CN104084934A

CN104084934A - 一种新型智能控制直流无刷电镐

Info

Publication number: CN104084934A
Application number: CN201410312689.1A
Authority: CN
Inventors: 綦锋
Original assignee: CHANGSHA QIKE ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: CHANGSHA QIKE ELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2014-10-08

Abstract

一种新型智能控制直流无刷电镐，包括后端手柄、无刷电机控制器、直流无刷电机、减速传动机构、后端盖、前端手柄、壳体和前端盖；所述减速传动机构包括齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ和齿轮Ⅲ；所述直流无刷电机包括弹簧垫圈、传动轴、转子、定子、轴承Ⅰ、轴承Ⅱ和散热风扇。本发明采用直流无刷电机，控制方式采用无霍尔模式，无刷电机控制器采用全灌胶一体式结构，无刷驱动PCB采用导热性能优越的灌封胶加固在无刷电机控制器上，具有很好的抗振动性。本发明大大延长了电镐的使用寿命，免维护，提高了可靠性，直流无刷电机效率高，达到了节能的效果。

Description

一种新型智能控制直流无刷电镐

技术领域

本发明涉及一种电镐，尤其涉及一种新型智能控制直流无刷电镐。

背景技术

目前，电镐是以单相串励电动机为动力的双重绝缘手持式电动工具，它具有安全可靠、操作方便等特点，广泛应用于建筑、铁路建设和加固行业。但传统电镐由于采用的是串励电动机，其电刷是消耗品，一旦磨损到极限，电动机就可能出现各种故障。一个电镐的寿命只有几百小时，寿命短，难维护。因此，需要提供一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种新型智能控制直流无刷电镐，从而解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种新型智能控制直流无刷电镐，包括后端手柄、无刷电机控制器、直流无刷电机、减速传动机构、后端盖、前端手柄、壳体和前端盖；所述减速传动机构包括齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ和齿轮Ⅲ；所述直流无刷电机包括弹簧垫圈、传动轴、转子、定子、轴承Ⅰ、轴承Ⅱ和散热风扇；

所述后端手柄上安装有无刷电机控制器，无刷电机控制器通过螺钉固定在壳体顶端；所述后端盖通过螺钉固定在壳体上，所述后端盖与壳体同侧边安装有减速传动机构，所述前端盖通过螺钉固定在壳体上，所述传动轴通过轴承Ⅰ及轴承Ⅱ同轴安装与定子同心，所述传动轴上安装有注塑成型的散热风扇。

所述无刷电机控制器包括EMI电路、软启动电路、整流电路、滤波电路、三相全桥IGBT驱动电路、反电动势侦测电路、控制电源、电压采集电路、电流采集电路、微处理器和控制器壳体；

所述EMI电路与软启动电路连接，软启动电路与整流电路连接，整流电路与滤波电路连接，滤波电路分别与三相全桥IGBT驱动电路、控制电源和电压采集电路连接，三相全桥IGBT驱动电路分别与滤波电路、控制电源、电流采集电路和微处理器连接，控制电源分别与滤波电路、三相全桥IGBT驱动电路和微处理器连接，电压采集电路分别与滤波电路和微处理器连接，电流采集电路分别与三相全桥IGBT驱动电路和微处理器连接。

所述前端盖上均匀开有网状风道口，方便直流无刷电机散热、且起到防尘保护作用；所述后端盖可拆卸对减速机构进行保养维护。

所述直流无刷电机外壳上设置有凹槽，与壳体内壁法兰相配合，实现定子的径向定位，与传动轴安装在一起输出动力。

所述直流无刷电机的转子由高磁能积的稀土材料制成，经过科学的计算，在保证转子磁强强度前提下进行独特的腰形镂空工艺处理，使传动结构更轻巧，材料成本控制到最优。

所述无刷电机控制器为全灌胶一体式结构，无刷驱动PCB采用导热性能好的灌封胶加固在无刷电机控制器上，控制方式采用无霍尔模式，无刷电机控制器与外部接线只有电源线和直流无刷电机线；保护电路采用直流母线电流、直流母线电压和散热器温度的三重保护。

所述无刷电机控制器上电时先让直流无刷电机转至固定位置，进行定位，此时直流无刷电机的反电动势为零，人为的给直流无刷电机施加一个由低频到高频不断加速的他控同步切换信号，使直流无刷电机由静止逐步加速运动，当直流无刷电机的反电动势的幅值随着转速的升高达到一定值，通过端电压检测已能够确知转子的位置时，将直流无刷电机由它控同步运行方式切换到直流无刷电机的自控同步运行方式，由于在反电动势侦测电路中加入了低通滤波器，需要根据不同的转速来进行相位补偿。

所述电镐通电后直流无刷电机转动至额定转速，使电能在直流无刷电机处转换为动能，直流无刷电机带动减速传动机构推动活塞做来回往复运动，活塞再带动钻头做高速细微的上下运动，从而产生很大的冲击力，破坏物体，电镐的钻头并不转动，只做重复的上下运动，达到破坏物体的目的。

本发明具有如下有益效果：

本发明由于采用了直流无刷电机，控制方式采用无霍尔模式，减少了安装电机内部的霍尔元件，减少了电机体积，减少了电缆，提高了电机的可靠性。与传统电镐有刷电机驱动相比去掉了用来交替变换电磁场的换向电刷，里面没有易损品碳刷，因此电机运转时摩擦力大大降低，运行更流畅，效率更高，从而大大延长了使用寿命，电机做到了免维护，达到了节能的效果。

无刷电机控制器采用全灌胶一体式结构，无刷驱动PCB采用导热性能优越的灌封胶加固在无刷电机控制器上，具有很好的抗振动性，无刷电机控制器具备直流无刷电机缺相、短路、过温保护；无刷电机控制器的冷却方式采用风冷，利用散热风扇，有效地降低了散热器到环境的热阻，提高散热效果，其结构紧凑、抗震能力强，且安装、拆卸简易。

按照流体动力学方法针对本电镐功率特性设计装配有注塑成型的独特散热风扇，重量轻，直流无刷电机工作时散热风扇随传动轴同步转动，有效的降低了直流无刷电机工作发热，延长了使用寿命。

附图说明

图1为本发明电镐的结构示意图；

图2为本发明直流无刷电机的结构示意图；

图3为本发明无刷电机控制器的结构示意图；

图4为本发明无刷电机控制器的原理方框图。

图1、图2和图3中所示：1、后端手柄；2、无刷电机控制器；3、直流无刷电机；4、齿轮Ⅰ；5、齿轮Ⅱ；6、齿轮Ⅲ；7、后端盖；8、前端手柄；9、壳体；10、前端盖；11、电源电缆；12、弹簧垫圈；13、轴承Ⅰ；14、传动轴；15、转子；16、定子；17、散热风扇；18、轴承Ⅱ；19、控制器壳体；20、三相全桥IGBT驱动电路；21、反电动势侦测电路；22、电流采集电路；23、滤波电路；24、电压采集电路；25、开关电源；26、软启动电路；27、EMI电路；28、整流电路；29、微处理器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1、图2、图3和图4，一种新型智能控制直流无刷电镐，包括后端手柄（1）、无刷电机控制器（2）、直流无刷电机（3）、后端盖（7）、前端手柄（8）、壳体（9）、前端盖（10）、电源电缆（11）及减速传动机构；所述减速传动机构包括齿轮Ⅰ（4）、齿轮Ⅱ（5）和齿轮III（6）；所述直流无刷电机（3）包括弹簧垫圈（12）、轴承Ⅰ（13）、传动轴（14）、转子（15）、定子（16）、散热风扇（17）和轴承Ⅱ（18）；

后端手柄（1）上安装有无刷无刷电机控制器（2），无刷无刷电机控制器（2）通过螺钉固定在壳体（9）顶端；所述后端盖（7）通过螺钉固定在壳体（9）上，所述后端盖（7）与壳体（9）同侧边安装有减速传动机构，所述前端盖（10）通过螺钉固定在壳体（9）上，所述传动轴（14）通过轴承Ⅰ（13）及轴承Ⅱ（18）同轴安装与定子（16）同心，所述传动轴（14）上安装有注塑成型的散热风扇（17）。

无刷电机控制器（2）包括EMI电路（27)、软启动电路(26)、整流电路（28）、滤波电路（23)、三相全桥IGBT驱动电路（20)、反电动势侦测电路(21)、控制电源（25）、电压采集电路(24)、电流采集电路（22）、微处理器（29）和控制器壳体（19）；

EMI电路（27)与软启动电路（26)连接，软启动电路（26)与整流电路（28)连接，整流电路（28)与滤波电路（23)连接，滤波电路（23)分别与三相全桥IGBT驱动电路（20)、控制电源（25)和电压采集电路（24)连接，三相全桥IGBT驱动电路（20)分别与滤波电路（23)、控制电源（25)、电流采集电路（22)和微处理器（29)连接，控制电源（25)分别与滤波电路（23)、三相全桥IGBT驱动电路（20)和微处理器（29)连接，电压采集电路（24)分别与滤波电路（23)和微处理器（29)连接，电流采集电路（22)分别与三相全桥IGBT驱动电路（20)和微处理器（29)连接。

三相全桥IGBT驱动电路（20)采用集成化专用智能功能模块，内部自带信号互锁功能，自带短路保护，提高了产品工作时的安全性。滤波电路（23)为三滤波电容进行并联，功率元件安装于外壳上，靠近功率元件处设有风道，借助冷却风扇起到散热的作用。微处理器（29)采用英飞凌电机驱动专用MCU；交流电源经软起动电路（26)，通过整流电路（28)与滤波电路（23)变成直流电，加到功率模块正、负两端；滤波电容、吸收电容并接在正、负母线上，滤波电容用于对直流输入电源进行稳压和滤波，吸收电容用于吸收功率模块开关过程中的电压尖峰；功率模块输出三相PWM电压，直接加在直流无刷电机的定子绕阻上，驱动直流无刷电机工作。

控制部分是以XE160芯片为控制核心，反电动势侦测电路(21)输出的三路位置信号的加到XE160的霍尔侦测端，通过侦测转子位置的信息进行正确的换向控制。根据两次捕获时间可以算出电机运行速度，并以此速度作为速度参考值得反馈量，通过PI调节器后，输出PWM占空比，并以此PWM信号输入驱动电路，驱动功率模块工作。为了获得良好的静、动态性能，两个调节器都采用PI调节器，且两个调节器的输出均采用限幅措施。转速调节器的输出限幅决定了电流调节器给定电流的最大值；电流调节器的输出限幅限制了功率模块输出功率的最大值，以无刷电机控制器（2）和直流无刷电机（3）为控制对象，进行对直流无刷电机（3）的调速控制。控制部分根据转速反馈信号产生占空比可调的六路PWM脉冲信号，用于触发控制三相逆变器六个功率开关的导通和关断的时序以及导通时间(PWM占空比)，实现对直流无刷电机（3）的转速闭环控制。同时可接收来自直流无刷电机（3）的反电动势反馈信号、电压、电流反馈信号。

具体实施时，将电源开关合上，直流无刷电机（10）开始启动，无刷电机控制器（2）先让直流无刷电机（10）转至固定位置，进行定位。此时直流无刷电机（10）的反电动势为零，人为的给直流无刷电机（10）施加一个由低频到高频不断加速的他控同步切换信号，使直流无刷电机（10）由静止逐步加速运动。当直流无刷电机（10）反电动势的幅值随着转速的升高达到一定值，通过端电压检测已能够确知转子（16）的位置时，将直流无刷电机（10）由它控同步运行方式切换到直流无刷电机（10）的自控同步运行方式。

通电后的直流无刷电机（10）转动至额定转速，使电能在直流无刷电机（10）处转换为动能，直流无刷电机（10）带动减速传动机构推动活塞做来回往复运动，活塞再带动钻头做高速细微的上下运动，从而产生很大的冲击力，破坏物体，电镐的钻头并不转动，只做重复的上下运动，达到破坏物体的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种新型智能控制直流无刷电镐，其特征在于：包括后端手柄、无刷电机控制器、直流无刷电机、减速传动机构、后端盖、前端手柄、壳体和前端盖；所述减速传动机构包括齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ和齿轮Ⅲ；所述直流无刷电机包括弹簧垫圈、传动轴、转子、定子、轴承Ⅰ、轴承Ⅱ和散热风扇；

2.根据权利要求1所述的一种新型智能控制直流无刷电镐，其特征在于：所述无刷电机控制器包括EMI电路、软启动电路、整流电路、滤波电路、三相全桥IGBT驱动电路、反电动势侦测电路、控制电源、电压采集电路、电流采集电路、微处理器和控制器壳体；

3.根据权利要求1所述的一种新型智能控制直流无刷电镐，其特征在于：所述前端盖上均匀开有网状风道口。

4.根据权利要求1所述的一种新型智能控制直流无刷电镐，其特征在于：所述直流无刷电机外壳上设置有凹槽，与壳体内壁法兰相配合，实现定子的径向定位。

5.根据权利要求1所述的一种新型智能控制直流无刷电镐，其特征在于：所述直流无刷电机的转子由高磁能积的稀土材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种新型智能控制直流无刷电镐，其特征在于：所述无刷电机控制器为全灌胶一体式结构，无刷驱动PCB采用导热性能好的灌封胶加固在无刷电机控制器上，控制方式采用无霍尔模式，与外部接线只有电源线和直流无刷电机线；保护电路采用直流母线电流、直流母线电压和散热器温度的三重保护。

7.根据权利要求1所述的一种新型智能控制直流无刷电镐，其特征在于：所述无刷电机控制器上电时先让直流无刷电机转至固定位置，进行定位，此时直流无刷电机的反电动势为零，人为的给直流无刷电机施加一个由低频到高频不断加速的他控同步切换信号，使直流无刷电机由静止逐步加速运动，当直流无刷电机的反电动势的幅值随着转速的升高达到一定值，通过端电压检测已能够确知转子的位置时，将直流无刷电机由它控同步运行方式切换到直流无刷电机的自控同步运行方式，由于在反电动势侦测电路中加入了低通滤波器，需要根据不同的转速来进行相位补偿。

8.一种新型智能控制直流无刷电镐，其特征在于：所述电镐通电后直流无刷电机转动至额定转速，使电能在直流无刷电机处转换为动能，直流无刷电机带动减速传动机构推动活塞做来回往复运动，活塞再带动钻头做高速细微的上下运动，从而产生很大的冲击力，破坏物体，电镐的钻头并不转动，只做重复的上下运动，达到破坏物体的目的。