CN110611462A - 无刷直流电机三段转速指示装置及指示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无刷直流电机三段转速指示装置及指示方法，包括驱动模块、无刷直流电机的三相定子绕组、控制器，驱动模块与无刷直流电机的三相定子绕组连接；控制器的6个IO接口P1‑P6分别和驱动模块的6个栅极输入相连；控制器的6个IO接口P7‑P12在PWM无效时间内发送脉冲，用于电机相对于初始位置振动发音。指示方法包括：在通过PWM控制电机转速时，利用PWM无效的时间，通过控制器的IO接口P7‑P12提供给MOS管脉冲，使电机振动发音；在低速、中速、高速状态下，发送脉冲的个数不同，使得电机振动产生声音的音调和发出“嘀”声个数的不同，起到电机三段转速指示的效果。
Description
技术领域
本发明属于无刷直流电机技术领域，具体地说，是一种无刷直流电机三段转速指示装置及指示方法，作用于无刷直流电机高、中、低三段。
背景技术
无刷直流电机近年来得到了广泛的应用，其具有控制简单、效率高、调速性能好、输出转矩大的特点。在机器人、航空航天、精密电子仪器与设备等对电机性能、控制精度要求较高的场合和领域，无刷直流电机的应用和研究收到了广泛的重视。
目前市面上对于一些如水泵、风机等一样采用三段转速控制的直流电机运行的设备，大多无法判断无刷直流电机的运行状态，无法定性了解电机转速状态。
为了解决这一个问题，现有的做法是在无刷直流电机的转轴上增加传感器实现测速或者在转轴上贴反光纸再用光电测速仪测量，但是前者增加硬件成本，后者会带来较大的转速测量误差。而仅利用无刷直流电机本体振动发音，可以定性的确定转速的状态，基于此，可以利用控制电机的PWM，在PWM无效时间内发送脉冲，改变产生声音的音调和声音频率，设计一个三段转速指示装置。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中无刷直流电机三段转速指示难的问题。
为了达到上述目的，本发明披露了一种无刷直流电机三段转速指示装置及指示方法，其具体技术方案如下：一种无刷直流电机三段转速指示装置，包括驱动模块、无刷直流电机的三相定子绕组、控制器和光耦隔离模块，其中：驱动模块与无刷直流电机的三相定子绕组连接，用于驱动电机旋转、振动；光耦隔离模块和控制器相连，用于防止PWM信号和脉冲信号互相干扰；控制器的IO接口P1-P6通过光耦隔离模块分别和驱动模块的6个栅极输入相连，用于发送PWM给6个MOS管的栅极，让电机正常转动；控制器的IO接口P7-P12通过光耦隔离模块和驱动模块的6个栅极输入相连，在PWM无效时间内发送脉冲，改变电机转子瞬时的受力情况，用于电机振动发音。
本发明的进一步改进，驱动模块包括直流电源VDC、MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、MOS管S4、MOS管S5、MOS管S6；直流电源VDC的正极分别与MOS管S1的漏极、MOS管S3的漏极、MOS管S5的漏极连接；直流电源的负极分别和MOS管S4的源极、MOS管S6的源极、MOS管S2的源极连接；MOS管S1的源极、MOS管S4的漏极和无刷直流电机三相定子绕组中的A相连接，MOS管S1的源极和MOS管S4的漏极连接；MOS管S3的源极、MOS管S6的漏极和无刷直流电机三相定子绕组中的B相连接，MOS管S3的源极和MOS管S6的漏极连接；MOS管S5的源极、MOS管S2的漏极和无刷直流电机三相定子绕组中的C相连接，MOS管S5的源极和MOS管S2的漏极连接。
本发明的进一步改进，控制器包括接口P1、接口P2、接口P3、接口P4、接口P5、接口P6、接口P7、接口P8、接口P9、接口P10、接口P11、接口P12；MOS管S1的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P1连接，MOS管S1的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P7连接；MOS管S2的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P2连接，MOS管S2的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P12连接；MOS管S3的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P3连接，MOS管S3的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P9连接；MOS管S4的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P4连接，MOS管S4的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P8连接；MOS管S5的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P5连接，MOS管S5的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P11连接；MOS管S6的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P6连接，MOS管S6的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P10连接。
本发明还披露了一种无刷直流电机三段转速指示装置的指示方法，包括如下步骤：步骤1：确定此无刷直流电机的PWM周期；步骤2：当无刷直流电机工作在低速状态时，确定此状态下PWM的有效时间，并且以6个电气周期为一组，在第1个电气周期的无效时间内，发送一个脉冲，让电机振动，发出一个声音“嘀”；步骤3：当无刷直流电机工作在中速状态时，确定此状态下PWM的有效时间，并且以6个电气周期为一组，在第1个和第2个电气周期的无效时间内，各发送一个脉冲，让电机振动，发出两个声音“嘀嘀”；步骤4：当无刷直流电机工作在高速状态时，确定此状态下PWM的有效时间，并且以6个电气周期为一组，在第1个、第2个和第3个电气周期的无效时间内，各发送一个脉冲，让电机振动，发出三个声音“嘀嘀嘀”；其中，上述步骤2、步骤3、步骤4中发送的脉冲的位置设在电气周期中无效时间的20%~80%之间，经过试验检测得到，在这个区间内不会让脉冲对PWM有效时间造成影响。在一个电气周期内计算所给脉冲发送时间t的具体公式如下：。其中，“α”是电气周期的有效时间；“c”是20%~80%之间的百分比；“T”是电气周期；“β”是PWM占空比。
本发明的进一步改进，步骤2、步骤3、步骤4中产生的声音，在不同转速的条件下，产生声音“嘀”的个数不同，起到了转速指示的作用，另外由于在不同转速下触发脉冲的个数不同，在无刷直流电机恒定磁场力作用条件下，脉冲频率的不同，使得脉冲对无刷直流电机转子的作用力影响也不同，且随着脉冲个数的增加，脉冲频率升高，电机转子由于振动产生的声音的音调越高。
本发的有益效果：1、本发明在不使用额外转速检测装置的情况下，仅利用控制器不同的IO接口发出PWM和脉冲，让电机在正常运转时振动发音，用很简单的方法实现了转速指示的效果；2、通过利用PWM无效时间发送不同频率的脉冲，改变在高速、中速、低速下电机因振动而产生声音的音调和发出声音的不同，实现了电机转速指示的作用。
附图说明
图1为本发明无刷直流电机转速指示装置的电路原理图。
图2为本发明无刷直流电机转速指示装置的指示方法流程图。
图3为本发明无刷直流电机转速指示装置低速情况下所发脉冲的示意图。
图4为本发明无刷直流电机转速指示装置中速情况下所发脉冲的示意图。
图5为本发明无刷直流电机转速指示装置高速情况下所发脉冲的示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例：如图1所示，一种无刷直流电机转速指示装置，包括驱动模块、无刷直流电机的三相定子绕组、控制器和光耦隔离模块，其中：驱动模块与无刷直流电机的三相定子绕组连接，用于驱动电机旋转、振动；光耦隔离模块和控制器相连，用于防止PWM信号和脉冲信号互相干扰；控制器的IO接口P1-P6通过光耦隔离模块分别和驱动模块的6个栅极输入相连，用于发送PWM给6个MOS管的栅极，让电机正常转动；控制器的IO接口P7-P12通过光耦隔离模块和驱动模块的6个栅极输入相连，在PWM无效时间内发送脉冲，改变电机转子瞬时的受力情况，用于电机振动发音。
在本实施例中，驱动模块包括直流电源VDC、MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、MOS管S4、MOS管S5、MOS管S6；直流电源VDC的正极分别与MOS管S1的漏极、MOS管S3的漏极、MOS管S5的漏极连接；直流电源的负极分别和MOS管S4的源极、MOS管S6的源极、MOS管S2的源极连接；MOS管S1的源极、MOS管S4的漏极和无刷直流电机三相定子绕组中的A相连接，MOS管S1的源极和MOS管S4的漏极连接；MOS管S3的源极、MOS管S6的漏极和无刷直流电机三相定子绕组中的B相连接，MOS管S3的源极和MOS管S6的漏极连接；MOS管S5的源极、MOS管S2的漏极和无刷直流电机三相定子绕组中的C相连接，MOS管S5的源极和MOS管S2的漏极连接；控制器包括接口P1、接口P2、接口P3、接口P4、接口P5、接口P6、接口P7、接口P8、接口P9、接口P10、接口P11、接口P12；MOS管S1的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P1连接，MOS管S1的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P7连接；MOS管S2的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P2连接，MOS管S2的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P12连接；MOS管S3的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P3连接，MOS管S3的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P9连接；MOS管S4的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P4连接，MOS管S4的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P8连接；MOS管S5的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P5连接，MOS管S5的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P11连接；MOS管S6的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P6连接，MOS管S6的栅极通过光耦隔离模块和控制器的接口P10连接。
如图2所示，一种无刷直流电机三段转速指示装置的指示方法，以电机正常工作时导通MOS管S1、S6为例介绍具体操作步骤：步骤A1：确定此无刷直流电机的PWM周期；
步骤A2：当无刷直流电机工作在低速状态时，确定此状态下PWM的有效时间，并且以6个电气周期为一组，在MOS管S1和S6导通时第一个电气周期无效时间内，发送一个脉冲，让电机振动，发出一个声音“嘀”；步骤A3：当无刷直流电机工作在中速状态时，确定此状态下PWM的有效时间，并且以6个电气周期为一组，在MOS管S1和S6导通时第一个和第二个电气周期无效时间内，各发送一个脉冲，让电机振动，发出两个声音“嘀嘀”；步骤A4：当无刷直流电机工作在高速状态时，确定此状态下PWM的有效时间，并且以6个电气周期为一组，在MOS管S1和S6导通时第一个、第二个、第三个电气周期无效时间内，各发送一个脉冲，让电机振动，发出三个声音“嘀嘀嘀”。
可选的，步骤A2、步骤A3、步骤A4中发送的脉冲，发送脉冲的位置设在电气周期中无效时间的20%~80%之间，经过试验检测得到，在这个区间内不会让脉冲对PWM有效时间造成影响。在一个电气周期内计算所给脉冲发送时间t的具体公式如下：。其中，“α”是电气周期的有效时间；“c”是20%~80%之间的百分比；“T”是电气周期；“β”是PWM占空比。
可选的，步骤A2、步骤A3、步骤A4中产生的声音，在不同转速的条件下，产生声音“嘀”的个数不同，起到了转速指示的作用，另外由于在不同转速下触发脉冲的个数不同，在无刷直流电机恒定磁场力作用条件下，脉冲频率的不同，使得脉冲对无刷直流电机转子的作用力影响也不同，且随着脉冲个数的增加，脉冲频率升高，电机转子由于振动产生的声音的音调越高。
如图3所示，是具体实施例的无刷直流电机转速指示装置低速情况下所发脉冲的示意图。在低转速运行条件下，PWM周期为0.1ms无刷直流电机的占空比为0.2，此时对应的PWM无效时间为0.08ms，选择此时脉冲在无效时间的50%的位置处发送，根据公式计算，可得在0.06ms处通过接口P7发送脉冲。由于电机运行时导通MOS管，会产生一个恒定的磁场力，此时由于发送一个脉冲，改变此刻无刷直流电机转子的受力情况，使得电机在相对于初始位置发生振动，继而发出一个声音“嘀”。
如图4所示，是具体实施例的无刷直流电机转速指示装置中速情况下所发脉冲的示意图。在中速运行条件下，PWM周期为0.1ms无刷直流电机的占空比为0.5，此时对应的PWM无效时间为0.05ms，选择此时脉冲在无效时间的50%的位置处发送。根据公式计算，可得在0.075ms处通过接口P7发送一个脉冲，同时要在第二个电气周期同样的位置发送一个脉冲，因此需要在0.075ms后增加一个周期的时间，即在0.175ms处通过接口P7发送一个脉冲。由于电机运行时导通MOS管，会产生一个恒定的磁场力，此时由于发送两个脉冲，改变此刻无刷直流电机转子的受力情况，使得电机在相对于初始位置发生振动，继而发出两个声音“嘀嘀”。另外由于发两个脉冲，和低速情况下发送一个脉冲相比，发送脉冲的频率升高，因此使无刷直流电机振动频率也发生改变，且振动时产生的音调升高。
如图5所示，是具体实施例的无刷直流电机转速指示装置高速情况下所发脉冲的示意图。在高速运行条件下，PWM周期为0.1ms无刷直流电机的占空比为0.8，此时对应的PWM无效时间为0.02ms，选择此时脉冲在无效时间的50%的位置处发送。根据公式计算，可得在0.09ms处通过接口P7发送一个脉冲，同时要在第二个和第三个电气周期同样的位置发送一个脉冲，因此需要分别在0.09ms后增加一个周期的时间和增加两个周期的时间，在0.19ms和0.29ms处分别通过接口P7发送一个脉冲。由于电机运行时导通MOS管，会产生一个恒定的磁场力，此时由于发送三个脉冲，改变此刻无刷直流电机转子的受力情况，使得电机在相对于初始位置发生振动，继而发出三个声音“嘀嘀嘀”。另外由于发三个脉冲，和中速情况下发送两个脉冲相比，发送脉冲的频率升高更多，因此使无刷直流电机振动频率也发生改变，且振动时产生的音调升高也更多。
因此，在PWM有效时间内电机受到磁场力旋转，在PWM无效时间内发送脉冲，会在瞬间改变电机转子的受力情况，使得转子在相对于初始位置振动，产生声音。同时在低速情况下，发送一个脉冲，使得电机振动发出一个声音“嘀”；在中速情况下，发送两个脉冲，使得电机振动发出两个声音“嘀嘀”；在高速情况下，发送三个脉冲，使得电机振动发出三个声音“嘀嘀嘀”。这样可以通过发出声音的不同，起到低速、中速、高速三段转速的指示。同时，由于发送脉冲个数不同，使得脉冲频率改变，电机因振动发出的音调也不一样，也起到了电机三段转速指示的效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种无刷直流电机三段转速指示装置，其特征在于，包括驱动模块、无刷直流电机的三相定子绕组、控制器和光耦隔离模块，其中：所述驱动模块与所述无刷直流电机的三相定子绕组连接，用于驱动电机旋转、振动；所述光耦隔离模块和所述控制器相连，用于防止PWM信号和脉冲信号互相干扰；所述控制器的IO接口P1-P6通过所述光耦隔离模块分别和所述驱动模块的6个栅极输入相连，用于发送PWM给6个MOS管的栅极，让电机正常转动；所述控制器的IO接口P7-P12通过所述光耦隔离模块和所述驱动模块的6个栅极输入相连，在PWM无效时间内发送脉冲，改变电机转子瞬时的受力情况，用于电机振动发音。
2.如权利要求1所述的无刷直流电机三段转速指示装置，其特征在于，所述驱动模块包括直流电源VDC、MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、MOS管S4、MOS管S5、MOS管S6；所述直流电源VDC的正极分别与MOS管S1的漏极、MOS管S3的漏极、MOS管S5的漏极连接；所述直流电源的负极分别和所述MOS管S4的源极、MOS管S6的源极、MOS管S2的源极连接；所述MOS管S1的源极、所述MOS管S4的漏极和所述无刷直流电机三相定子绕组中的A相连接，所述MOS管S1的源极和所述MOS管S4的漏极连接；所述MOS管S3的源极、所述MOS管S6的漏极和所述无刷直流电机三相定子绕组中的B相连接，所述MOS管S3的源极和所述MOS管S6的漏极连接；所述MOS管S5的源极、所述MOS管S2的漏极和所述无刷直流电机三相定子绕组中的C相连接，所述MOS管S5的源极和所述MOS管S2的漏极连接。
3.如权利要求2所述的无刷直流电机三段转速指示装置，其特征在于，所述控制器包括接口P1、接口P2、接口P3、接口P4、接口P5、接口P6、接口P7、接口P8、接口P9、接口P10、接口P11、接口P12；所述MOS管S1的栅极通过所述光耦隔离模块和所述控制器的接口P1连接，所述MOS管S1的栅极通过所述光耦隔离模块和所述控制器的接口P7连接；所述MOS管S2的栅极通过所述光耦隔离模块和所述控制器的接口P2连接，所述MOS管S2的栅极通过所述光耦隔离模块和所述控制器的接口P12连接；所述MOS管S3的栅极通过所述光耦隔离模块和所述控制器的接口P3连接，所述MOS管S3的栅极通过所述光耦隔离模块和所述控制器的接口P9连接；所述MOS管S4的栅极通过所述光耦隔离模块和所述控制器的接口P4连接，所述MOS管S4的栅极通过所述光耦隔离模块和所述控制器的接口P8连接；所述MOS管S5的栅极通过所述光耦隔离模块和所述控制器的接口P5连接，所述MOS管S5的栅极通过所述光耦隔离模块和所述控制器的接口P11连接；所述MOS管S6的栅极通过所述光耦隔离模块和所述控制器的接口P6连接，所述MOS管S6的栅极通过所述光耦隔离模块和所述控制器的接口P10连接。
4.一种无刷直流电机三段转速指示方法，使用如权利要求3所述无刷直流电机三段转速指示装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：确定此无刷直流电机的PWM周期；步骤二：当无刷直流电机工作在低速状态时，确定此状态下PWM的有效时间，并且以6个电气周期为一组，在第1个电气周期的无效时间内，发送一个脉冲，让电机振动，发出一个声音“嘀”；步骤三：当无刷直流电机工作在中速状态时，确定此状态下PWM的有效时间，并且以6个电气周期为一组，在第1个和第2个电气周期的无效时间内，各发送一个脉冲，让电机振动，发出两个声音“嘀嘀”；步骤四：当无刷直流电机工作在高速状态时，确定此状态下PWM的有效时间，并且以6个电气周期为一组，在第1个、第2个和第3个电气周期的无效时间内，各发送一个脉冲，让电机振动，发出三个声音“嘀嘀嘀”；其中，步骤二、步骤三和步骤四中，发送脉冲的位置设在电气周期中无效时间的20%~80%之间，在一个电气周期内计算所给脉冲发送时间t的具体公式如下：；其中，“α”是电气周期的有效时间；“c”是20%~80%之间的百分比；“T”是电气周期；“β”是PWM占空比。
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