CN103904963A - 一种直流无刷电机及控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于直流无刷电机控制领域，提供了一种直流无刷电机及控制电路。在本发明中，将第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块与第一绕组、第二绕组以及第三绕组连接组成双绕组电路，通过***控制板上的单片机根据转速的变化控制绕组的连接方式，进而控制直流无刷电机的运转。本发明提供的直流无刷电机控制电路能够自动改变绕组的连接方式，在启动时使用低速绕组，实现大转矩启动，在稳定运行时使用高速绕组，实现高速运行，提高直流无刷电机的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于直流无刷电机控制领域，尤其涉及一种直流无刷电机及控制电路。
背景技术
电机（Electric machinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。
市面上的电机有很多种，如单相异步电机、串激电机、直流无刷电机等。但是单相异步电机难以调速，功率因数低，效率低，无法改变运转方向，单相异步电机可以通过多绕组进行调速，但该调速方法是有级调速，无法实现连续调速，且调速的级数不能做到很多，通常不多于三档；串激电机效率低，噪声大，寿命短,不宜运行于正反双方向，串激电机的不足之处在于效率低、噪声大、寿命短，不适合正反双方向运行。而现有的直流无刷电机虽然具有高效率，高效区域大，功率和转矩密度高的特点，但是，直流无刷电机需***控制板驱动，***控制板上的电子器件不耐过流，这样电机启动瞬间转矩无法达到数倍额定转矩。
发明内容
本发明提供了一种直流无刷电机控制电路，旨在解决现有直流无刷电机高额定转速和大转矩无法兼顾的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：一种直流无刷电机控制电路，与***控制板连接，所述直流无刷电机包括星型连接且电路结构相同的第一绕组、第二绕组以及第三绕组，所述第一绕组包括第一子绕组和第二子绕组；
所述直流无刷电机控制电路包括电路结构相同且分别与所述第一绕组、所述第二绕组以及所述第三绕组连接，控制所述直流无刷电机转速的第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块；
所述第一控制模块包括第一单刀双掷开关；
所述第一单刀双掷开关的动端与所述***控制板上的功率开关管的输出端连接，所述第一单刀双掷开关的第一不动端与所述第二子绕组的第一端连接，所述第一单刀双掷开关的第二不动端与所述第一子绕组的第一端连接，所述第一子绕组的第二端与所述第二子绕组的第一端连接，所述第二子绕组的第二端为所述星型连接的中线端，所述第一单刀双掷开关的控制端与所述***控制板上的单片机连接。
进一步地，所述第一控制模块还包括第一续流单元，所述第一续流单元并联连接在所述第一子绕组的两端。
进一步地，所述第一控制模块还包括第二续流单元；
所述第二续流单元包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与地连接，所述第一二极管的阴极与所述第二子绕组的第一端连接。
进一步地，所述第一控制电路还包括第三续流单元；
所述第三续流单元包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第二绕组的第一端连接，所述第二二极管的阴极与所述***控制板上的直流母线连接。
进一步地，所述功率开关管为金氧半场效晶体管或绝缘栅双极型晶体管。
进一步地，所述第一续流单元为压敏电阻。
本发明还提供了一种直流无刷电机，所述直流无刷电机包括上述所述的直流无刷电机控制电路。
在本发明中，将第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块与第一绕组、第二绕组以及第三绕组连接组成双绕组电路，通过***控制板上的单片机根据转速的变化控制绕组的连接方式，进而控制直流无刷电机的运转。本发明提供的直流无刷电机控制电路能够自动改变绕组的连接方式，在启动时使用低速绕组，实现大转矩启动，在稳定运行时使用高速绕组，实现高速运行，提高直流无刷电机的工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的直流无刷电机控制电路的模块结构图；
图2是本发明实施例提供的直流无刷电机控制电路的电路结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的直流无刷电机控制电路的模块结构，为了便于说明，仅列出与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图1所示，本发明实施例提供的一种直流无刷电机控制电路，与***控制板100连接，该直流无刷电机包括星型连接且电路结构相同的第一绕组200、 第二绕组300以及第三绕组400。
在本发明实施例中，该直流无刷电机配备有***控制板，该***控制板用于为直流无刷电机提供工作电压及转速控制等信号，现有技术是当***控制板上直流母线电压相同时，直流无刷电机的额定转速越高，则转矩越小；直流无刷电机的额定转速越低，则转矩越大。现有直流无刷电机不能实现既具有大转矩，又具有高额定转速。本发明通过以下实施例解决这个问题。
如图2所示，第一绕组200包括第一子绕组L1和第二子绕组L2；
该直流无刷电机控制电路包括电路结构相同且分别与第一绕组200、第二绕组300以及第三绕组400连接，控制该直流无刷电机转速的第一控制模块500、第二控制模块600以及第三控制模块700；
第一控制模块500包括第一单刀双掷开关K1；
第一单刀双掷开关K1的动端与***控制板100上的功率开关管的输出端连接，第一单刀双掷开关K1的第一不动端与第二子绕组L2的第一端连接，第一单刀双掷开关K1的第二不动端与第一子绕组L1的第一端连接，第一子绕组L1的第二端与第二子绕组L2的第一端连接，第二子绕组L2的第二端为该星型连接的中线端，第一单刀双掷开关K1的控制端与***控制板100上的单片机连接。
在本发明实施例中，第二绕组300、第三绕组400都与第一绕组200的电路结构相同，都是包含两个子绕组，其电路连接关系与第一绕组200中的相同，为了便于描述，就不对第二绕组300、第三绕组400进行详细说明，另外，第二控制模块600和第三控制模块700与第一控制模块500的电路结构也相同，不再进行单独说明。
在本发明实施例中，当第二子绕组L2单独连入电路时L2为高速绕组，当 第一子绕组L1和第二子绕组L2串联连入电路时为低速绕组。高速绕组是从低速绕组上取一段作为有效绕组，低速绕组匝数多，启动转矩大，高速绕组匝数少，可实现高速运行。本发明实施例提供的直流无刷电机控制电路控制直流无刷电子在启动时先使用低速绕组，当重负载阶段过后则可切换到高速绕组。
作为本发明一实施例，第一控制模块500还包括第一续流单元501，第一续流单元501并联连接在第一子绕组L1的两端。
在本发明实施例中，第一续流单元501用于在第一单刀双掷开关K1进行切换时对第一子绕组L1进行续流保护。
作为本发明一实施例，第一控制模块500还包括第二续流单元502；第二续流单元502包括第一二极管D1，第一二极管D1的阳极与地连接，第一二极管D1的阴极与第二绕组L2的第一端连接。
在本发明实施例中，第二续流单元502用于当电流流向为：***控制板100上的功率开关管的输出端→第一单刀双掷开关K1的动端→第二子绕组L2的第二端，且第一单刀双掷开关K1进行切换时对第二子绕组L2进行续流保护。
作为本发明一实施例，第一控制模块500还包括第三续流单元503；
第三续流单元包括第二二极管D2，第二二极管D2的阳极与第二绕组202的第一端连接，第二二极管D2的阴极与***控制板100上的直流母线连接。
在本发明实施例中，第三续流单元503用于当电流流向为：第二子绕组L2的第二端→第一单刀双掷开关K1的动端，且第一单刀双掷开关K1进行切换时对第二子绕组L2进行续流保护。
需要说明的是：第二绕组300和第三绕组400都有与***控制板100上的直流母线连接，连接位置与第一绕组200中位置一样，由于第二控制模块600和第三控制模块700以及第二绕组300和第三绕组400的电路图进行了省略， 故在图2中也没有进行表示，但是实际上是连接关系的。
作为本发明一实施例，***控制板100上的功率开关管为金氧半场效晶体管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT。
作为本发明一实施例，第一续流单元501为压敏电阻。
下面对本发明实施例提供的直流无刷电机控制电路的工作原理进行说明，详述如下：
在本发明实施例中，***控制板100上的功率开关管一直保持输出状态，直流无刷电机启动运行时首先使用低速绕组，第一子绕组L1和第二子绕组L2中均有电流，假设当电流由第一单刀双掷开关K1的第二不动端流向中线端时，第一子绕组L1和第一续流单元501组成第一续流回路，第二子绕组L2和第一二极管D1组成第二续流回路；
假设当电流由中线端流向第一单刀双掷开关K1的第二不动端时，第二子绕组L2与第二二极管D2组成第三续流回路，第三续流回路的电流方向与第二续流回路的电流方向相反，且第一续流回路的电流方向也反向，第二控制电路600和第二绕组300以及第三控制电路700和第三绕组400中的电路续流原理与第一控制电路500和第一绕组200的电路续流原理相同，这里就不在赘述。
在本发明实施例中，直流无刷电机开始时以低速绕组（L1+L2）运行启动，当速度高于预设低速转速阈值时，默认为负载已被打碎，于是切换到高速绕组（L），高速绕组运行中如运行速度（转速）降低，低于预设高速转速阈值时则切换到低速绕组，在低转速区，使用低速绕组转矩更大，速度更平稳。
需要说明的是，高速绕组与低速绕组的动态切换控制由***控制板100根据实时监测结果控制***控制板100上的功率开关管的关断以及控制第一单刀双掷开关K1的连接方式（第一单刀双掷开关K1的动端与第一不动端或第二 不动端连接）来完成的。
具体为：在进行高/低速绕组切换时，***控制板100先控制***控制板100上的功率开关管关闭，然后控制第一单刀双掷开关K1进行连接方式的切换，此时包括两种情况，第一种情况为：第一单刀双掷开关K1切换完成时绕组中电流降为零，此时第一续流单元501、第二续流单元502以及第三续流单元503均不会产生续流电流，使直流无刷电机短暂处于不出力状态，可提高高低速绕组切换时的安全性；第二种情况为：第一单刀双掷开关K1切换完成时绕组中还有电流会产生续流回路，可以使直流无刷电机始终保持出力状态。
本发明还提供了一种直流无刷电机，该直流无刷电机包括上述的直流无刷电机控制电路。
在本发明实施例中，将第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块与第一绕组、第二绕组以及第三绕组连接组成双绕组电路，通过***控制板上的单片机根据转速的变化控制绕组的连接方式，进而控制直流无刷电机的运转。本发明提供的直流无刷电机控制电路能够自动改变绕组的连接方式，在启动时使用低速绕组，实现大转矩启动，在稳定运行时使用高速绕组，实现高速运行，提高直流无刷电机的工作效率。
本领域技术人员可以理解为上述实施例包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种直流无刷电机控制电路，与***控制板连接，所述直流无刷电机包括星型连接且电路结构相同的第一绕组、第二绕组以及第三绕组，其特征在于，所述第一绕组包括第一子绕组和第二子绕组；
所述直流无刷电机控制电路包括电路结构相同且分别与所述第一绕组、所述第二绕组以及所述第三绕组连接，控制所述直流无刷电机转速的第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块；
所述第一控制模块包括第一单刀双掷开关；
所述第一单刀双掷开关的动端与所述***控制板上的功率开关管的输出端连接，所述第一单刀双掷开关的第一不动端与所述第二子绕组的第一端连接，所述第一单刀双掷开关的第二不动端与所述第一子绕组的第一端连接，所述第一子绕组的第二端与所述第二子绕组的第一端连接，所述第二子绕组的第二端为所述星型连接的中线端，所述第一单刀双掷开关的控制端与所述***控制板上的单片机连接。
2.如权利要求1所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述第一控制模块还包括第一续流单元，所述第一续流单元并联连接在所述第一子绕组的两端。
3.如权利要求1所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述第一控制模块还包括第二续流单元；
所述第二续流单元包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与地连接，所述第一二极管的阴极与所述第二子绕组的第一端连接。
4.如权利要求1所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述第一控制电路还包括第三续流单元；
所述第三续流单元包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第二绕组的第一端连接，所述第二二极管的阴极与所述***控制板上的直流母线连接。
5.如权利要求1所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述功率开关管为金氧半场效晶体管或绝缘栅双极型晶体管。
6.如权利要求1所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述第一续流单元为压敏电阻。
7.一种直流无刷电机，其特征在于，所述直流无刷电机包括如权利要求1-6任一所述的直流无刷电机控制电路。
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