CN109861592A - 一种高温无刷直流电机驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高温无刷直流电机驱动装置，适用于高温大功率直流无刷电机的驱动，包括：检测电路模块用于检测无刷直流电机的位置转速信号和电流信号，其中检测电路模块包括霍尔传感器；上电复位自检模块；过流保护模块，其中，当电流超过6A时，发出刹车制动信号；刹车制动模块，用于进行刹车制动。本发明的电机驱动装置能够控制时间和响应速度可调，支持CAN通讯协议，控制简单，失效温度高，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种高温无刷直流电机驱动装置。
背景技术
无刷直流电机由永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器组成。其具备直流电机优越的调速性能的同时，由于取消了碳刷、滑环结构所带来的各类问题。具有结构简单、效率高、运行可靠等优点。无刷直流电机的调速方式通常通过开环PWM调制来实现，通过外部给定占空比来实现转速的变化，但这种调速方式适用于对调速要求不高的场合，无法满足较高的调速性能要求，也无法实现对转矩转速的高精度控制。同时，传统的单片机控制系统、专用电机控系统和DSP控制系统，在实现故障保护时，实现的故障保护电路，响应延时长，降低了系统的安全性。传统的无刷直流电机的闭环速度控制和闭环位置控制系统，需要利用编码器作为传感器对电机的速度和位置进行检测，在使用时提高了系统的生产成本。
现有技术中的无刷直流电机以其可靠性高、可控性好、效率高、体积小、寿命长、过载强等优势，适应于复杂的工作环境。但是，目前市场上现有的无刷直流电机控制器存在以下不足：1、应用环境限制，不能适应井下高温高压强振动等恶劣工作环境，安全性和可靠性差。2、控制功能有限，需要针对井下控制系统需求进行重新配置，专用性差。而现在的无刷直流电机处理速度相对较慢，不能满足产品的较繁复工作和及时的数据处理的需求，而且这种控制装置的电机位置及转速的检测一般是通过光栅编码器来实现的，但因光栅编码器存在安装复杂、可靠性较低、适用环境差的缺点，使得其使用效果不是十分理想，不能满足日益进步的社会需要。
传统的无刷直流电机驱动电路由功率器件和驱动电路构成，功率器件通常需要专门的散热片来散热，对减小驱动电路的体积非常不利，怎样可靠散热是无刷电机驱动电路缩小体积要解决的难题，并且霍尔传感器在高温时测量结果不准确，因此，获取霍尔传感器的温度并进行高效散热也是要解决的难题。
发明内容
基于解决上述问题，本发明提供了一种高温无刷直流电机驱动装置，其包括检测电路模块、上电复位自检模块、过流保护模块、刹车制动模块、显示模块、通信模块、CPU控制模块、信号发生器模块、整流三相逆变模块、电源模块、IGBT驱动模块、无刷直流电机、存储器模块和通讯模块；所述检测电路模块包括霍尔传感器，检测转子的位置；所述上电复位自检模块将转子运行至起位置，进行正常起动；所述过流保护模块，其中，当电流超过6A时，发出刹车制动信号；所述刹车制动模块，进行刹车制动使转子停止转动；显示模块，用于显示电机的转速，霍尔传感器的温度，工作电流；所述通信模块支持CAN通讯协议，用于电机控制信号的输入和输出；所述CPU控制模块用于和各模块输入信号的运算，以及运算结果的输出；所述信号发生器模块产生方波或正弦波；所述电源模块用于整流、电压转换为不同的模块供电；所述IGBT驱动模块用于各模块中的开关控制；所述无刷直流电机，包括定子和转子，设置在转子上的霍尔传感器，所述霍尔传感器测量转子的位置，并将位置信号通过设置在转子上信号输出端输入，并且设置与霍尔传感器物理接触的温度传感器，通过转子上信号输出端输入；所述存储器模块中存储的数据包括：无刷直流电机位置信号、转速信号，电流信号，霍尔传感器的温度信号。
根据本发明的实施例，所述转子上设置有霍尔传感器安装槽，用于安装霍尔传感器和温度传感器。
根据本发明的实施例，所述温度传感器为石墨烯温度传感器。
根据本发明的实施例，所述转子中心设置为空心结构，所述霍尔传感器和温度传感器的连接线从通过空心结构连出。
根据本发明的实施例，所述通讯模块具有15孔的R232接口。
根据本发明的实施例，所述CPU为ARM架构的芯片或FPGA芯片。
根据本发明的实施例，霍尔传感器和温度传感器将转移石墨烯至霍尔传感器上并通过分子间作用力物理接触。
本发明的优点如下：
(1)本发明的电机驱动装置能够控制时间和响应速度可调，支持CAN通讯协议，控制简单，失效温度高，可靠性高；
(2)本发明的电机驱动装置处理器计算能力强，控制电路板结构紧凑体积小，耐高温，环境适应能力强；
(3)本发明中霍尔传感器与温度传感器物理接触，快速测量霍尔传感器的温度，使用石墨烯作为测量材料，散热性好。
附图说明
图1为本发明无刷直流电机驱动装置电路板实物图；
图2a为本发明无刷直流电机驱动装置电路板接口示意图，图2b为本发明无刷直流电机驱动装置电路板接口接线示意图；
图3为本发明无刷直流电机定子、转子、霍尔传感器、温度传感器安装示意图。
具体实施方式
本发明的高温无刷直流电机驱动装置，其包括检测电路模块、上电复位自检模块、过流保护模块、刹车制动模块、显示模块、通信模块、CPU控制模块、信号发生器模块、整流三相逆变模块、电源模块、IGBT驱动模块、无刷直流电机、存储器模块和通讯模块；所述检测电路模块包括霍尔传感器，检测转子的位置；所述上电复位自检模块将转子运行至起位置，进行正常起动；所述过流保护模块，其中，当电流超过6A时，发出刹车制动信号；所述刹车制动模块，进行刹车制动使转子停止转动；显示模块，用于显示电机的转速，霍尔传感器的温度，工作电流；所述通信模块支持CAN通讯协议，用于电机控制信号的输入和输出；所述CPU控制模块用于和各模块输入信号的运算，以及运算结果的输出；所述信号发生器模块产生方波或正弦波；所述电源模块用于整流、电压转换为不同的模块供电；所述IGBT驱动模块用于各模块中的开关控制；所述无刷直流电机，包括定子和转子，设置在转子上的霍尔传感器，所述霍尔传感器测量转子的位置，并将位置信号通过设置在转子上信号输出端输入，并且设置与霍尔传感器物理接触的温度传感器，通过转子上信号输出端输入；所述存储器模块中存储的数据包括：无刷直流电机位置信号、转速信号，电流信号，霍尔传感器的温度信号。
其中，如图1所示的无刷直流电机驱动装置电路板实物图，电机驱动装置集成在电路板上。其中电路板中的CPU为ARM架构的芯片或FPGA芯片。
其中，如图2所示的直流电机驱动装置电路板接口示意图，通讯模块具有15孔的R232接口，图2a给出了无刷直流电机驱动装置电路板接口示意图，图2b给出了无刷直流电机驱动装置电路板接口接线示意图。
其中，如图3所示的无刷直流电机定子、转子、霍尔传感器、温度传感器安装示意图，其中，所述无刷直流电机包括定子1和转子2，所述转子2上设置有霍尔传感器安装槽，用于安装霍尔传感器3和温度传感器4。根据本发明的实施例，所述温度传感器为石墨烯温度传感器。根据本发明的实施例，所述转子中心设置为空心结构6，所述霍尔传感器和温度传感器的连接线经过线孔5从通过空心结构6连出。霍尔传感器4和温度传感器6优选为将转移石墨烯至霍尔传感器上并通过分子间作用力物理接触。
本发明还提供一种高温无刷直流电机，其中1)优选的输入电压：24V～48V；2)最大工作电流可达6A；3)额定优选为功率：480W；4)额定工作温度在-35℃～175℃之间；5)最大生存温度在185℃时大于500小时；6)失效温度大于190℃；7)参数修改温度小于等于55℃；8)典型的CAN波特率为100Kbits/s；9)优选的电路尺寸：长200mm×宽24mm×厚12mm；10)PWM控制范围为0～100％；11)转速控制范围为100～15000RPM；12)电机启停控制：参照CAN协议；13)电机极对数：参照CAN协议；14)该电机具有制动刹车功能；15)该电路板尺寸和功能可根据用户需要定制。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种高温无刷直流电机驱动装置，其包括检测电路模块、上电复位自检模块、过流保护模块、刹车制动模块、显示模块、通信模块、CPU控制模块、信号发生器模块、整流三相逆变模块、电源模块、IGBT驱动模块、无刷直流电机、存储器模块和通讯模块；所述检测电路模块包括霍尔传感器，检测转子的位置；所述上电复位自检模块将转子运行至起位置，进行正常起动；所述过流保护模块，其中，当电流超过6A时，发出刹车制动信号；所述刹车制动模块，进行刹车制动使转子停止转动；显示模块，用于显示电机的转速，霍尔传感器的温度，工作电流；所述通信模块支持CAN通讯协议，用于电机控制信号的输入和输出；所述CPU控制模块用于和各模块输入信号的运算，以及运算结果的输出；所述信号发生器模块产生方波或正弦波；所述电源模块用于整流、电压转换为不同的模块供电；所述IGBT驱动模块用于各模块中的开关控制；所述无刷直流电机，包括定子和转子，设置在转子上的霍尔传感器，所述霍尔传感器测量转子的位置，并将位置信号通过设置在转子上信号输出端输入，并且设置与霍尔传感器物理接触的温度传感器，通过转子上信号输出端输入；所述存储器模块中存储的数据包括：无刷直流电机位置信号、转速信号，电流信号，霍尔传感器的温度信号。
2.根据权利要求1所述的高温无刷直流电机驱动装置，其特征在于：所述转子上设置有霍尔传感器安装槽，用于安装霍尔传感器和温度传感器。
3.根据权利要求1所述的高温无刷直流电机驱动装置，其特征在于：所述温度传感器为石墨烯温度传感器。
4.根据权利要求1所述的高温无刷直流电机驱动装置，其特征在于：所述转子中心设置为空心结构，所述霍尔传感器和温度传感器的连接线从通过空心结构连出。
5.根据权利要求1所述的高温无刷直流电机驱动装置，其特征在于：所述通讯模块具有15孔的RS232串口接口。
6.根据权利要求1所述的高温无刷直流电机驱动装置，其特征在于：所述CPU为ARM架构的芯片或FPGA芯片。
7.根据权利要求2所述的高温无刷直流电机驱动装置，其特征在于：所述霍尔传感器和温度传感器将转移石墨烯至霍尔传感器上并通过分子间作用力物理接触。
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