立体图；
图2示出了本发明的电机控制模块的部分分解的立体图；
图3示出了本发明的电机控制模块的另一部分分解的立体图；
图4示出了示出LED区域的部分切除的俯视图；
图5示出了图4切除的细节；
图6示出了顶部移除的俯视图；
图7示出了示出绝缘片的部分切除的侧视图；
图8是分解视图；
图9是另一分解视图；
图10是电感器和烟囱的细节视图；
图11是电感器和烟囱的另一细节视图；
图12是电感器和烟囱的部分细节视图。
具体实施方式
本发明的电机控制模块通常指定为10。该设计包括四个板：功率调节模块12、顶板14、中间板16和底板18。在优选实施例中，指定顶、中间和底指各个位置，并且只是为了方便起见而进行使用。当然可以认识到，如果需要的话可以使用替代位置和定向。
顶板14是通用电机控制I/O板，该通用电机控制I/O板被设计为与用于其它电机类型或功率水平的中间板16和底板18的任何选择一起使用。在该板14上包括网络/总线处理器和网络/总线共同电路。
中间板16是用于对DC电机进行三相PWM的控制器。使用dsPIC33微处理器技术并且被设计为与多种底板18一起使用。
底板18是对DC电机进行三相PWM的功率驱动器。Semikron的六封装IGBT(绝缘栅极双极晶型体管)模块20与国际整流器驱动器一起使用。
功率调节模块12接受三相电源和单相电源，将能量存储在DC总线电容器22中，并输出DC总线电压。
功率调节模块12和电机控制板直接插接在一起。提供了片状金属盖24、连接器端板26、令牌接入门28和机加工热沉30，并且外壳32被设计为紧邻伺服液压***中的电机34进行螺栓连接。
该***允许以全电流强度进行三相和单相操作。定制电感器36允许对单相电源或三相电源使用一种电机控制。
MOV用于过电压保护和磁场失效故障处理，并且在功率调节模块中利用二级功率滤波器来优化电磁兼容(EMC)性能。向PMSM电机提供SVPMW输出。软件升级接口38被连接到两个处理器。通过低压CAN网络对用于电机控制处理器的隔离电源进行供电。
不受现场电压影响的IP20保护设置有移除的令牌接入盖。对顶板进行刻划以在外壳中提供IP20保护，并且顶板可以被折断以适应不同的外壳。
其它组件包括用于伺服液压***的连接器I/O、两个RTD、两个压力传感器、两个数字I/O驱动器(用于螺线管)、一个模拟I/O、特定地设计为支持线性传感器的一个模拟输入、一个编码器连接(霍尔传感器、正交编码器、索引脉冲)、两个CAN连接、一个存储器令牌软件升级端口以及一个旋转式选择器开关。各种I/O连接被统称为40。
提供了各种诊断，包括对于电流强度、电压、IGBT温度、通信故障的报警和报告。功率减少与IGBT的温度相关联。
数据记录装置存储通电以及报警和报告的计数、IGBT和PCB的温度、电压和电机输出的电流强度，并且可以用于诊断和检查质保返修。
消磁电机检测是一个重要特征，因为该状况难以进行处理。该问题通常是困扰化学泵或液压泵的难题。
IGBT温度监视和功率减少能够提供最长的IGBT寿命。在温度规格之外进行操作对IGBT的寿命有重大影响。该减少使***性能下降，而不仅是关闭该***。
围绕定制电感器36的温度隔离“烟囱”42使热量远离电容器22。
外壳32的设计最大化电容器的计数，包括在盖24内侧的聚甲醛片44，该聚甲醛片44允许电容器22在高振动测试期间接触盖24而不对这些电容器造成损坏。
令牌端口区域46用泡沫块48来隔离，该泡沫块48禁止对电机控制的高压区域的接入，并且防止掉落时令牌的丢失。
针对诊断的目的而提供LED 50，并且LED 50设置有管52以将光从LED 50传送到盖24的表面。隔离泡沫垫54防止光在LED 50及其各自的管52之间扩散(bleeding)。
平稳起动将电流限制在电容器中，在允许继电器关闭之前对电容器缓慢地进行充电，这使得组件寿命最大化。
可以预期，在不偏离如以下权利要求所限定的本发明精神和范围的情况下，可以对该电机控制模块进行各种改变和修改。

Claims (5)

1.一种用于控制DC无刷电机的电机控制模块，所述模块包括：
功率调节模块；
电机控制I/O顶板；
微处理器PWM中间板；以及
功率驱动器底板。
2.根据权利要求1所述的电机控制模块，其中，所述顶板进一步包括：网络/总线处理器和网络/总线共同电路。
3.根据权利要求1所述的电机控制模块，其中，所述底板进一步包括：IGBT模块。
4.根据权利要求1所述的电机控制模块，其中，所述功率调节模块12进一步包括：DC总线电容器和电感器。
5.根据权利要求4所述的电机控制模块，其中，所述功率调节模块12进一步包括：围绕所述电感器的“烟囱”。
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