CN104965126A - 测量电机转子线圈内阻的方法及电机过温保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量电机转子线圈内阻的方法及电机过温保护方法，通过在电机驱动电路中增设外加电压采样模块、电机反电动势采样模块、及电机电流采样模块分别采集外加电压的采样参数、电机电流的采样参数、及电机反电动势的采样参数用以分别计算出外加电压、电机电流、及电机反电动势，再依据外加电压、电机反电动势、及电机电流通过电机的电压平衡方程式在不需要改变电机的装配结构的前提下实时准确的计算出电机转子线圈内阻。进一步的，可通过电机转子线圈内阻实时计算电机转子线圈的温度，并依据电机转子线圈的温度对电机进行过温保护，能够有效防止电机因温度过高而烧坏。

Description

测量电机转子线圈内阻的方法及电机过温保护方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种测量电机转子线圈内阻的方法及电机过温保护方法。

背景技术

随着社会经济发展的步伐加快，各行各业都在日新月异地变化。各种各样的电器设备得到开发研制，并运用到各种场合中。其中，电机成为关键设备，已被广泛应用于众多场合。电机(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。

电机在工作时，电能一部分转化为机械能输出，一部分转化为热能，热量通过电机材料传播到空气中或其他介质中，如果电机持续工作产生的大量热量积聚到一定程度，电机就有被烧毁的可能。为了防止电机被烧毁，需要对电机进行过温保护，传统的电机过温保护方法是是把双金属片装配在电机上，检测电机温度，在电机温度过高时双金属片触点断开，使得电机停止工作，来对电机进行保护，这种方法检测温度点单一，结构装配复杂，并且因为存在热传递的问题，所以双金属片动作缓慢，检测误差大。

为了改善上述传统的电机过温保护方法，提出了一种通过测量电机定子线圈的电阻，进而得到定子线圈的温度，通过定子线圈的温度判定电机的温度，对电机进行过温保护，该方法只适用于定子为线圈的电机，而不适用于定子为永磁体的电机，适用范围具有局限性。此外，还有将热敏电阻装配在电机定子线圈上，通过热敏电阻的阻值，来判定定子线圈温度的方法，该方法需要增加热敏电阻，还需结构配合安装，增加了制作成本。

发明内容

本发明的目的首先在于提供一种测量电机转子线圈内阻的方法，能够在不改变电机装配结构的前提下，实时准确的测量电机工作过程中的电机转子线圈内阻。

本发明的目的还在于提供一种电机过温保护方法，能够依据电机转子线圈内阻实时获得电机转子线圈的温度，以对电机进行过温保护，防止电机因温度过高而烧坏。

为实现上述目的，本发明提供了一种测量电机转子线圈内阻的方法，包括如下步骤：

步骤1、提供一测量电机转子线圈内阻的电路，包括：外加电压采样模块、开关控制模块、主控模块、电机反电动势采样模块、电机模块、电机电流采样模块、及外加电压模块；

所述开关控制模块、电机模块、及电机电流采样模块依次串联后电性连接于外加电压模块的两端；

所述外加电压采样模块并联于外加电压模块的两端；

所述电机反电动势采样模块并联于所述串联的电机模块、及电机电流采样模块的两端；

所述外加电压采样模块、电机电流采样模块、电机反电动势采样模块、及开关控制模块均电性连接于所述主控模块；

步骤2、所述外加电压采样模块、电机电流采样模块、及电机反电动势采样模块分别采集外加电压的采样参数、电机电流的采样参数、及电机反电动势的采样参数；

步骤3、所述主控模块依据外加电压的采样参数、电机反电动势的采样参数、及电机电流的采样参数分别计算出外加电压、电机反电动势、及电机电流；

步骤4、依据步骤3计算出的外加电压、电机反电动势、及电机电流计算电机转子线圈内阻：Ra＝(V-E)/Ia，其中Ra为电机转子线圈内阻，V为外加电压，E为电机反电动势，Ia为电机电流。

所述步骤2中外加电压采样模块通过电阻分压原理获得外加电压的采样参数。

所述步骤2中电机反电动势采样模块通过电阻分压原理获得电机反电动势的采样参数。

所述电机电流采样模块通过采样电阻获得电机电流的采样参数。

所述电机电流采样模块通过电流互感器获得电机电流的采样参数。

所述外加电压采样模块包括：第一电阻、及第二电阻；所述开关控制模块包括：第一MOS管、及驱动器；所述主控模块为一单片机；所述电机反电动势采样模块包括：第四电阻、及第五电阻；所述电机模块包括：电机、及第一二极管；所述电机电流采样模块包括：第三电阻；所述外加电压模块包括：直流电源、及电解电容；

所述电解电容的正极电性连接于直流电源的正极、及第一电阻的一端，负极电性连接于第二电阻的一端、第三电阻的一端、及第五电阻的一端；

所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的另一端、及单片机电性连接；

所述第一MOS管的栅极电性连接于驱动器，源极电性连接于第一电阻的一端及驱动器，漏极电性连接于第一二极管的负极；

所述驱动器与单片机电性连接；

所述电机的一端电性连接于第一二极管的负极，另一端电性连接于第一二极管的正极；

所述第三电阻的另一端与电机的另一端及单片机电性连接；

所述第四电阻的一端与电机的一端电性连接，另一端电性连接于第五电阻的另一端及单片机。

所述步骤3中计算外加电压的公式为：V＝V1×(r1+r2)/r2，其中V为直流电源U所施加的电压大小即外加电压的大小，V1为外加电压的采样参数，r1为第一电阻的阻值，r2为第二电阻的阻值。

所述步骤3中计算电机反电动势的公式为：E＝E1×(r4+r5)/r5，其中E为电机反电动势，E1为电机反电动势的采样参数，r4为第四电阻的阻值，r5为第五电阻的阻值。

所述步骤3中计算电机电流的公式为：Ia＝Va/r3，其中Ia为电机电流，Va为电机电流的采样参数，r3为第三电阻的阻值。

本发明还提供一种电机过温保护方法，包括如下步骤：

步骤1、依据上述测量电机转子线圈内阻的方法测得电机转子线圈内阻；

步骤2、依据步骤1所测得的电机转子线圈内阻计算电机转子线圈的电阻率：ρ＝Ra×S/L，其中ρ为电机转子线圈的电阻率，Ra为电机转子线圈内阻，S为电机转子线圈的导线的截面积，L为电机转子线圈的导线的总长；

步骤3、依据步骤2计算获得的电机转子线圈的电阻率ρ计算电机转子线圈的温度：t＝(ρ-ρ0)/(ρ0×α)，其中t为电机转子线圈的温度，ρ0为零度时电机转子线圈的材料的电阻率，α为电机转子线圈的材料的电阻温度系数；

步骤4、依据步骤3计算获得的电机转子线圈的温度判定电机温度是否过高，当电机温度过高时，所述主控模块控制开关控制模块使电机停止工作。

本发明的有益效果：本发明提供了一种测量电机转子线圈内阻的方法，通过在电机驱动电路中增设外加电压采样模块、主控模块、电机反电动势采样模块、及电机电流采样模块，依据外加电压采样模块、电机电流采样模块、及电机反电动势采样模块分别采集到的外加电压的采样参数、电机电流的采样参数、及电机反电动势的采样参数分别计算出外加电压、电机电流、及电机反电动势，再依据外加电压、电机电流、及电机反电动势通过电机的电压平衡方程式计算出电机转子线圈内阻，该方法不需要改变电机的装配结构即可实时准确测量电机转子线圈内阻。进一步的，本发明还提供一种电机过温保护方法，通过上述测量电机转子线圈内阻的方法测得电机转子线圈内阻后，通过电机转子线圈内阻实时计算电机转子线圈的温度，并依据电机转子线圈的温度对电机进行过温保护，能够有效防止电机因温度过高而烧坏。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

附图中，

图1为本发明的测量电机转子线圈内阻的方法中的测量电机转子线圈内阻的电路模块框体图；

图2为本发明的测量电机转子线圈内阻的方法中的测量电机转子线圈内阻的电路的电路图；

图3为本发明的测量电机转子线圈内阻的方法的流程图；

图4为本发明的电机过温保护方法的流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

请同时参阅图1、图3，本发明提供一种测量电机转子线圈内阻的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、提供一测量电机转子线圈内阻的电路，包括：外加电压采样模块1、开关控制模块2、主控模块3、电机反电动势采样模块4、电机模块5、电机电流采样模块6、及外加电压模块7；

所述开关控制模块2、电机模块5、及电机电流采样模块6依次串联后电性连接于外加电压模块7的两端；

所述外加电压采样模块1并联于外加电压模块7的两端；

所述电机反电动势采样模块4并联于所述串联的电机模块5、及电机电流采样模块6的两端；

所述外加电压采样模块1、电机电流采样模块6、电机反电动势采样模块4、及开关控制模块2均电性连接于所述主控模块3；

步骤2、所述外加电压采样模块1、电机电流采样模块6、及电机反电动势采样模块4分别采集外加电压的采样参数、电机电流的采样参数、及电机反电动势的采样参数；

优选的，所述步骤2中外加电压采样模块1可通过电阻分压原理获得外加电压的采样参数，反电动势采样模块4可通过电阻分压原理获得电机反电动势的采样参数，例如：在外加电压采样模块1中分别设置多个相互串联的电阻，并测量其中部分电阻的两端的电压作为外加电压的采样参数。所述电机电流采样模块6可通过采样电阻获得电机电流的采样参数，即可在电机电流采样模块6中设置一固定阻值的电阻作为采样电阻，再采集该采样电阻两端的电压作为电机电流的采样参数；此外，所述电机电流采样模块6还可以通过电流互感器获得电机电流的采样参数。

步骤3、所述主控模块3依据外加电压的采样参数、电机反电动势的采样参数、及电机电流的采样参数分别计算出外加电压、电机反电动势、及电机电流。

具体地，请参阅图2，在本发明的优选实施例中，所述外加电压采样模块1包括：第一电阻R1、及第二电阻R2；所述开关控制模块2包括：第一MOS管MOS1、及驱动器Q1；所述主控模块3为一单片机MCU；所述电机反电动势采样模块4包括：第四电阻R4、及第五电阻R5；所述电机模块5包括：电机M1、及第一二极管D1；所述电机电流采样模块6包括：第三电阻R3；所述外加电压模块7包括：直流电源U、及电解电容C1；所述电解电容C1的正极电性连接于直流电源U的正极、及第一电阻R1的一端，负极电性连接于第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端、及第五电阻R5的一端；所述第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的另一端、及单片机MCU电性连接；所述第一MOS管MOS1的栅极电性连接于驱动器Q1，源极电性连接于第一电阻R1的一端及驱动器Q1，漏极电性连接于第一二极管D1的负极；所述驱动器Q1与单片机MCU电性连接；所述电机M1的一端电性连接于第一二极管D1的负极，另一端电性连接于第一二极管D1的正极；所述第三电阻R3的另一端与电机M1的另一端及单片机MCU电性连接；所述第四电阻R4的一端与电机M1的一端电性连接，另一端电性连接于第五电阻R5的另一端及单片机MCU。

进一步地，在上述优选实施例中，所述步骤3中计算外加电压的公式为：V＝V1×(r1+r2)/r2，其中V为直流电源U所施加的电压大小即外加电压的大小，V1为外加电压的采样参数即第二电阻R2两端的电压，r1为第一电阻R1的阻值，r2为第二电阻R2的阻值。

所述步骤3中计算电机反电动势的公式为：E＝E1×(r4+r5)/r5，其中E为电机反电动势，E1为电机反电动势的采样参数即第五电阻R5两端的电压，r4为第四电阻R4的阻值，r5为第五电阻R5的阻值。

值得一提的是，在该优选实施例中，采集电机反电动势的采样参数时，通过短暂断开第一MOS管MOS1，使得电机M1两端的外加电压消失，此时电机反电动势被施加在串联的第四、第五电阻R4、R5两端，采样第五电阻R5两端的电压即可获得电机反电动势的采样参数。第一二极管D1并联与电机M1的两端用于在电机M1断电瞬间保护电路免受冲击；电解电容C1用于对直流电压U提供的直流电进行滤波，以提供一更稳定的直流电。

所述步骤3中计算电机电流的公式为：Ia＝Va/r3，其中Ia为电机电流，Va为电机电流的采样参数即第三电阻R3两端的电压，r3为第三电阻R3的阻值。

步骤4、依据步骤3计算出的外加电压、电机反电动势、及电机电流计算电机转子线圈内阻：Ra＝(V-E)/Ia，其中Ra为电机转子线圈内阻，V为外加电压，E为电机反电动势，Ia为电机电流。

请参阅图4，并结合图1，本发明还提供一种电机过温保护方法，包括如下步骤：

步骤1、依据上述的测量电机转子线圈内阻的方法测得电机转子线圈内阻；

步骤2、依据步骤1所测得的电机转子线圈内阻计算电机转子线圈的电阻率：ρ＝Ra×S/L，其中ρ为电机转子线圈的电阻率，Ra为电机转子线圈内阻，S为电机转子线圈的导线的截面积，L为电机转子线圈的导线的总长；

步骤3、依据步骤2计算获得的电机转子线圈的电阻率ρ计算电机转子线圈的温度：t＝(ρ-ρ0)/(ρ0×α)，其中t为电机转子线圈的温度，ρ0为零度时电机转子线圈的材料的电阻率，α为电机转子线圈的材料的电阻温度系数。

优选的，所述电机转子线圈的材料为铜。所述步骤3中零度时电机转子线圈的材料的电阻率ρ0，电机转子线圈的材料的电阻温度系数α均为对应于电机转子线圈的材料的固定值，可通过查表获得。

步骤4、依据步骤3计算获得的电机转子线圈的温度判定电机温度是否过高，当电机的温度过高时，所述主控模块3控制开关控制模块2使电机停止工作。

具体地，请参阅图2，在图2所示的实施例中，当电机的温度过高时，通过单片机MCU控制驱动器Q1使得第一MOS管MOS1关闭，进而断开电机M1与直流电源U之间的连接，使得电机M1停止工作。

综上所述，本发明提供了一种测量电机转子线圈内阻的方法，通过在电机驱动电路中增设外加电压采样模块、主控模块、电机反电动势采样模块、及电机电流采样模块，依据外加电压采样模块、电机电流采样模块、及电机反电动势采样模块分别采集到的外加电压的采样参数、电机电流的采样参数、及电机反电动势的采样参数分别计算出外加电压、电机电流、及电机反电动势，再依据外加电压、电机反电动势、及电机电流通过电机的电压平衡方程式计算出电机转子线圈内阻，该方法不需要改变电机的装配结构即可实时准确获得电机转子线圈内阻。进一步的，本发明还提供一种电机过温保护方法，通过上述测量电机转子线圈内阻的方法测得电机转子线圈内阻后，通过电机转子线圈内阻实时计算电机转子线圈的温度，并依据电机转子线圈的温度对电机进行过温保护，能够有效防止电机因温度过高而烧坏。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种测量电机转子线圈内阻的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、提供一测量电机转子线圈内阻的电路，包括如下：外加电压采样模块(1)、开关控制模块(2)、主控模块(3)、电机反电动势采样模块(4)、电机模块(5)、电机电流采样模块(6)、及外加电压模块(7)；

所述开关控制模块(2)、电机模块(5)、及电机电流采样模块(6)依次串联后电性连接于外加电压模块(7)的两端；

所述外加电压采样模块(1)并联于外加电压模块(7)的两端；

所述电机反电动势采样模块(4)并联于所述串联的电机模块(5)、及电机电流采样模块(6)的两端；

所述外加电压采样模块(1)、电机电流采样模块(6)、电机反电动势采样模块(4)、及开关控制模块(2)均电性连接于所述主控模块(3)；

步骤2、所述外加电压采样模块(1)、电机电流采样模块(6)、及电机反电动势采样模块(4)分别采集外加电压的采样参数、电机电流的采样参数、及电机反电动势的采样参数；

步骤3、所述主控模块(3)依据外加电压的采样参数、电机反电动势的采样参数、及电机电流的采样参数分别计算出外加电压、电机反电动势、及电机电流；

步骤4、依据步骤3计算出的外加电压、电机反电动势、及电机电流计算电机转子线圈内阻：Ra＝(V-E)/Ia，其中Ra为电机转子线圈内阻，V为外加电压，E为电机反电动势，Ia为电机电流。

2.如权利要求1所述的测量电机转子线圈内阻的方法，其特征在于，所述步骤2中外加电压采样模块(1)通过电阻分压原理获得外加电压的采样参数。

3.如权利要求1所述的测量电机转子线圈内阻的方法，其特征在于，所述步骤2中电机反电动势采样模块(4)通过电阻分压原理获得电机反电动势的采样参数。

4.如权利要求1所述的测量电机转子线圈内阻的方法，其特征在于，所述电机电流采样模块(6)通过采样电阻获得电机电流的采样参数。

5.如权利要求1所述的测量电机转子线圈内阻的方法，其特征在于，所述电机电流采样模块(6)通过电流互感器获得电机电流的采样参数。

6.如权利要求1所述的测量电机转子线圈内阻的方法，其特征在于，

所述外加电压采样模块(1)包括：第一电阻(R1)、及第二电阻(R2)；所述开关控制模块(2)包括：第一MOS管(MOS1)、及驱动器(Q1)；所述主控模块(3)为一单片机(MCU)；所述电机反电动势采样模块(4)包括：第四电阻(R4)、及第五电阻(R5)；所述电机模块(5)包括：电机(M1)、及第一二极管(D1)；所述电机电流采样模块(6)包括：第三电阻(R3)；所述外加电压模块(7)包括：直流电源(U)、及电解电容(C1)；

所述电解电容(C1)的正极电性连接于直流电源(U)的正极、及第一电阻(R1)的一端，负极电性连接于第二电阻(R2)的一端、第三电阻(R3)的一端、及第五电阻(R5)的一端；

所述第一电阻(R1)的另一端与所述第二电阻(R2)的另一端、及单片机(MCU)电性连接；

所述第一MOS管(MOS1)的栅极电性连接于驱动器(Q1)，源极电性连接于第一电阻(R1)的一端及驱动器(Q1)，漏极电性连接于第一二极管(D1)的负极；

所述驱动器(Q1)与单片机(MCU)电性连接；

所述电机(M1)的一端电性连接于第一二极管(D1)的负极，另一端电性连接于第一二极管(D1)的正极；

所述第三电阻(R3)的另一端与电机(M1)的另一端及单片机(MCU)电性连接；

所述第四电阻(R4)的一端与电机(M1)的一端电性连接，另一端电性连接于第五电阻(R5)的另一端及单片机(MCU)。

7.如权利要求6所述的测量电机转子线圈内阻的方法，其特征在于，所述步骤3中计算外加电压的公式为：V＝V1×(r1+r2)/r2，其中V为直流电源U所施加的电压大小即外加电压的大小，V1为外加电压的采样参数，r1为第一电阻(R1)的阻值，r2为第二电阻(R2)的阻值。

8.如权利要求6所述的测量电机转子线圈内阻的方法，其特征在于，所述步骤3中计算电机反电动势的公式为：E＝E1×(r4+r5)/r5，其中E为电机反电动势，E1为电机反电动势的采样参数，r4为第四电阻(R4)的阻值，r5为第五电阻(R5)的阻值。

9.如权利要求6所述的测量电机转子线圈内阻的方法，其特征在于，所述步骤3中计算电机电流的公式为：Ia＝Va/r3，其中Ia为电机电流，Va为电机电流的采样参数，r3为第三电阻(R3)的阻值。

10.一种电机过温保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、依据如权利要求1所述的测量电机转子线圈内阻的方法测得电机转子线圈内阻；

步骤2、依据步骤1所测得的电机转子线圈内阻计算电机转子线圈的电阻率：ρ＝Ra×S/L，其中ρ为电机转子线圈的电阻率，Ra为电机转子线圈内阻，S为电子转子线圈的导线的截面积，L为电机转子线圈的导线的总长；

步骤3、依据步骤2计算获得的电机转子线圈的电阻率ρ计算电机转子线圈的温度：t＝(ρ-ρ0)/(ρ0×α)，其中t为电机转子线圈的温度，ρ0为零度时电机转子线圈的材料的电阻率，α为电机转子线圈的材料的电阻温度系数；

步骤4、依据步骤3计算获得的电机转子线圈的温度判定电机温度是否过高，当电机温度过高时，所述主控模块(3)控制开关控制模块(2)使电机停止工作。