CN107565764A - 一种水泵直流无刷电机 - Google Patents

Abstract

一种水泵直流无刷电机，包括无刷电机本体和控制器；所述无刷电机本体包括前端盖、后端盖、定子和霍尔感应装置；所述定子安装在前端盖和后端盖之间，且连接有三相输入线；所述霍尔感应装置安装于所述定子上，且连接有霍尔信号端子，所述控制器位于所述无刷电机本体内，并固定在所述后端盖上，且与所述三相输入线电连接；所述霍尔感应装置通过霍尔信号端子与所述霍尔检测装置电连接，将霍尔信号输入所述霍尔检测装置进行检测；所述MCU主控装置对所述霍尔检测装置检测的信号进行处理，控制驱动装置驱动所述无刷电机本体的运转和停止。该水泵直流无刷电机将控制器内置，免除了外置控制器所占用的空间，使得系统结构更紧凑，易于操作。

Description

一种水泵直流无刷电机

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其是涉及一种水泵直流无刷电机。

背景技术

随着社会的发展，人民生活水平日益提高，对能源的高效利用及对环保的要求越来越高，国家也鼓励发展新能源汽车。新能源公共汽车属于公共交通工具，新能源公共汽车的整车水冷却系统，是保证汽车长期稳定运行的关键，所以对冷却水泵的要求很高，必须保持长期稳定运行，要求水泵体积小、寿命长、吸水力大。永磁无刷直流电机是随着现代电子技术级新型材料发展而出现的新型机电机，其具备高扭矩、体积小、寿命长、低噪音、运行稳定等优点，非常符合水泵应用要求。永磁无刷直流电机需要依靠控制器驱动运转，无刷电机控制器是无刷电机整机稳定运转的关键。现有的新能源公共汽车的水泵直流无刷电机的控制器一般都是外置的，不便于无刷电机控制器的安装，且占用空间大，结构复杂。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种内置控制器的水泵直流无刷电机。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种水泵直流无刷电机，包括无刷电机本体和控制器；所述无刷电机本体包括前端盖、后端盖、定子和霍尔感应装置；所述定子安装在前端盖和后端盖之间，且连接有三相输入线；所述霍尔感应装置安装于所述定子上，且连接有霍尔信号端子；所述控制器位于所述无刷电机本体内，并固定在所述后端盖上，且与所述三相输入线电连接，所述控制器包括相互电连接的MCU主控装置、霍尔检测装置、驱动装置和电源装置；所述霍尔感应装置通过霍尔信号端子与所述霍尔检测装置电连接，将霍尔信号输入所述霍尔检测装置进行检测；所述MCU主控装置对所述霍尔检测装置检测的信号进行处理，控制驱动装置驱动所述无刷电机本体的运转和停止；所述电源装置用于提供所述MCU主控模块的电源。

相对于现有技术，本发明的水泵直流无刷电机，通过将控制器内置于无刷电机本体内，将定子上的三相输入线与所述控制器电连接，将霍尔感应装置安装于所述定子上，且连接有霍尔信号端子，霍尔感应装置通过霍尔信号端子与所述控制器的MCU主控装置电连接，将霍尔信号输入所述MCU主控装置，MCU主控装置对所述霍尔检测装置输入的信号进行检测处理，并控制驱动装置驱动无刷电机的运转。该水泵直流无刷电机将控制器内置，免除了外置控制器所占用的空间，使得系统结构更紧凑，易于操作。

进一步地，所述霍尔检测装置包括依次电连接的霍尔信号输入端、分压电阻和滤波电容；所述分压电阻和滤波电容对霍尔信号输入端输入的霍尔信号进行检测处理。该设置用于对霍尔信号的检测和处理。

进一步地，所述控制器还包括与所述MCU主控装置电连接的电流检测装置，用于检测无刷直流电机的实时电流并取样；所述电流检测装置包括依次电连接的取样电阻和运算放大器；所述取样电阻对流经其的电流进行取样获得一取样电流值，并将所述取样电流值输送到运算放大器；所述运算放大器对所述取样电流值进行处理后输入到所述MCU主控装置；所述MCU主控装置根据取样电流值的大小控制无刷电机本体的运转和停止。该设置通过MCU主控装置根据检测到的无刷直流电机工作的实时电流值从而控制电机的运转和停止。

进一步地，所述MCU主控装置还设置有干转保护电流值；所述电流检测装置检测无刷电机本体的第一工作电流值并取样；所述MCU主控装置将所述第一工作电流值与所述干转保护电流值相比较，当第一工作电流值低于所述干转保护电流值并维持一定时间，控制所述无刷直流电机本体停止运转，保护了电机。

进一步地，所述MCU主控装置还设置有过流保护值；所述电流检测装置检测所述无刷电机本体的的第二工作电流值并取样；所述MCU主控装置将所述第二工作电流值与所述过流保护值相比较，当第二工作电流值大于所述过流保护值时，控制所述无刷电机本体停止运转，并在一定时间后自动重启。该设置保证了无刷直流电机在大电流时停止转动，保护了电机。

进一步地，所述控制器还包括与所述MCU主控装置电连接的温度检测装置；所述温度检测装置通过一热敏电阻检测所述控制器的温度获得一取样温度值，并将所述取样温度值转化成电压信号输入到MCU主控装置；所述MCU主控装置根据取样温度值的大小控制无刷电机本体的运转和停止。该设置检测无刷直流电机的实时温度值，从而对无刷电机进行保护控制。

进一步地，所述MCU主控装置还设置有第一额定温度和第二额定温度，当所述温度检测装置检测到所述控制器的温度大于所述第一额定温度时，所述MCU主控装置控制电机停止运转；当所述温度检测装置检测到所述控制器的温度小于第二额定温度时，所述MCU主控装置控制电机启动。该设置有效控制了无刷直流电机的工作温度，防止因为温度过高而损坏电机。

进一步地，所述驱动装置包括相互电连接的驱动芯片和功率管；所述驱动芯片包括输入端和输出端；所述输入端用于接收所述MCU主控装置的控制信号；所述输出端用于控制所述功率管的开关，从而控制所述无刷电机本体的运转。

进一步地，所述电源装置包括依次电连接的防反接保护装置、预充电装置和电源稳压装置；所述防反接保护装置用于防止控制器电源线正负极反接；所述预充电装置用于保护所述控制器；所述电源稳压装置用于给所述MCU主控装置提供稳定的工作电压。

进一步地，所述控制器内设置有电容器；所述控制器电源接通瞬间对所述电容器充电，并产生充电电流；所述预充电装置限制所述充电电流的大小，保护所述控制器。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明所述的水泵直流无刷电机的侧视图。

图2是本发明所述的控制器的连接示意图。

图3是本发明所述的控制器的原理图。

图4是本发明所述的MCU主控装置的电路图。

图5是本发明所述的防反接保护装置的电路图。

图6是本发明所述的预充电装置的电路图。

图7是本发明所述的电源稳压装置的电路图。

图8是本发明所述的驱动电路U相电路图。

图9是本发明所述的驱动电路V相电路图。

图10是本发明所述的驱动电路W相电路图。

图11是本发明所述的霍尔检测装置的电路图。

图12是本发明所述的电流检测装置的电路图。

图13是本发明所述的温度检测装置的电路图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

请参阅图1和图2，其中图1是本发明所述的水泵直流无刷电机的侧视图；图2是本发明所述的控制器的连接示意图。该水泵直流无刷电机包括无刷电机本体和控制器30；所述无刷电机本体包括前端盖、后端盖10、定子和霍尔感应装置；所述定子安装在前端盖和后端盖10之间，且连接有三相输入线40；所述霍尔感应装置安装于所述定子上，且连接有霍尔信号端子；所述控制器位于所述无刷电机本体内，并固定在所述后端盖上，且与所述三相输入线40电连接；所述控制器的功率管面贴有导热硅胶布20。

请参阅图3，图3是本发明所述的控制器的原理图。该控制器包括相互电连接的MCU(Microcontroller Unit)主控装置、霍尔检测装置、电流检测装置、温度检测装置、驱动装置和电源装置；所述霍尔感应装置通过霍尔信号端子50与所述霍尔检测装置电连接，将霍尔信号输入所述霍尔检测装置进行检测；所述MCU主控装置对所述霍尔检测装置检测的信号进行处理，控制驱动装置驱动所述无刷电机本体的运转和停止；所述MCU主控装置对所述霍尔检测装置、电流检测装置和温度检测装置检测的信号进行处理，从而控制所述无刷直流电机的运转和停止，提供各种保护；所述电源装置包括防反接保护装置、预充电装置和电源稳压装置，用于提供所述MCU主控装置的电源。

请参阅图4，图4是本发明所述的MCU主控装置的电路图。该MCU主控装置采用STM8AF6246为主控芯片，STM8AF6246控制芯片是意法半导体的汽车级控制芯片，对各个检测装置的输入信号进行处理和运算后，输出控制信号，驱动及控制无刷电机的运转和停止。

请参阅图5，图5是本发明所述的防反接保护装置的电路图。该防反接保护装置的设计用于防止控制器由于电源线正负极反接而烧坏。当电源输入电压后，如果由于错误造成反接，当反接的直流电电压不超过一定电压值时，该控制器不会被烧坏，从而保护了控制器。具体地，本实施例中，该电机还设置有一电压检测装置，该控制器还设置有一电压反接保护值，当电压检测装置检测到反接的直流电电压不超过设定的电压反接保护值时，该控制器不会被烧坏，具体地，该电压反接保护值为32VDC；该控制器还设置有一欠压保护值，具体地，将欠压保护值设置为18VDC，当电压检测装置检测到的供电电压值小于18VDC时，控制器控制无刷直流电机本体不运转；该控制器还设置有一过呀保护值，具体地，将过压保护值设定在32VDC～50VDC，当电压检测装置检测到的供电电压大于32VDC小于50VDC时，控制器控制无刷电机本体停止转动。

请参阅图6，图6是本发明所述的预充电装置的电路图。该控制器内设置有电容器；当控制器电源接通瞬间对所述电容器充电，并产生充电电流；所述预充电装置限制所述充电电流的大小，保护所述控制器。具体地，该预充电装置该将充电电流限制在一定值内，使电容器不会因为瞬间的短路而烧坏控制器元件，从而保护控制器及元件。

请参阅图7，图7是本发明所述的电源稳压装置的电路图。采用78M05三端稳压器对输入电压稳压，用于给MCU主控提供稳定的工作电压。

请同时参阅图8、图9和图10，其中图8是本发明所述的驱动电路U相电路图，图9是本发明所述的驱动电路V相电路图，图10是本发明所述的驱动电路W相电路图。所述驱动装置包括驱动芯片L6387E和功率管；所述驱动芯片包括输入端和输出端；所述输入端用于接收所述MCU主控装置的控制信号；所述输出端用于控制所述功率管的开关，从而控制所述无刷电机本体的运转，具有较强的抗干扰能力，实现无刷电机的三相驱动控制。

请参阅图11，图11是本发明所述的霍尔检测装置的电路图。所述霍尔检测装置包括依次电连接的霍尔信号输入端、分压电阻和滤波电容；所述分压电阻和滤波电容对霍尔信号输入端输入的霍尔信号进行检测处理。

请参阅图12，图12是本发明所述的电流检测装置的电路图。该电流检测装置用于检测无刷直流电机的实时电流并取样；所述电流检测装置包括依次电连接的取样电阻和运算放大器；所述取样电阻对流经其的电流进行取样获得一取样电流值，并将所述取样电流值输送到运算放大器；所述运算放大器对所述取样电流值进行处理后输入到所述MCU主控装置；所述MCU主控装置根据取样电流值的大小控制无刷电机本体的运转和停止。具体地，该MCU主控装置还设置有干转保护电流值；所述电流检测装置检测无刷电机本体的第一工作电流值并取样；所述MCU主控装置将所述第一工作电流值与所述干转保护电流值相比较，当第一工作电流值低于所述干转保护电流值并维持一定时间，控制所述无刷直流电机本体停止运转。本实施例中，当MCU主控装置检测到无刷电机的工作电流低于3.5A，并维持25S时，触发干转保护控制所述无刷直流电机停止运转，断电后才可重启。另外，该控制器还设置有限流保护值，将电机的最大工作电流值限制在限流保护值内，具体地，本实施例中的限流保护值为12A，误差允许范围为±10％。

该MCU主控装置还设置有堵转保护，当无刷电机的转动轴受到的阻力超过电机启动扭矩时，如果电机启动一定次数后仍然无法进入正常运转，便控制电机停止转动，需要断电重启电机才能再次启动。具体地，本实施例中，如果电机启动20次后仍然无法进入正常运转，控制器便控制电机停止转动。

该MCU主控装置还设置有过流保护值，所述电流检测装置检测所述无刷电机本体的的第二工作电流值并取样；所述MCU主控装置将所述第二工作电流值与所述过流保护值相比较，当第二工作电流值大于所述过流保护值时，控制所述无刷电机本体停止运转，并在一定时间后自动重启。当无刷电机本体重启一定次数后，仍然无法在正常工作电流值范围内时，控制器便启动锁定堵转保护。具体地，本实施例中，当电流检测装置检测到无刷电机本体的工作电流大于15A时，所述MCU主控装置便控制电机停止转动，并设置其在1.5S后自动重启，当无刷电机本体重启20次后，无刷电机本体仍然无法在正常工作电流值范围内运转时，控制器便启动锁定堵转保护。

图13是本发明所述的温度检测装置电路图。该温度检测装置通过一热敏电阻检测所述控制器的温度获得一取样温度值，并将所述取样温度值转化成电压信号输入到MCU主控装置；所述MCU主控装置根据取样温度值的大小控制无刷电机本体的运转和停止。具体地，所述MCU主控装置还设置有第一额定温度和第二额定温度，当所述温度检测装置检测到所述控制器的温度大于所述第一额定温度时，所述MCU主控装置控制电机停止运转；当所述温度检测装置检测到所述控制器的温度小于第二额定温度时，所述MCU主控装置控制电机启动。本实施例中，将第一额定温度值设置为125°，将第二额定温度值设置为110°，当所述控制器的温度大于125°时，所述MCU主控装置控制电机停止运转；当所述控制器的温度小于110°时，所述MCU主控装置控制电机再次启动。

工作原理：所述控制器位于所述无刷电机本体内，并固定在所述后端盖上，且与所述三相输入线电连接，所述霍尔感应装置通过霍尔信号端子与所述霍尔检测装置电连接，将霍尔信号输入所述霍尔检测装置进行检测；所述MCU主控装置对所述霍尔检测装置检测的信号进行处理，控制驱动装置驱动所述无刷电机本体的运转和停止，所述电源装置给所述MCU主控装置供电电源；并在电源装置中设置了防反接保护装置用于防止所述控制器因为电源线正负极反接而烧坏；设置了预充电保护装置保护控制器；还设置了电源稳压装置给MCU主控提供稳定的工作电压。所述霍尔检测装置还根据电流检测装置、温度检测装置和电压检测装置检测各个参数与设定的参数值做比较，从而实现电机的干转保护、限流保护、过流保护、欠压保护、过压保护、堵转保护以及温度保护。

相对于现有技术，本发明的水泵直流无刷电机，通过将控制器内置于无刷电机本体内，将定子上的三相输入线与所述控制器电连接，将霍尔感应装置安装于所述定子上，且连接有霍尔信号端子，霍尔感应装置通过霍尔信号端子与所述控制器的MCU主控装置电连接，将霍尔信号输入所述MCU主控装置，MCU主控装置对所述霍尔检测装置输入的信号进行检测处理，并控制驱动装置驱动无刷电机的运转。该水泵直流无刷电机将控制器内置，免除了外置控制器所占用的空间，使得系统结构更紧凑，易于操作，并且还设置了各种检测装置及检测电路，实现了控制器的多种保护功能，如干转保护、限流保护、过流保护、欠压保护、过压保护、堵转保护以及温度保护等，使电机的工作效率更高，噪音更低，更节能环保。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种水泵直流无刷电机，包括无刷电机本体和控制器；所述无刷电机本体包括前端盖、后端盖、定子和霍尔感应装置；所述定子安装在前端盖和后端盖之间，且连接有三相输入线；所述霍尔感应装置安装于所述定子上，且连接有霍尔信号端子，其特征在于：所述控制器位于所述无刷电机本体内，并固定在所述后端盖上，且与所述三相输入线电连接，所述控制器包括相互电连接的MCU主控装置、霍尔检测装置、驱动装置和电源装置；所述霍尔感应装置通过霍尔信号端子与所述霍尔检测装置电连接，将霍尔信号输入所述霍尔检测装置进行检测；所述MCU主控装置对所述霍尔检测装置检测的信号进行处理，控制驱动装置驱动所述无刷电机本体的运转和停止；所述电源装置用于提供所述MCU主控模块的电源。

2.根据权利要求1所述的水泵直流无刷电机，其特征在于：所述霍尔检测装置包括依次电连接的霍尔信号输入端、分压电阻和滤波电容；所述分压电阻和滤波电容对霍尔信号输入端输入的霍尔信号进行检测处理。

3.根据权利要求1所述的水泵直流无刷电机，其特征在于：所述控制器还包括与所述MCU主控装置电连接的电流检测装置，用于检测无刷直流电机的实时电流并取样；所述电流检测装置包括依次电连接的取样电阻和运算放大器；所述取样电阻对流经其的电流进行取样获得一取样电流值，并将所述取样电流值输送到运算放大器；所述运算放大器对所述取样电流值进行处理后输入到所述MCU主控装置；所述MCU主控装置根据取样电流值的大小控制无刷电机本体的运转和停止。

4.根据权利要求3所述的水泵直流无刷电机，其特征在于：所述MCU主控装置还设置有干转保护电流值；所述电流检测装置检测无刷电机本体的第一工作电流值并取样；所述MCU主控装置将所述第一工作电流值与所述干转保护电流值相比较，当第一工作电流值低于所述干转保护电流值并维持一定时间，控制所述无刷直流电机本体停止运转。

5.根据权利要求3所述的水泵直流无刷电机，其特征在于：所述MCU主控装置还设置有过流保护值；所述电流检测装置检测所述无刷电机本体的的第二工作电流值并取样；所述MCU主控装置将所述第二工作电流值与所述过流保护值相比较，当第二工作电流值大于所述过流保护值时，控制所述无刷电机本体停止运转，并在一定时间后自动重启。

6.根据权利要求1所述的水泵直流无刷电机，其特征在于：所述控制器还包括与所述MCU主控装置电连接的温度检测装置；所述温度检测装置通过一热敏电阻检测所述控制器的温度获得一取样温度值，并将所述取样温度值转化成电压信号输入到MCU主控装置；所述MCU主控装置根据取样温度值的大小控制无刷电机本体的运转和停止。

7.根据权利要求6所述的水泵直流无刷电机，其特征在于：所述MCU主控装置还设置有第一额定温度和第二额定温度，当所述温度检测装置检测到所述控制器的温度大于所述第一额定温度时，所述MCU主控装置控制电机停止运转；当所述温度检测装置检测到所述控制器的温度小于第二额定温度时，所述MCU主控装置控制电机启动。

8.根据权利要求1所述的水泵直流无刷电机，其特征在于：所述驱动装置包括相互电连接的驱动芯片和功率管；所述驱动芯片包括输入端和输出端；所述输入端用于接收所述MCU主控装置的控制信号；所述输出端用于控制所述功率管的开关，从而控制所述无刷电机本体的运转。

9.根据权利要求1所述的水泵直流无刷电机，其特征在于：所述电源装置包括依次电连接的防反接保护装置、预充电装置和电源稳压装置；所述防反接保护装置用于防止控制器电源线正负极反接；所述预充电装置用于保护所述控制器；所述电源稳压装置用于给所述MCU主控装置提供稳定的工作电压。

10.根据权利要求9所述的水泵直流无刷电机，其特征在于：所述控制器内设置有电容器；所述控制器电源接通瞬间对所述电容器充电，并产生充电电流；所述预充电装置限制所述充电电流的大小，保护所述控制器。