CN111464084A - 用于厨师机的直流无刷电机驱动***和直流无刷电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机技术领域，尤其是一种用于厨师机的直流无刷电机驱动***和直流无刷电机，驱动***包括电源模块、IPM逆变模块、调速芯片和调速接口模块；电源模块的输入端与交流电相连，其输出端分别与IPM逆变模块和调速芯片相连；调速芯片的输出端与IPM逆变模块连接并产生PWM控制信号，IPM逆变模块的输出端与电机的定子绕组连接，调速芯片根据调速接口模块的调速指令调节输出至IPM逆变模块的PWM控制信号，从而调节定子绕组的电流强度；电机包括上述驱动***。本发明通过提升定子绕组的电流来实现弱磁控制，结合多种调速手段提升定子电流，控制电流矢量轨迹，避免电流调节器饱和，使电机由恒转矩调速平稳、快速地过度到弱磁工作模式。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其是一种用于厨师机的直流无刷电机驱动***和直流无刷电机。
背景技术
在一些特殊的领域中，要求电机具有弱磁扩速功能，即在额定转速及以下要求恒转矩负载特性(此时电机永磁磁通不变，定子电流全部为转矩电流，电机端电压随转速正比例变化，在额定转速时端电压达到最大值且等于额定电压)；在额定转速以上要求恒功率负载特性(此时由于永磁磁通无法调节，只有通过定子施加去磁电流，减少主磁通，实现电机端电压随转速升高而保持额定电压不变，电机将保持额定电流、额定功率运行，而转矩将随转速升高而线性下降)。然而，现有技术中电机搭载的控制***调速范围有限，扩速过程中容易导致电机效率降低，且调速手段单一，使用这类电机作为驱动器件的厨师机无法保证低转速大力矩并实现高转速的工作模式。
发明内容
为克服上述技术缺陷，本发明提供一种用于厨师机的直流无刷电机驱动***，能宽范围调速且具有良好瞬态效应的同时，并具有多种调速方式。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
一种用于厨师机的直流无刷电机驱动***，用于调节定子绕组的相电流以及直流无刷电机的转速，其包括电源模块、用于接收提速指令的调速接口模块、可根据提速指令输出PWM控制信号的调速芯片以及可根据PWM控制信号提高输出相电流的IPM逆变模块；
电源模块的输入端与交流电相连，将变化的交流电转化为直流电，其输出端分别与IPM逆变模块和调速芯片相连；
调速接口模块的输出端与调速芯片连接并将接收到的调速指令输出至调速芯片；
调速芯片的输出端与IPM逆变模块连接并输出PWM控制信号；
IPM逆变模块的输出端与定子绕组连接从而增强定子绕组的相电流，使转子弱磁提速。
进一步的，IPM逆变模块包括由6个IGBT构成的IGBT单元以及相电流输出单元，各IGBT与调速芯片的输出端分别对应连接，调速芯片通过输出PWM信号调节IGBT的导通情况，相电流输出单元与IGBT连接，相电流输出单元的输出端与电机的的定子绕组连接。
进一步的，IPM逆变模块为MTPM15A600P型芯片。
进一步的，调速接口模块包括用于接入编码器的第一调速接口单元、用于接入电位器的第二调速接口单元和用于接入人机界面的第三调速接口单元。
进一步的，还包括霍尔传感接口单元以及用于启动电机的霍尔传感器，霍尔传感接口单元的输入端与霍尔传感器连接，霍尔传感接口单元的输出端与调速芯片连接，将转子转速信息反馈至调速芯片。
进一步的，电源模块包括整流滤波单元和电压转换单元，整流滤波单元包括依次连接的EMI电感和整流桥，整流桥的输出端与电压转换单元连接。
进一步的，调速芯片为MM32F003型芯片。
本发明还公开一种直流无刷电机，适用于家用厨师机，其包括电机本体以及上述的用于厨师机的直流无刷电机驱动***。
本发明的有益效果：通过提升定子绕组的电流来实现弱磁控制，结合多种调速手段使定子电流随PWM控制信号提升，超前定子绕组的反电动势，在此过程中，控制电流矢量轨迹，避免电流调节器饱和，从而使电机由恒转矩调速平稳、快速地过度到弱磁工作模式，由电机作为驱动器件的厨师机既能保证低转速大力矩，又可以实现高转速的工作模式。
附图说明
图1：本发明用于厨师机的直流无刷电机驱动***的结构示意图。
图2：本发明IPM逆变模块的接线示意图。
图3：本发明IPM逆变模块的内部结构示意图。
图4：本发明调速接口模块的结构示意图。
图5：本发明霍尔传感接口单元的结构示意图。
图6：本发明调速芯片的接线示意图。
图7：本发明电源模块的结构示意图。
图8：本发明电机的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合实施例和附图，对本发明作进一步的描述。
请参阅图1，本实施例提供一种用于厨师机的直流无刷电机驱动***，基于电流超前角法实现对电机转速的控制，用于调节定子绕组的相电流以及直流无刷电机的转速，其包括电源模块、用于接收提速指令的调速接口模块、可根据提速指令输出PWM控制信号的调速芯片以及可根据PWM控制信号提高输出相电流的IPM逆变模块。
具体地，电源模块的输入端与交流电相连，将变化的交流电转化为直流电，其输出端分别与IPM逆变模块和调速芯片相连；调速接口模块的输出端与调速芯片连接并将接收到的调速指令输出至调速芯片；调速芯片的输出端与IPM逆变模块连接并输出PWM控制信号；IPM逆变模块的输出端与定子绕组连接从而增强定子绕组的相电流，使转子弱磁提速。
本发明提供用于厨师机的直流无刷电机驱动***通过提升定子绕组的电流来实现弱磁控制，即增加定子直轴去磁电流分量从而维持高速运行时的电压平衡，当转子转速高于额定转速时，若想继续提高转速，通过调速接口模块外接电流调节器，使定子电流随PWM控制信号提升，超前电子绕组的反电动势，在此过程中，通过控制电流矢量轨迹，避免电流调节器饱和，从而使电机由恒转矩调速平稳、快速地过度到弱磁工作模式。
IPM逆变模块的接线方式如图2所示，在本实施例中，IPM逆变模块为MTPM15A600P型芯片，IPM逆变模块的内部结构如图3所示，IPM逆变模块为MTPM15A600P型芯片，其包括由6个IGBT构成的IGBT单元41以及相电流输出单元42，IGBT单元41与调速芯片的输出端分别对应连接，调速芯片通过输出PWM信号分别调节各IGBT的导通情况，相电流输出单元42分别与IGBT连接，每个IGBT分别对应相电流输出单元42的一个输入口，相电流输出单元42准确获取对应的PWM调制信号，相电流输出单元42的输出端与电机的定子绕组连接，相电流输出单元42输出三组310V的高压直流电信号，对应连接电机的定子绕组上的三相磁路，高压直流电信号的电流随PWM调制信号的变化而改变，从而实现对定子绕组电流信号的调制。
调速接口模块的结构如图4所示，调速接口模块包括用于接入编码器的第一调速接口单元41、用于接入电位器的第二调速接口单元42和用于接入人机界面的第三调速接口单元43，为了方便调试及升级调速芯片的内部程序，调速接口模块还包括用于外接调试升级设备的程序调试升级接口单元44。其中，第一调速接口单元41中的接口J2用于连接编码器，第二调速接口单元42中的接口J3用于连接电位器，第三调速接口单元43中的接口J4用于连接人机界面，程序调试升级接口单元44中的接口J1用于连接调试升级设备。
在本实施例中，还包括霍尔传感接口单元以及霍尔传感器，霍尔传感接口单元的结构如图5所示(图5中未标示霍尔传感器)，霍尔传感接口单元的输入端与霍尔传感器连接，霍尔传感器设置在电机上，其作用是使电机平稳地启动，霍尔传感接口单元的输出端(接口J5)与调速芯片连接，将转子的位置和极性信息反馈至调速芯片，使调试芯片实时获取电机转子的实际情况，确保电机平稳地启动。其中，调速芯片为MM32F003型芯片，调速芯片的接线结构如图6所示。
电源模块的结构如图7所示，电源模块包括整流滤波单元61和电压转换单元72，整流滤波单元71包括依次连接的EMI电感L1、L2和整流桥D1，整流桥的输出端与电压转换单元72连接。在本实施例中，电压转换单元72为非隔离电压转换结构，电压转换单元72设有两个输出端，其一输出端直接输出转换后的直流电压信号，另一输出端经过稳压芯片U3调试后输出，从而形成两种直流电压输出。
请参阅图8，本实施例还公开一种直流无刷电机，适用于家用厨师机，其包括电机本体81以及上述的驱动***82，驱动***82为上述实施例的用于厨师机的直流无刷电机驱动***，驱动***82的驱动方式是正弦波控制，使电机转子的转速可以由恒转矩调速平稳、快速地过度到弱磁工作模式，达到响应块、宽调速的技术效果。
本实施例的电机，适用于4L-9L家用厨师机，在低转速运行时，电机扭矩大，保证电机在低速到高速和面(300RPM-1000RPM)时不卡机；驱动***82的理论转速为2800RPM；当厨师机要在处理奶油或较为松软的面食制品时，其转速达到4200RPM，此时虽然电机扭矩变小，但是已经能满足加工这类制品时所需的转速和扭矩。这样既能保证了厨师机低转速大力矩，又可以实现高转速的工作模式。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于厨师机的直流无刷电机驱动***，用于调节定子绕组的相电流以及所述直流无刷电机的转速，其特征在于，包括电源模块、用于接收提速指令的调速接口模块、可根据所述提速指令输出PWM控制信号的调速芯片以及可根据所述PWM控制信号提高输出相电流的IPM逆变模块；
所述电源模块的输入端与交流电相连，将变化的交流电转化为直流电，其输出端分别与IPM逆变模块和调速芯片相连；
所述调速接口模块的输出端与调速芯片连接并将接收到的调速指令输出至调速芯片；
所述调速芯片的输出端与IPM逆变模块连接并输出PWM控制信号；
所述IPM逆变模块的输出端与所述定子绕组连接从而增强定子绕组的相电流，使所述电机的转子弱磁提速。
2.根据权利要求1所述的用于厨师机的直流无刷电机驱动***，其特征在于，所述IPM逆变模块包括由6个IGBT构成的IGBT单元以及相电流输出单元，各所述IGBT与调速芯片的输出端分别对应连接，所述调速芯片通过输出PWM信号调节所述IGBT的导通情况，所述相电流输出单元与IGBT连接，所述相电流输出单元的输出端与电机的的定子绕组连接。
3.根据权利要求2所述的用于厨师机的直流无刷电机驱动***，其特征在于，所述IPM逆变模块为MTPM15A600P型芯片。
4.根据权利要求1所述的用于厨师机的直流无刷电机驱动***，其特征在于，所述调速接口模块包括用于接入编码器的第一调速接口单元、用于接入电位器的第二调速接口单元和用于接入人机界面的第三调速接口单元。
5.根据权利要求1所述的用于厨师机的直流无刷电机驱动***，其特征在于，还包括霍尔传感接口单元以及用于启动电机的霍尔传感器，所述霍尔传感接口单元的输入端与霍尔传感器连接，所述霍尔传感接口单元的输出端与调速芯片连接，将转子转速信息反馈至调速芯片。
6.根据权利要求1所述的用于厨师机的直流无刷电机驱动***，其特征在于，所述电源模块包括整流滤波单元和电压转换单元，所述整流滤波单元包括依次连接的EMI电感和整流桥，所述整流桥的输出端与电压转换单元连接。
7.根据权利要求1所述的用于厨师机的直流无刷电机驱动***，其特征在于，所述调速芯片为MM32F003型芯片。
8.一种直流无刷电机，适用于家用厨师机，其特征在于，其包括电机本体以及权利要求1-7任意一项所述的用于厨师机的直流无刷电机驱动***。
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