CN108468852A - 一种无刷电机驱动的智能蝶阀 - Google Patents

一种无刷电机驱动的智能蝶阀 Download PDF

Info

Publication number
CN108468852A
CN108468852A CN201810624163.5A CN201810624163A CN108468852A CN 108468852 A CN108468852 A CN 108468852A CN 201810624163 A CN201810624163 A CN 201810624163A CN 108468852 A CN108468852 A CN 108468852A
Authority
CN
China
Prior art keywords
brushless motor
valve seat
gear
shaft
detection chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810624163.5A
Other languages
English (en)
Inventor
宋巍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuxi Longsheng Technology Co Ltd
Original Assignee
Wuxi Longsheng Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuxi Longsheng Technology Co Ltd filed Critical Wuxi Longsheng Technology Co Ltd
Priority to CN201810624163.5A priority Critical patent/CN108468852A/zh
Publication of CN108468852A publication Critical patent/CN108468852A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F16K31/041Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor for rotating valves
    • F16K31/042Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor for rotating valves with electric means, e.g. for controlling the motor or a clutch between the valve and the motor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F16K31/041Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor for rotating valves
    • F16K31/043Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor for rotating valves characterised by mechanical means between the motor and the valve, e.g. lost motion means reducing backlash, clutches, brakes or return means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44Mechanical actuating means
    • F16K31/53Mechanical actuating means with toothed gearing
    • F16K31/535Mechanical actuating means with toothed gearing for rotating valves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种无刷电机驱动的智能蝶阀,包括阀座,阀座内设置有气体通道,气体通道的喉口部位通过转轴设置有圆形阀片,阀座的另一侧设置有驱动电机;所述阀座上还设置有监测驱动电机位置的位置检测芯片;所述驱动电机为无刷电机,无刷电机的输出轴上安装有齿轮和磁钢,所述位置检测芯片贴装在位于磁钢正上方的PCB总成上,齿轮与转轴之间通过减速机构连接;所述PCB总成上还设置有控制无刷电机换相的控制模块,控制模块的输入端连接位置检测芯片的输出端,控制模块的输出端与无刷电机的受控端连接。本发明使用无刷电机作为动力源,实现仅通过CAN总线就能驱动的要求,大大简化了结构设计难度,增加了产品的可靠性,延长了产品的使用寿命。

Description

一种无刷电机驱动的智能蝶阀
技术领域
本发明涉及汽车零部件技术领域,特别是一种智能蝶阀。
背景技术
随着排放法规的升级,控制系统对于执行器的响应速度和精度都提出了更高的要求,直流有刷电机以其体积小巧、结构简单、控制简单而成为各种执行器动力源的首选。但是,直流有刷电机有一个致命的缺点:有刷电机由于采用了电刷进行换相,存在机械磨损,发热量大,造成输出效率下降,严重限制了直流有刷电机的使用寿命,特别是在中重卡车市场,超长使用寿命的需求,导致直流有刷电机驱动的产品无法匹配。
在日益复杂的整车电气零部件开发环境下,仅通过CAN总线就能驱动的智能电动执行器成为发展的趋势,因此,在汽车生产过程中,迫切需要能有简单可靠的执行器来适应发展的需求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种蝶阀,能够在提高使用寿命、简化结构设计的基础上,实现仅通过CAN总线就能驱动的要求,从而适应汽车零部件发展的趋势。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案如下。
一种无刷电机驱动的智能蝶阀,包括阀座,阀座内设置有气体通道,气体通道的喉口部位通过转轴设置有控制气体通道开合度的圆形阀片,阀座的另一侧设置有驱动转轴转动的驱动电机;所述阀座上还设置有监测驱动电机位置的位置检测芯片;所述驱动电机为无刷电机,无刷电机的输出轴上安装有齿轮和磁钢,所述位置检测芯片贴装在位于磁钢正上方的PCB总成上,齿轮与转轴之间通过减速机构连接;所述PCB总成上还设置有控制无刷电机换相的控制模块,控制模块的输入端连接位置检测芯片的输出端,控制模块的输出端与无刷电机的受控端连接。
上述一种无刷电机驱动的智能蝶阀,所述控制模块包括MCU、电源模块、三相桥模块以及CAN通讯模块,MCU的输入端连接位置检测芯片和CAN通讯模块,MCU的输出端连接三相桥模块的受控端,三相桥模块的输出端连接无刷电机的三相电极。
上述一种无刷电机驱动的智能蝶阀,所述减速机构包括与齿轮相啮合的过渡齿轮以及与过渡齿轮相啮合并与转轴顶端固定连接的扇形齿轮。
上述一种无刷电机驱动的智能蝶阀,所述PCB总成通过安装座固定在与阀座顶端配装的上盖上,上盖的外侧端面上设置有与通过导线与PCB总成相连接的接插件。
由于采用了以上技术方案,本发明所取得技术进步如下。
本发明使用无刷电机作为动力源,大大简化了结构设计难度,增加了产品的可靠性,延长了产品的使用寿命。本发明的减速机构采用齿轮系减速,达到放大扭矩的目的,同时通过设计不同的速比,输出不同的扭矩,提高了产品的适用性;在电机轴上安装磁钢,在其正对位置,使用传感器芯片,实时监测转子位置,输入MCU,MCU通过计算,获取电机转子位置,进而控制驱动模块在合适的时机换相,简化了无刷电机的控制难度,另一方面通过当前转子的位置,还可间接计算阀片位置,实现了阀片开度的闭环控制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明所述控制器示意图;
图3是应用层的控制流程图;
图4是底层无刷电机的控制流程图。
图中:1、接插件,2、上盖,3、安装座,4、PCB总成,5、阀座,6、无感无刷电机,7、电机齿轮,8、磁钢,9、过渡齿轮,10、扇形齿轮,11、回位弹簧,12、转轴,13、阀片。
具体实施方式
无刷电机是典型的机电一体化产品,取消了电刷结构,采用半导体开关器件来实现电子换向,即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷,具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点。因此本发明采用无刷电机来驱动蝶阀,以成为仅通过CAN总线就能驱动的智能电动执行器,提高蝶阀的使用寿命。
无刷电机控制的核心,是实时了解转子的当前位置,并在正确的时间进行换相,通常无刷电机的控制方法,是在电机内部放置间隔120°的3颗霍尔开关,来检测转子位置,进而控制换相时刻,实现无刷电机的控制。这样的控制方式需要8个引脚(3根电机驱动线,3根传感器信号线,2根传感器电源线),来输出位置信号以及输入控制电压,结构复杂,对于整车系统的安装和布置要求很高。本发明中的蝶阀,利用无感无刷电机作为动力源,内部集成小型控制系统,PCB板上放置传感器,整车系统只需要通过CAN的总线命令,即可驱动蝶阀到达需要的开度。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种无刷电机驱动的智能蝶阀,其结构如图1所示,包括阀座5,阀座内设置有气体通道,气体通道的喉口部位通过转轴12设置有圆形阀片13,阀座的另一侧设置有驱动转轴转动的驱动电机;阀座的顶端设置有相配装的上盖,上盖的底端面上通过安装座3设置有PCB总成4,上盖的外侧端面上设置有与通过导线与PCB总成相连接的接插件1。
驱动电机为无刷电机6,无刷电机的输出轴上安装有齿轮7和磁钢8;齿轮与转轴之间通过减速机构连接,减速机构包括与齿轮7相啮合的过渡齿轮9以及与过渡齿轮相啮合并与转轴顶端固定连接的扇形齿轮10。无刷电机6通过过渡齿轮9,将旋转扭矩传递扇形齿轮10,扇形齿轮10进而驱动转轴12旋转,转轴的转动进而带动阀片实现气体通道的开合。阀座内设置的扭簧11,用以保证当电气控制失效时,阀片13能回到初始位置。
PCB总成上位置检测芯片和控制模块,位置检测芯片位于磁钢的正上方,用于监测驱动电机位置,位置检测芯片的输出端连接控制模块的输入端,控制模块的输出端与无刷电机的受控端连接。控制模块结合发动机ECU通过CAN总线发送需要的开度目标值以及位置检测芯片检测的当前开度信息来控制无刷电机进行换相
控制模块的结构如图2所示,包括MCU、电源模块、三相桥模块以及CAN通讯模块,MCU的输入端连接位置检测芯片和CAN通讯模块,MCU的输出端连接三相桥模块的受控端,三相桥模块的输出端连接无刷电机的三相电极。汽车电源通过电源线连接电源模块的接口后,为MCU和CAN通讯模块提供电源;发动机ECU通过CAN总线与CAN通讯模块实现通信,发动机ECU通过CAN总线发送需要的开度目标值,CAN信息经CAN通讯模块传入MCU;MCU根据目标值与阀片当前值的差距,按照特定的时序,不断调整三相桥模块的导通相序和驱动占空比,进一步驱动无刷电机正确运行,让阀片到达指定位置。
MCU接收到来自于CAN总线的目标值后,会进行信号的处理,并结合位置检测芯片反馈的信号值来输出稳定的驱动信号。MCU处理信号的过程如图3所示,具体为:当MCU接收到来自于CAN总线的目标值后,为了避免目标值的突然变化,对系统造成冲击,使用一阶低通滤波器,减缓目标值的变化,同时也可避免意外干扰;求得目标值与当前实际值的偏差,输入PID模块计算出初始占空比D0;由于回位弹簧在打开和关闭是所起的作用相反,需区分打开和关闭时刻,对初始占空比D0进行修正,得到新的占空比D1;由于硬件的限制,实际能够输出的占空比是有限制的(一般为-95% ~ 95%),所以需要对前段理论计算得到的占空比D1进行限幅,得到占空比D2;一般情况下,PID参数的整定是在实验室条件下进行的,供电电压是稳定的,实际工况下,供电电压会随着负载的变化而波动,所以需要针对计算出的占空比D2进行电压修正,得到占空比D3;在由大开度关闭到小开度,或由小开度打开到大开度时,可能由于速度较快,造成阀片直接撞击阀体,影响使用寿命,所以必须根据阀片速度和开度,判断是否启动落座功能,输出落座控制占空比,即D5=D4,还是正常控制占空比,即D5=D3。当驱动占空比D5较大时,需启动保护程序,输出经过限值的D6,以防止电流过大,损坏电机;占空比D6驱动无刷电机正反转和调速,驱动阀片动作,而位置检测芯片实时计算阀片角度,反馈至PID前段,MCU据此实现闭环控制,在规定时间内,让阀片到达指定位置。
无刷电机控制不仅是开度的控制,还需要进行换相,换相的前提是准确识别电机转子位置,确定进行换相的合适时机。MCU控制无刷电机换相的流程如图4所示,具体为:MCU计算得出PWM占空比Duty后,启动AD采样流程;本发明采用输出方式为正弦和余弦信号的位置检测芯片(例如英飞凌的TLE5009),通过差分电路,将两路信号分别接入MCU的AD采样接口;采样完成后,触发中断,通过查表确认目前转子所在扇区,同时根据占空比的极性,判断无刷电机下一步的旋转方向以及需要的通电相序,然后按要求切换三相桥模块的通电相序。
在进行相序表的查询时,首先判断Duty是否大于零,然后选择相应的相序表进行查询;如大于零则查反转相序表,如小于零则查正转相序表。

Claims (4)

1.一种无刷电机驱动的智能蝶阀,包括阀座,阀座内设置有气体通道,气体通道的喉口部位通过转轴(12)设置有控制气体通道开合度的圆形阀片(13),阀座的另一侧设置有驱动转轴转动的驱动电机;所述阀座上还设置有监测驱动电机位置的位置检测芯片;其特征在于:所述驱动电机为无刷电机(6),无刷电机的输出轴上安装有齿轮(7)和磁钢(8),所述位置检测芯片贴装在位于磁钢正上方的PCB总成上,齿轮与转轴之间通过减速机构连接;所述PCB总成上还设置有控制无刷电机换相的控制模块,控制模块的输入端连接位置检测芯片的输出端,控制模块的输出端与无刷电机的受控端连接。
2.根据权利要求1所述的一种无刷电机驱动的智能蝶阀,其特征在于:所述控制模块包括MCU、电源模块、三相桥模块以及CAN通讯模块,MCU的输入端连接位置检测芯片和CAN通讯模块,MCU的输出端连接三相桥模块的受控端,三相桥模块的输出端连接无刷电机的三相电极。
3.根据权利要求1所述的一种无刷电机驱动的智能蝶阀,其特征在于:所述减速机构包括与齿轮(7)相啮合的过渡齿轮(9)以及与过渡齿轮相啮合并与转轴顶端固定连接的扇形齿轮(10)。
4.根据权利要求1所述的一种无刷电机驱动的智能蝶阀,其特征在于:所述PCB总成(4)通过安装座(3)固定在与阀座(5)顶端配装的上盖(2)上,上盖的外侧端面上设置有与通过导线与PCB总成相连接的接插件(1)。
CN201810624163.5A 2018-06-16 2018-06-16 一种无刷电机驱动的智能蝶阀 Pending CN108468852A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810624163.5A CN108468852A (zh) 2018-06-16 2018-06-16 一种无刷电机驱动的智能蝶阀

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810624163.5A CN108468852A (zh) 2018-06-16 2018-06-16 一种无刷电机驱动的智能蝶阀

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108468852A true CN108468852A (zh) 2018-08-31

Family

ID=63259622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810624163.5A Pending CN108468852A (zh) 2018-06-16 2018-06-16 一种无刷电机驱动的智能蝶阀

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108468852A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110905667A (zh) * 2019-12-30 2020-03-24 无锡隆盛科技股份有限公司 一种带气动增压功能的无刷电机节气门
CN110967986A (zh) * 2018-09-30 2020-04-07 杭州三花研究院有限公司 电子水阀

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0694151A (ja) * 1992-09-17 1994-04-05 Hitachi Ltd ブラシレスモータ駆動バルブ開閉制御装置
JP2005163555A (ja) * 2003-11-28 2005-06-23 Mitsuba Corp スロットルバルブ装置
US20070000455A1 (en) * 2005-06-30 2007-01-04 Hitachi, Ltd. Noncontact rotation angle sensor, manufacturing method for the same, and throttle valve control device for internal combustion engine having the same
WO2010003851A1 (de) * 2008-07-07 2010-01-14 Continental Automotive Gmbh Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung von bürstenlosen (ec)-elektromotoren
CN101634249A (zh) * 2009-08-14 2010-01-27 重庆隆鑫机车有限公司 发动机节气门
CN101876381A (zh) * 2009-04-30 2010-11-03 浙江关西电机有限公司 伺服电动阀及其控制方法
CN101931303A (zh) * 2010-08-09 2010-12-29 湖州永昌贝诗讬电器实业有限公司 用于波轮洗衣机的外转子无刷电机
CN102076949A (zh) * 2008-08-01 2011-05-25 三菱电机株式会社 阀控制装置和阀装置
CN207283375U (zh) * 2017-09-04 2018-04-27 北京曙光航空电气有限责任公司 一种无刷直流电机霍尔传感器安装结构
CN208281604U (zh) * 2018-06-16 2018-12-25 无锡隆盛科技股份有限公司 一种无刷电机驱动的智能蝶阀

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0694151A (ja) * 1992-09-17 1994-04-05 Hitachi Ltd ブラシレスモータ駆動バルブ開閉制御装置
JP2005163555A (ja) * 2003-11-28 2005-06-23 Mitsuba Corp スロットルバルブ装置
US20070000455A1 (en) * 2005-06-30 2007-01-04 Hitachi, Ltd. Noncontact rotation angle sensor, manufacturing method for the same, and throttle valve control device for internal combustion engine having the same
WO2010003851A1 (de) * 2008-07-07 2010-01-14 Continental Automotive Gmbh Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung von bürstenlosen (ec)-elektromotoren
CN102076949A (zh) * 2008-08-01 2011-05-25 三菱电机株式会社 阀控制装置和阀装置
CN101876381A (zh) * 2009-04-30 2010-11-03 浙江关西电机有限公司 伺服电动阀及其控制方法
CN101634249A (zh) * 2009-08-14 2010-01-27 重庆隆鑫机车有限公司 发动机节气门
CN101931303A (zh) * 2010-08-09 2010-12-29 湖州永昌贝诗讬电器实业有限公司 用于波轮洗衣机的外转子无刷电机
CN207283375U (zh) * 2017-09-04 2018-04-27 北京曙光航空电气有限责任公司 一种无刷直流电机霍尔传感器安装结构
CN208281604U (zh) * 2018-06-16 2018-12-25 无锡隆盛科技股份有限公司 一种无刷电机驱动的智能蝶阀

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110967986A (zh) * 2018-09-30 2020-04-07 杭州三花研究院有限公司 电子水阀
CN110967986B (zh) * 2018-09-30 2021-05-28 浙江三花智能控制股份有限公司 电子水阀
CN110905667A (zh) * 2019-12-30 2020-03-24 无锡隆盛科技股份有限公司 一种带气动增压功能的无刷电机节气门
CN110905667B (zh) * 2019-12-30 2024-06-04 无锡隆盛科技股份有限公司 一种带气动增压功能的无刷电机节气门

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102009688B (zh) 一种无刷直流电机助力式电动助力转向控制器的控制方法
CN108468852A (zh) 一种无刷电机驱动的智能蝶阀
CN102931897B (zh) 电动机控制装置
CN101761284B (zh) 轨道交通安全门的控制器
CN102163518B (zh) 一种电动汽车继电器线圈控制电路
CN105811849A (zh) 一种电流非线性补偿的开关磁阻电机转矩控制方法与系统
US20130011233A1 (en) Construction machine
CN208281604U (zh) 一种无刷电机驱动的智能蝶阀
CN201904751U (zh) 有位置传感器的无刷风机控制器
CN105099302A (zh) 一种起动发电机改进结构
CN200983567Y (zh) 大电流无刷电机控制器
CN101158262B (zh) 自动门无刷电机遇阻甄别检测方法
CN101634249A (zh) 发动机节气门
CN102431870A (zh) 电梯门机的开门关门到位转矩自适应方法和装置以及电梯门机控制系统
CN200976558Y (zh) 电动汽车用永磁无刷电机驱动控制器
CN100428620C (zh) 一种车辆电动助力转向系统控制器
CN1966304A (zh) 电动汽车控制及充电保护装置
CN102255592A (zh) 直流电机转动位置精确定位方法和相关定位装置
CN104393801B (zh) 一种无刷直流电机调速装置及调速方法
CN102468794A (zh) 电动自行车位置电流双闭环控制器
CN103684122B (zh) 开关磁阻电机的控制方法及装置
CN201910728U (zh) 电动汽车用开关磁阻电机绝对位置传感器
CN200971053Y (zh) 电子刹车系统
CN201502439U (zh) 发动机无触点电子节气门
CN204161445U (zh) 一种闭环控制的交流前移式电动叉车转向系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180831