CN106026789A - 一种无刷直流电机制动电路及无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子制动电路技术领域，尤其涉及一种无刷直流电机制动电路及无刷直流电机。在本发明实施例中，无刷直流电机制动电路包括无刷直流电机的三相绕组、电机驱动器、开关、制动电阻R1和制动控制单元，电机驱动器和制动控制单元完全分离，当电机制动时，电流不会流经电机驱动器，因此不会造成对电机驱动器的损毁以及电机永磁体退磁的问题。

Description

一种无刷直流电机制动电路及无刷直流电机

技术领域

本发明属于电子制动电路技术领域，尤其涉及一种无刷直流电机制动电路及无刷直流电机。

背景技术

在传统的商用搅拌机中，电机通常采用交流感应电机或串激电机，所具有的问题是无法正/反转运行和难以调速。无刷直流电机可以很好的解决传统电机具有的问题。且无刷直流电机效率高、寿命长的特点也很契合当今节能环保的理念。

商用搅拌机一般带有刀具，在紧急的情况下需要电机迅速制动，以防刀具对人体造成损伤。解决这个问题是无刷直流电机灵活应用于搅拌机的关键。

由于无刷直流电机一般具有相电感小、相电阻低的特点，若采用驱动器直接制动，电机会产生极大的感应电流，该电流既可能造成驱动器的损毁又可能造成电机永磁体退磁。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种无刷直流电机制动电路及无刷直流电机，旨在解决现在的电机制动电路会造成驱动器损毁以及电机永磁体退磁的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种无刷直流电机制动电路，包括无刷直流电机的三相绕组，所述无刷直流电机制动电路还包括：

分别与所述无刷直流电机的三相绕组连接的电机驱动器；

分别连接在所述电机驱动器与所述无刷直流电机的三相绕组之间的3个开关；

3个制动电阻R1，所述3个制动电阻R1的第一端分别接所述3个开关，所述3个制动电阻R1的第二端共同连接；

分别与所述3个开关连接的制动控制单元。

上述结构中，所述3个开关分别采用3个继电器RY1，所述每个继电器RY1的开关动端分别接所述无刷直流电机的三相绕组，所述每个继电器RY1的开关第一定端分别接所述3个制动电阻R1的第一端，所述每个继电器RY1的开关第二定端分别接所述电机驱动器。

上述结构中，所述制动控制单元包括：

3个制动控制支路、光耦U1、光耦U2、MOS管Q7、MOS管Q8，所述每个制动控制支路包括三极管Q1、三极管Q4、电阻R4、电阻R5、电阻R6和二极管D1；

所述光耦U1和光耦U2的发光二极管的阳极和阴极分别接制动信号端，所述光耦U1的三极管的集电极分别通过所述电阻R6接所述每个制动控制支路的三极管Q4的基极，所述光耦U1的三极管的集电极还分别接所述MOS管Q7和MOS管Q8的栅极，所述光耦U1的三极管的发射极接所述光耦U2的三极管的集电极，所述光耦U2的三极管的发射极接地，所述MOS管Q7和MOS管Q8的源极接地，所述MOS管Q7和MOS管Q8的漏极共同通过所述电阻R5接所述每个制动控制支路的三极管Q1的基极，所述三极管Q4的发射极接电源，所述三极管Q4的集电极通过所述电阻R4接所述二极管D1的阴极，所述二极管D1的阳极接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的发射极接地，所述二极管D1的阳极和阴极分别接所述3个继电器RY1的线圈两端。

在本发明实施例的另一目的在于提供一种无刷直流电机，所述无刷直流电机包括无刷直流电机的三相绕组，所述无刷直流电机制动电路还包括：

分别与所述无刷直流电机的三相绕组连接的电机驱动器；

分别连接在所述电机驱动器与所述无刷直流电机的三相绕组之间的3个开关；

3个制动电阻R1，所述3个制动电阻R1的第一端分别接所述3个开关，所述3个制动电阻R1的第二端共同连接；

分别与所述3个开关连接的制动控制单元。

上述结构中，所述3个开关分别采用3个继电器RY1，所述每个继电器RY1的开关动端分别接所述无刷直流电机的三相绕组，所述每个继电器RY1的开关第一定端分别接所述3个制动电阻R1的第一端，所述每个继电器RY1的开关第二定端分别接所述电机驱动器。

上述结构中，所述制动控制单元包括：

3个制动控制支路、光耦U1、光耦U2、MOS管Q7、MOS管Q8，所述每个制动控制支路包括三极管Q1、三极管Q4、电阻R4、电阻R5、电阻R6和二极管D1；

所述光耦U1和光耦U2的发光二极管的阳极和阴极分别接制动信号端，所述光耦U1的三极管的集电极分别通过所述电阻R6接所述每个制动控制支路的三极管Q4的基极，所述光耦U1的三极管的集电极还分别接所述MOS管Q7和MOS管Q8的栅极，所述光耦U1的三极管的发射极接所述光耦U2的三极管的集电极，所述光耦U2的三极管的发射极接地，所述MOS管Q7和MOS管Q8的源极接地，所述MOS管Q7和MOS管Q8的漏极共同通过所述电阻R5接所述每个制动控制支路的三极管Q1的基极，所述三极管Q4的发射极接电源，所述三极管Q4的集电极通过所述电阻R4接所述二极管D1的阴极，所述二极管D1的阳极接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的发射极接地，所述二极管D1的阳极和阴极分别接所述3个继电器RY1的线圈两端。

在本发明实施例中，无刷直流电机制动电路包括无刷直流电机的三相绕组、电机驱动器、开关、制动电阻R1和制动控制单元，电机驱动器和制动控制单元完全分离，当电机制动时，电流不会流经电机驱动器，因此不会造成对电机驱动器的损毁以及电机永磁体退磁的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的无刷直流电机制动电路的模块结构图；

图2是本发明实施例提供的无刷直流电机制动电路的结构图。

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无刷直流电机制动电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

一种无刷直流电机制动电路，包括无刷直流电机的三相绕组1，所述无刷直流电机制动电路还包括：

分别与所述无刷直流电机的三相绕组1连接的电机驱动器2；

分别连接在所述电机驱动器与所述无刷直流电机的三相绕组之间的3个开关；

3个制动电阻R1，所述3个制动电阻R1的第一端分别接所述3个开关3，所述3个制动电阻R1的第二端共同连接；

分别与所述3个开关连接的制动控制单元4。

图2示出了本发明实施例提供的无刷直流电机制动电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

作为本发明一实施例，所述3个开关3分别采用3个继电器RY1，所述每个继电器RY1的开关动端分别接所述无刷直流电机的三相绕组1，所述每个继电器RY1的开关第一定端分别接所述3个制动电阻R1的第一端，所述每个继电器RY1的开关第二定端分别接所述电机驱动器2。

作为本发明一实施例，所述制动控制单元4包括：

3个制动控制支路41、光耦U1、光耦U2、MOS管Q7、MOS管Q8，所述每个制动控制支路41包括三极管Q1、三极管Q4、电阻R4、电阻R5、电阻R6和二极管D1；

所述光耦U1和光耦U2的发光二极管的阳极和阴极分别接制动信号端J1，所述光耦U1的三极管的集电极分别通过所述电阻R6接所述每个制动控制支路41的三极管Q4的基极，所述光耦U1的三极管的集电极还分别接所述MOS管Q7和MOS管Q8的栅极，所述光耦U1的三极管的发射极接所述光耦U2的三极管的集电极，所述光耦U2的三极管的发射极接地，所述MOS管Q7和MOS管Q8的源极接地，所述MOS管Q7和MOS管Q8的漏极共同通过所述电阻R5接所述每个制动控制支路41的三极管Q1的基极，所述三极管Q4的发射极接电源，所述三极管Q4的集电极通过所述电阻R4接所述二极管D1的阴极，所述二极管D1的阳极接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的发射极接地，所述二极管D1的阳极和阴极分别接所述3个继电器RY1的线圈两端。

本发明实施例的另一目的在于提供一种无刷直流电机，所述无刷直流电机包括无刷直流电机的三相绕组1，所述无刷直流电机制动电路还包括：

分别与所述无刷直流电机的三相绕组1连接的电机驱动器2；

分别连接在所述电机驱动器与所述无刷直流电机的三相绕组之间的3个开关；

3个制动电阻R1，所述3个制动电阻R1的第一端分别接所述3个开关3，所述3个制动电阻R1的第二端共同连接；

分别与所述3个开关连接的制动控制单元4。

图2示出了本发明实施例提供的无刷直流电机制动电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

作为本发明一实施例，所述3个开关3分别采用3个继电器RY1，所述每个继电器RY1的开关动端分别接所述无刷直流电机的三相绕组1，所述每个继电器RY1的开关第一定端分别接所述3个制动电阻R1的第一端，所述每个继电器RY1的开关第二定端分别接所述电机驱动器2。

作为本发明一实施例，所述制动控制单元4包括：

3个制动控制支路41、光耦U1、光耦U2、MOS管Q7、MOS管Q8，所述每个制动控制支路41包括三极管Q1、三极管Q4、电阻R4、电阻R5、电阻R6和二极管D1；

所述光耦U1和光耦U2的发光二极管的阳极和阴极分别接制动信号端J1，所述光耦U1的三极管的集电极分别通过所述电阻R6接所述每个制动控制支路41的三极管Q4的基极，所述光耦U1的三极管的集电极还分别接所述MOS管Q7和MOS管Q8的栅极，所述光耦U1的三极管的发射极接所述光耦U2的三极管的集电极，所述光耦U2的三极管的发射极接地，所述MOS管Q7和MOS管Q8的源极接地，所述MOS管Q7和MOS管Q8的漏极共同通过所述电阻R5接所述每个制动控制支路41的三极管Q1的基极，所述三极管Q4的发射极接电源，所述三极管Q4的集电极通过所述电阻R4接所述二极管D1的阴极，所述二极管D1的阳极接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的发射极接地，所述二极管D1的阳极和阴极分别接所述3个继电器RY1的线圈两端。

无刷直流电机制动的基本原理是将电机绕组相互接通。由于无刷直流电机转子上装有永磁体，当电机惯性滑行时相绕组会产生感应电压，在感应电压的作用下，电机绕组内产生感应电流。电机绕组本身具有电阻，当绕组中有电流通过时，电机绕组会发热。这样将电机转子机械能转化为电机绕组热能，进而实现制动。

对于高压高速电机，额定电压超过300V，绕组电阻一般低于1欧姆。这样，在制动过程中绕组中会产生一个超过100A的瞬时感应电流，该电流不仅会烧毁电机相绕组，也会造成电机永磁体的退磁。

为此，本发明采用制动电阻R1来控制制动峰值电流。如图1所示，当电机制动时，无刷直流电机的三相绕组1各自串联一个制动电阻R1后再相互短接起来。这样就可以根据电机的额定电压选择合适阻值的制动电阻R1，进而将制动电流控制在合理范围，确保电机永磁体不发生退磁。同时，由于制动电阻R1的阻值远大于电机相绕组电阻，制动时产生的能量大部分损耗在刹车电阻上进而保护电机相绕组不被烧毁。通过制动电阻R1实现对电机制动时感应电流的控制。

考虑产品安规认证中有关可靠性的要求，即电路中任意单一元件损坏，不能影响制动性能。制动电路采取了冗余设计。即在每一个电气回路上设置两个元器件，防止因单一元器件失效而引起制动失效。

光耦U1、U2组成冗余对。如果节点C输入低电平，即使其中任一光耦损坏，亦可保证节点A输出高电平。

MOS管Q7、MOS管Q8组成冗余对。如果节点A为高电平，即使其中任一MOS管损坏，亦可保证节点B输出低电平。

三极管Q1、三极管Q4组成冗余对。当电路的节点A输出高电平同时节点B输出低电平时，即使任一三极管损坏，亦可保证继电器RY1绕组截止，这样就可以保证电机绕组与制动电阻R1接通。

其他制动控制支路41的工作原理一样，这里不再赘述。

综上，在制动信号给定时(节点C输入低电平)，电路中任何单一元件的顺坏都不会影响电机绕组与制动电阻的连通，同样就不会影响电机的制动。

在本发明实施例中，无刷直流电机制动电路包括无刷直流电机的三相绕组、电机驱动器、开关、制动电阻R1和制动控制单元，电机驱动器和制动控制单元完全分离，当电机制动时，电流不会流经电机驱动器，因此不会造成对电机驱动器的损毁以及电机永磁体退磁的问题。

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 (6)

1.一种无刷直流电机制动电路，包括无刷直流电机的三相绕组，其特征在于，所述无刷直流电机制动电路还包括：

分别与所述无刷直流电机的三相绕组连接的电机驱动器；

分别连接在所述电机驱动器与所述无刷直流电机的三相绕组之间的3个开关；

3个制动电阻R1，所述3个制动电阻R1的第一端分别接所述3个开关，所述3个制动电阻R1的第二端共同连接；

分别与所述3个开关连接的制动控制单元。

2.如权利要求1所述的无刷直流电机制动电路，其特征在于，所述3个开关分别采用3个继电器RY1，所述每个继电器RY1的开关动端分别接所述无刷直流电机的三相绕组，所述每个继电器RY1的开关第一定端分别接所述3个制动电阻R1的第一端，所述每个继电器RY1的开关第二定端分别接所述电机驱动器。

3.如权利要求2所述的无刷直流电机制动电路，其特征在于，所述制动控制单元包括：

3个制动控制支路、光耦U1、光耦U2、MOS管Q7、MOS管Q8，所述每个制动控制支路包括三极管Q1、三极管Q4、电阻R4、电阻R5、电阻R6和二极管D1；

所述光耦U1和光耦U2的发光二极管的阳极和阴极分别接制动信号端，所述光耦U1的三极管的集电极分别通过所述电阻R6接所述每个制动控制支路的三极管Q4的基极，所述光耦U1的三极管的集电极还分别接所述MOS管Q7和MOS管Q8的栅极，所述光耦U1的三极管的发射极接所述光耦U2的三极管的集电极，所述光耦U2的三极管的发射极接地，所述MOS管Q7和MOS管Q8的源极接地，所述MOS管Q7和MOS管Q8的漏极共同通过所述电阻R5接所述每个制动控制支路的三极管Q1的基极，所述三极管Q4的发射极接电源，所述三极管Q4的集电极通过所述电阻R4接所述二极管D1的阴极，所述二极管D1的阳极接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的发射极接地，所述二极管D1的阳极和阴极分别接所述3个继电器RY1的线圈两端。

4.一种无刷直流电机，所述无刷直流电机包括无刷直流电机的三相绕组，其特征在于，所述无刷直流电机制动电路还包括：

分别与所述无刷直流电机的三相绕组连接的电机驱动器；

分别连接在所述电机驱动器与所述无刷直流电机的三相绕组之间的3个开关；

3个制动电阻R1，所述3个制动电阻R1的第一端分别接所述3个开关，所述3个制动电阻R1的第二端共同连接；

分别与所述3个开关连接的制动控制单元。

5.如权利要求4所述的无刷直流电机，其特征在于，所述3个开关分别采用3个继电器RY1，所述每个继电器RY1的开关动端分别接所述无刷直流电机的三相绕组，所述每个继电器RY1的开关第一定端分别接所述3个制动电阻R1的第一端，所述每个继电器RY1的开关第二定端分别接所述电机驱动器。

6.如权利要求5所述的无刷直流电机，其特征在于，所述制动控制单元包括：

3个制动控制支路、光耦U1、光耦U2、MOS管Q7、MOS管Q8，所述每个制动控制支路包括三极管Q1、三极管Q4、电阻R4、电阻R5、电阻R6和二极管D1；

所述光耦U1和光耦U2的发光二极管的阳极和阴极分别接制动信号端，所述光耦U1的三极管的集电极分别通过所述电阻R6接所述每个制动控制支路的三极管Q4的基极，所述光耦U1的三极管的集电极还分别接所述MOS管Q7和MOS管Q8的栅极，所述光耦U1的三极管的发射极接所述光耦U2的三极管的集电极，所述光耦U2的三极管的发射极接地，所述MOS管Q7和MOS管Q8的源极接地，所述MOS管Q7和MOS管Q8的漏极共同通过所述电阻R5接所述每个制动控制支路的三极管Q1的基极，所述三极管Q4的发射极接电源，所述三极管Q4的集电极通过所述电阻R4接所述二极管D1的阴极，所述二极管D1的阳极接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的发射极接地，所述二极管D1的阳极和阴极分别接所述3个继电器RY1的线圈两端。