CN104539198B - 一种多通道无刷电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道无刷电机控制器，包括：盒体、第一继电器、第二继电器、主板、第一连接器、第二连接器、控制模块和至少2个驱动模块；主板用于监测控制模块和至少2个驱动模块的运行状态，也用于控制第一继电器的切换；第一继电器，用于两个控制模块间切换用于在至少2个驱动模块之间切换，也用于控制模块之间的切换；控制模块，用于接收上位机的命令，并对上位机的命令进行识别，也用于向至少2个驱动模块发送驱动指令，还用于向主板发送脉冲信号；驱动模块，用于接收控制模块的驱动指令，驱动无刷电机工作。本发明提供的控制器能够同时控制多个无刷电机转动，并且所述控制器具有冗余备份功能，提高了控制器的可靠性。

Description

一种多通道无刷电机控制器

技术领域

本发明涉及机电一体化领域，尤其涉及一种多通道无刷电机控制器。

背景技术

无刷电机是一种典型的机电一体化产品，它是由电动机本体，位置检测器，逆变器和控制器组成的自同步电动机系统或自控式变频同步电动机。随着电力电子技术和高性能永磁材料的迅速发展，它的应用从最初的军事工业,向航空航天、信息、家电、医疗等领域迅速发展。无刷电机无需换相器，通过无刷电机的控制器给出的交变电流驱动电枢转动，因此在使用寿命和可靠性上远远超过有刷电机，具有很强的竞争力。

无刷电机的性能很大程度取决于控制器的性能。因此随着无刷电机技术的进步，无刷电机控制器也不断发展，性能不断提高。但现有技术中的无刷电机的控制器只能驱动单独的无刷电机工作，没有冗余备份功能。另外，控制器的接线方式各不相同，使得结构安装方式不兼容，组成大型运动控制系统时不易整体集成。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多通道无刷电机控制器，所述控制器能够同时控制多个无刷电机转动，并且所述控制器具有冗余备份功能，提高了所述控制器的可靠性。

本发明提供一种多通道无刷电机控制器，包括：盒体、第一继电器、第二继电器、主板、第一连接器、第二连接器、控制模块和至少2个驱动模块；所述第一连接器固定在所述盒体的侧板上，用于连接上位机、电源及无刷电机；所述主板固定在盒体的底板上与所述第一连接器相连，用于监测所述控制模块和所述至少2个驱动模块的运行状态，也用于控制所述第一继电器的切换；所述第一继电器，用于在所述控制模块之间切换；所述第二继电器用于所述驱动模块的第一驱动电路和第二驱动电路间切换；所述第二连接器，用于连接主板和控制模块，也用于连接主板和驱动模块；所述控制模块，用于接收上位机的命令，并对所述上位机的命令进行识别，也用于向所述至少2个驱动模块发送驱动指令，还用于向所述主板发送脉冲信号；所述驱动模块，用于接收所述控制模块的驱动指令，驱动无刷电机工作。

进一步的，所述驱动模块包括第一驱动电路和第二驱动电路；

所述第一驱动电路设置有采样电阻，所述采样电阻用于采集电流值；所述第二驱动电路与所述第一驱动电路的电路完全一致，所述第二驱动电路用于所述第一驱动电路出现故障时，所述第二驱动电路开始工作。

进一步的，所述控制模块包括第一控制模块和第二控制模块；所述第一控制模块和所述第二控制模块通过串口通讯，用于实现数据共享；所述第二控制模块，用于当所述主板监测到所述第一控制模块的脉冲信号异常时，所述第二控制模块发送驱动指令。

进一步的，所述第二连接器为垂直对插连接器。

进一步的，所述控制器还包括至少四个散热安装插板；所述第一控制模块和所述第二控制模块安装在所述散热安装插板上，所述至少2个驱动模块分别安装在所述散热安装插板上，所述至少四个散热安装插板固定在所述盒体的侧板上。

进一步的，所述控制器还包括至少四个插板锁紧机构；所述插板锁紧机构，用于将安装有所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述至少2个驱动模块的所述散热安装插板固定在所述盒体侧板上。

进一步的，所述盒体采用铝制材料。

进一步的，所述散热安装插板为长方形板状结构，所述散热安装插板上设置有固定螺纹孔和第一凸起，所述第一凸起上设置有通孔。

进一步的，所述插板锁紧机构包括螺钉、第一凸块和第二凸块，所述第一凸块上设置有通孔，所述第二凸块的内部设置有螺纹；当所述第一凸块、所述第一凸起和所述第二凸块依次叠加后组成一个四棱柱；所述螺钉通过所述第一凸块和所述第一凸起的通孔与第二凸块内部的螺纹配合，将安装有所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述至少2个驱动模块的所述插板分别固定在所述盒体侧板上。

本发明提供的一种多通道无刷电机控制器，通过设置盒体、第一继电器、第二继电器、主板、第一连接器、第二连接器、控制模块和至少2个驱动模块等模块，使得控制器能够同时控制多个无刷电机转动，并且所述控制器也增加了冗余备份功能，提高了所述控制器的可靠性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显；

图1是本发明实施例一提供的一种多通道无刷电机控制器的侧面结构图；

图2是本发明实施例一提供的一种多通道无刷电机控制器的正面结构图；

图3是本发明实施例一提供的一种多通道无刷电机控制器的框架图；

图4是本发明实施例一提供的驱动模块的电路图；

图5是本发明实施例二提供的散热安装插板的结构图；

图6是本发明实施例二提供的插板锁紧机构的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

实施例一

本发明实施例一提供一种多通道无刷电机控制器。图1是本发明实施例一的多通道无刷电机控制器的侧面结构图；图2是本发明实施例一提供的一种多通道无刷电机控制器的正面结构图；结合图1和图2，所述控制器包括：盒体4、第一继电器3、第二继电器7、主板8、第一连接器5、第二连接器9、控制模块和至少2个驱动模块14；

所述第一连接器5固定在所述盒体4的侧板上，用于连接上位机、电源及无刷电机；上位机包括主控机和外部控制面板。

所述主板8固定在盒体4的底板上与所述第一连接器5相连，用于监测所述控制模块和所述至少2个驱动模块14的运行状态，也用于控制所述第一继电器3的切换；其中，本发明实施例一提供的驱动模块14的数量为3个，所述3个驱动模块14同时驱动3个无刷电机工作。本领域技术人员可以设置4个或5个驱动模块14，同时驱动4个或5个无刷电机工作。

所述主板8用于监测控制模块的运行状态，如果监测到第一控制模块10出现故障，则控制第一继电器3把第一控制模块10切换到第二控制模块16，第二控制模块16开始工作。

所述第一继电器3与所述主板8，用于在所述控制模块之间的切换；所述第一继电器3为6刀双置继电器，其中，有3路用于驱动模块14主备驱动电路的输出之间的切换，2路用于485串口通信，1路用于状态监测。

所述第二继电器用于所述驱动模块的第一驱动电路和第二驱动电路间切换；所述第一驱动电路和所述第二驱动电路分别指所述驱动模块的主驱动电路和备用驱动电路。

所述第二连接器9，用于连接主板8和控制模块，也用于连接主板8和驱动模块14；所述第二连接器9为垂直对插连接器，所述垂直对插连接器为军用产品，用于相互垂直的PCB电路板间的线路连接；使用垂直对插连接器连接，便于维护更换，且垂直对插连接器固定性强，提高了系统的稳定性。

所述控制模块，用于接收上位机的命令，并对所述上位机的命令进行识别，也用于向所述至少2个驱动模块14发送驱动指令，也用于向所述主板8发送脉冲信号；所述控制模块用于监测驱动模块14的运行状态，当监测到驱动模块14运行故障，则控制第二继电器7切换驱动模块14的第一驱动电路到第二驱动电路上。如果切换驱动模块的第一驱动电路和第二驱动电路，无刷电机控制器均不能保证系统正常工作，则向上位机发出报警信号。所述控制模块包括第一控制模块10和第二控制模块16；所述第一控制模块10和所述第二控制模块16通过串口通讯，用于实现通讯数据共享；所述第一控制模块10和所述第二控制模块16同时发出驱动指令，当所述主板8监测到所述第一控制模块10的脉冲信号异常时，切换所述第一继电器3到第二控制模块16的线路，所述第二控制模块16发送驱动指令可传递到所述驱动模块14，所述第一控制模块10的指令被屏蔽。

在此，控制模块在接收上位机的命令，并对所述上位机的命令进行识别，具体的，上位机命令包括主控机命令和外部面板命令，若控制模块只接收到主控机命令，则执行主控机命令，若控制模块同时接收到主控机命令和外部面板命令，则优先执行外部面板命令。需要说明的是，所述控制模块接收上位机命令的接口完全一致，具体的，外部控制面板和主控机到控制模块的通讯接口完全一致。

图3是本发明实施例一提供的一种多通道无刷电机控制器的框架图；如图3所示，所述控制模块包括第一控制模块10和第二控制模块16，所述第一控制模块10为主控制模块，所述第二控制模块16为备用控制模块。所述主控制模块或者备用控制模块包括控制单片机和稳压电源，稳压电源为控制单片机提供稳定电压。主控制模块和备用控制模块同时接收上位机的命令，两个控制模块之间使用串口进行通讯，共享状态信息和驱动模块14的状态信息。第一控制模块10和第二控制模块16的控制单片机均向主板8发送脉冲信号，当主板8监测到当值的控制模块的脉冲信号异常时，通过第一继电器3切换控制权，让备用控制模块当值，出现故障的主控制模块的输出线路被切断。需要说明的是，两个控制模块的通讯数据是共享的，但是，如果当值的主控制模块接受不到备用控制模块的通讯数据时，则仅使用主控制模块接收到的指令，发出驱动指令。还需说明的是，主控机以及外部面板的命令同时接入主备控制模块，这样无论哪个控制模块为当值控制模块，控制器都能正常接收命令，正常反馈状态数据，但不当值的控制模块不能发送数据，只能接收数据，这样不会造成混乱。

驱动模块14，用于接收所述控制模块的驱动指令，驱动无刷电机工作。所述驱动模块14包括第二继电器、第一驱动电路和第二驱动电路；所述第一驱动电路设置有采样电阻，所述采样电阻用于采集电流值；所述第二驱动电路与所述第一驱动电路的电路完全一致，所述第二驱动电路用于所述第一驱动电路出现故障时，所述第二驱动电路开始工作；所述第二继电器7用于切换所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的绕组输出。

图4是本发明实施例一提供的驱动模块14的电路图，如图4所示，第一驱动电路或者所述第二驱动电路包括驱动单片机、驱动芯片和MOS管；所述驱动单片机为ADUC842，所述驱动芯片为SI9979，MOS管为PSMN025。

驱动单片机接收到控制模块发送的驱动指令后计算出相应的PWM调宽信号，发送给驱动芯片SI9979，SI9979根据霍尔元件的反馈信号调整两组12个MOS管的开关时间，使电机通过交变电流，产生持续的扭矩，进而驱动无刷电机工作。所述第一驱动电路为主驱动电路，所述第二驱动电路为备用驱动电路。第一驱动电路和第二驱动电路的输出接入第二继电器7的选择端，第二继电器7的公共端连接无刷电机，第二继电器7为三刀双置继电器，同时切换三条绕组线路使不同的驱动电路工作。当第一驱动电路出现故障时，则第二继电器将绕组线路切换到第二驱动电路上。第一驱动电路停止工作，第二驱动电路开始工作。

所述第二继电器7安装在盒体侧板上，通过所述主板8接通第一驱动电路或者第二驱动电路。

所述采样电阻，用于采集电流值，采样电阻同时连接驱动单片机和驱动芯片SI9979。当电机阻转时，电流迅速增加，SI9979测出电流值过大时，便断开MOS管，电流值下降，然后再打开MOS管，不断的重复控制平均电流，要调整阻转电流值需要调整采样电阻。驱动单片机从采样电阻上读取平均电流，电流超过规定值，则判断阻转，停止电机驱动。

在此，所述的主板8、控制模块和驱动模块14均为PCB板，所述PCB板喷涂三防漆，系统封闭。所述主板8、控制模块和驱动模块14的接口采用防错插设计，有多种不同接头。

控制器的电源进行了安全处理，线路上串有二极管，防止逆流，并且电路中设计了限流功能，线路上还添加了稳压二极管，防止过压损坏主控机及其它设备。因此可以确保即使本系统故障也不会影响其它设备功能，避免扩大损失。所述盒体4采用铝制材料且所述盒体4为全封闭式结构，其它内部信号无法向外发射。由于箱体为金属并可靠接地，形成法拉第笼，外界普通频率的电磁干扰也很难影响内部电路，电磁屏蔽可以保证控制器稳定工作。

在上述方案中，为了固定所述的控制模块和驱动模块14以及对控制模块和驱动模块14进行散热，所述多通道无刷电机控制器还包括至少四个散热安装插板11；所述散热安装插板11用于安装所述第一控制模块10和所述第二控制模块16以及所述至少2个驱动模块14。所述四个散热安装插板11固定在所述盒体4的侧板上。在本实施例中，所述散热安装插板11的数量为5个，第一控制模块10安装在第一散热安装插板上，第二控制模块16安装在第二散热安装插板上，3个驱动模块14分别固定在每一个散热安装插板上。所述的散热安装插板11不但用于安装还有用于散热。

所述多通道无刷电机控制器还包括至少四个插板锁紧机构15；所述插板锁紧机构15，用于将所述第一控制模块10、所述第二控制模块16和所述至少2个驱动模块14固定在所述散热安装插板11上。在本实施例中，插板锁紧结构为5个。在上述方案中，所述多通道无刷电机控制器还包括主板固定支架13，所述主板固定支架13用于将所述主板8固定在所述盒体4的底板上；还包括电缆总线6，所述电缆总线6用于连接主板8、第二继电器7和第一连接器5，所有电缆总线6采用高温线；还包括底盖12，所述底盖12用于固定和保护电缆总线。

本发明实施例提供的一种多通道无刷电机控制器，通过对所述控制模块及驱动模块14设置冗余备份，提高了控制器的可靠性。再者，所述的控制模块、驱动模块14及所述主板8均采用板卡式结构，具有可扩展性。其次，所述盒体4采用铝制材料，结构轻巧坚固，散热及电磁屏蔽性能良好。最后，所述控制模块和驱动模块14均通过连接器插在主板8上，可以快速插拔，方便更换。

实施例二

图5是本发明实施例二提供的散热安装插板11的结构图；如图5所示，所述散热安装插板11为长方形板状结构24，插板上设置有固定螺纹孔21，插板一边设置有第一凸起22，所述第一凸起22上设置有通孔23。所述控制模块形状和插板的形状一致，所述控制模块上设置有定位孔，通过定位孔和固定螺纹孔的配合，通过螺钉固定，所述控制模块安装在散热安装插板11上。

图6是本发明实施例二提供的插板锁紧机构15的结构图。如图6所示，所述插板锁紧机构15包括螺钉、第一凸块25和第二凸块26，所述第一凸块25上设置有通孔23，所述第二凸块26的内部设置有螺纹，当所述第一凸块25、第一凸起22和第二凸块26依次叠加后组成一个四棱柱，所述螺钉通过第一凸块25和第一凸起22的通孔与第二凸块26内部的螺纹配合，将安装有控制模块的散热安装插板固定在盒体侧板上。

为了保证控制模块能够更加牢固的固定在散热安装插板11上，散热安装插板11上的另一边也设置凸起，用上述的插板锁紧机构15再次固定。驱动模块14的安装及固定方式与控制模块类似。

本实施例提供的散热安装插板11和插板锁紧机构15，将控制模块和驱动模块牢牢的固定在盒体4内部，提高了控制器的可靠性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种多通道无刷电机控制器，其特征在于，包括：盒体、第一继电器、第二继电器、主板、第一连接器、第二连接器、控制模块和至少2个驱动模块，其中，所述控制模块包括第一控制模块和第二控制模块；

所述第一连接器固定在所述盒体的侧板上，用于连接上位机、电源及无刷电机；

所述主板固定在盒体的底板上与所述第一连接器相连，用于监测所述控制模块和所述至少2个驱动模块的运行状态，也用于控制所述第一继电器的切换；

所述第一继电器，用于在所述第一控制模块和所述第二控制模块之间切换；

所述第二继电器，用于在所述驱动模块的第一驱动电路和第二驱动电路之间切换；

所述第二连接器，用于连接主板和控制模块，也用于连接主板和驱动模块；

所述控制模块，用于接收上位机的命令，并对所述上位机的命令进行识别，也用于向所述至少2个驱动模块发送驱动指令，还用于向所述主板发送脉冲信号；

所述驱动模块，用于接收所述控制模块的驱动指令，驱动无刷电机工作。

2.根据权利要求1所述的多通道无刷电机控制器，其特征在于，所述驱动模块包括第一驱动电路和第二驱动电路；

所述第一驱动电路设置有采样电阻，所述采样电阻用于采集电流值；

所述第二驱动电路与所述第一驱动电路的电路完全一致，所述第二驱动电路用于所述第一驱动电路出现故障时，所述第二驱动电路开始工作。

3.根据权利要求1所述的多通道无刷电机控制器，其特征在于；

所述第一控制模块和所述第二控制模块通过串口通讯，用于实现数据共享；

所述第二控制模块，用于当所述主板监测到所述第一控制模块的脉冲信号异常时，所述第二控制模块发送驱动指令。

4.根据权利要求1所述的多通道无刷电机控制器，其特征在于，所述第二连接器为垂直对插连接器。

5.根据权利要求1所述的多通道无刷电机控制器，其特征在于，所述控制器还包括至少四个散热安装插板；

所述第一控制模块和所述第二控制模块安装在所述散热安装插板上，

所述至少2个驱动模块分别安装在所述散热安装插板上，

所述至少四个散热安装插板固定在所述盒体的侧板上。

6.根据权利要求5所述的多通道无刷电机控制器，其特征在于，所述控制器还包括至少四个插板锁紧机构；

所述插板锁紧机构，用于将安装有所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述至少2个驱动模块的所述散热安装插板固定在盒体内。

7.根据权利要求6所述的多通道无刷电机控制器，其特征在于，所述盒体采用铝制材料。

8.根据权利要求7所述的多通道无刷电机控制器，其特征在于，所述散热安装插板为长方形板状结构，所述散热安装插板上设置有固定螺纹孔和第一凸起，所述第一凸起上设置有通孔。

9.根据权利要求8所述的多通道无刷电机控制器，其特征在于，所述插板锁紧机构包括螺钉、第一凸块和第二凸块，所述第一凸块上设置有通孔，所述第二凸块的内部设置有螺纹；

当所述第一凸块、所述第一凸起和所述第二凸块依次叠加后组成一个四棱柱；

所述螺钉通过所述第一凸块和所述第一凸起的通孔与第二凸块内部的螺纹配合，将安装有所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述至少2个驱动模块的插板分别固定在所述盒体侧板上。