CN201515214U - 电机热保护装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于电机的热保护装置，该电机由从控制器输出的PWM信号进行驱动，该控制器具有用于接收控制信号的第一端子以及用于输出PWM信号的第二端子，当控制信号从第一端子断开时，控制器停止在第二端子上输出PWM信号，所述热保护装置的特征在于包含：过热检测模块，其包含被附着到温度测量点的温度传感器，并基于由温度传感器检测到的温度将过热检测结果信号输出到开关元件；开关元件，其被耦合到控制器的第一端子，并接收来自过热检测模块的过热检测结果信号，以便有选择地将控制信号连接到第一端子或从第一端子断开。
Description
技术领域
本实用新型一般涉及用于电机的热保护装置，具体而言，涉及用于具有控制器的电机的热保护装置。
背景技术
在直流无刷电机和永磁同步电机中，常常使用电子控制器对功率器件的基极驱动电路进行驱动，进而驱动电机运行。电机在运行过程中时常发生短路、过载、堵转、起动时间过长等故障，从而导致定子绕组的温度升高，如果温度超过极限值，将会缩短电动机的使用寿命，甚至产生电动机烧毁的危险。同时，在通风不良、环境温度过高等某些严酷工作条件下连续运行也会导致电子控制器及功率器件的过热乃至损坏。许多低成本的电机用电子控制器不具备用于接收过热保护动作信号的对应管脚以及相应的过热保护功能，在电机、控制器或功率器件过热时，不能关闭控制器本身或关闭对功率器件进行驱动的相关信号，因此，在已经发生过热的情况下，电机不能自动关闭而是照常运行下去，最终导致电机、控制器或功率器件的损坏。
为解决上述问题，现有技术中已经提出了这样的电机用电子控制器：其采用电机驱动专用芯片或MPU/MCU(Micro Processor Unit/MicroController Unit：微处理器单元/微控制器单元)的形式，该专用芯片具有专门的过热保护功能以及专用的过热保护信号输入管脚，该MPU/MCU具有专用的过热保护信号输入管脚或能够接收过热保护信号的中断管脚，同时，集成相应的针对控制器、功率器件、电机绕组的过热检测电路，当过热检测电路检测到温度超过某设定的点时，生成一控制信号并输入到专用芯片或MPU/MCU的用于接收保护信号的专用管脚或中断管脚，关闭控制器或关闭相关驱动信号，从而关闭电机，保证控制器、功率器件和电机不至于因温度过高而导致损坏。
图1中的框图原理性地示出了现有技术中的一种热保护技术方案，其将电机驱动专用芯片用作主控制器。由于该电机驱动专用芯片具有专门的芯片或电机驱动信号关断模块以及对应的管脚，故存在芯片封装体积大、管脚数量多、成本高等缺点，不利于控制器本身乃至电机的紧凑化。
图2中的框图原理性地示出了现有技术中的另一种热保护技术方案，其将MPU/MCU用作主控制器。由于采用专用管脚或中断管脚来接收过热保护信号的MPU/MCU需要编制专用的程序来驱动，带来了开发成本的增大。另外，该方案同样存在封装体积大、管脚数量多的缺点。
由此可见，电机的热保护技术存在改进的空间。
实用新型内容
开发本实用新型以克服上面提到的缺点。本实用新型提供了一种体积小、成本低、易于实现的电机热保护装置，有助于控制器以及电机的小型化。
在一个实施形态中，本实用新型提供了一种用于电机的热保护装置，该电机由从控制器输出的PWM信号进行驱动，该控制器具有用于接收控制信号的第一端子以及用于输出PWM信号的第二端子，当控制信号从第一端子断开时，控制器停止在第二端子上输出PWM信号，所述热保护装置的特征在于包含：过热检测模块，其包含被附着到温度测量点的温度传感器，并基于由温度传感器检测到的温度输出过热检测结果信号；开关元件，其被耦合到控制器的第一端子，并接收来自过热检测模块的过热检测结果信号，以便有选择地将控制信号连接到第一端子或从第一端子断开。
优选为，控制器为电机驱动专用芯片，控制信号选自转矩/速度控制信号、工作用振荡器发振控制信号、载波频率控制信号。
优选为，控制器为微处理器/微控制器单元，控制信号为转矩/速度控制信号。
优选为，开关元件具有第一接线端、第二接线端以及控制接线端，控制信号连接到开关元件的第一接线端，控制器的第一端子连接到开关元件的第二接线端，过热检测结果信号连接到开关元件的控制接线端。
进一步优选的是，电容器连接在开关元件的第二接线端与地之间。更为优选的是，控制信号经由电阻器连接到开关元件的第一接线端。
进一步优选的是，控制器的第一端子经由电阻器连接到开关元件的第二接线端，且电容器连接在控制器的第一端子与地之间。
优选为，开关元件具有第一接线端、第二接线端以及控制接线端，控制信号连接到开关元件的第一接线端，控制器的第一端子也连接到开关元件的第一接线端，开关元件的第二接线端连接到地，过热检测结果信号连接到开关元件的控制接线端。
进一步优选的是，电容器连接在开关元件的第一接线端与地之间。更为优选的是，控制信号经由电阻器连接到开关元件的第一接线端，
优选为，温度测量点被设置在控制器的发热元件、电机定子绕组、电机定子铁心、电机外壳和/或散热器上。
结合附图，通过阅读对本实用新型的优选实施例的详细介绍，可以明了本实用新型的上述以及其他目的和优点。
附图说明
附图并入说明书并构成说明书的一部分，在附图中：
图1原理性地示出了根据现有技术的一种热保护方案的框图；
图2原理性地示出了根据现有技术的另一种热保护方案的框图；
图3原理性地示出了根据本实用新型一实施例的过热检测模块的框图；
图4原理性地示出了根据本实用新型一实施例将过热检测结果信号耦合到控制器控制输入的方式；
图5原理性地示出了根据本实用新型另一实施例将过热检测结果信号耦合到控制器控制输入的方式；
图6原理性地示出了根据本实用新型另一实施例将过热检测结果信号耦合到控制器控制输入的方式；
图7原理性地示出了根据本实用新型另一实施例将过热检测结果信号耦合到控制器控制输入的方式；
图8原理性地示出了根据图5的热保护装置的一种变型。
具体实施方式
结合附图，下面将详细说明本实用新型的具体实施例。除非本文中明确地另有说明，否则，这里所使用的“一”、“一个”、“该”、“所述”等表述也将一个以上数量的所指对象的情况包括在内。“部件被‘连接’在一起”的表述意味着这些部件被直接连接在一起或通过一个或一个以上的中间部件连接在一起。“一部件与另一部件连接”或“一部件被连接到另一部件”的表述意味着这些部件直接连接在一起或通过一个或一个以上的中间部件连接在一起。
在本实用新型所提出的改进的电机热保护装置中，将不具备专门的过热保护功能的、普通的电机专用控制芯片或MPU/MCU用作电机驱动用电子控制器，由于这类控制芯片或MPU/MCU不具备用于接收过热保护信号的专用过热保护信号输入管脚或中断管脚，根据本实用新型，用过热检测模块所输出的信号控制耦合到控制器的转矩/速度控制信号输入管脚的开关的开通/关断，从而对转矩/速度控制信号到该管脚的接入/断开进行相应的控制。
图3示出了根据本实用新型一实施例的过热检测模块的框图。如图所示，比较器OA1构成过热检测模块的核心，其对同相输入端(+)和反相输入端(-)上的电位进行比较，并将比较结果输出为过热检测结果信号。电阻器R33与R35构成的分压网络为比较器OA1提供基准电压，热敏电阻Rt上的电压降为比较器OA1的比较电压。由于热敏电阻的阻值随环境温度变化而变化，从而引起比较电压随温度的变化。在温度低于预定的阈值时，比较器输出的过热检测结果信号保持为低电平，随着温度上升超过预定的阈值，比较器输出电平翻转为高电平，由之致动过热保护动作。随着过热保护措施的进行，当温度下降到低于预定的阈值时，比较器输出重新变为低电平，由之重新启动电机的运行。
温度传感器可以被附着到例如控制器、功率器件、电机定子绕组、电机定子铁心等发热元件或设置在发热元件的近旁，当借助电机外壳或散热器进行散热时，温度传感器也可被附着在电机外壳或散热器上。在图3所示的实施例中，将热敏电阻Rt用作温度传感器，并由比较器OA1产生过热检测结果信号，然而，在不脱离本实用新型的范围的情况下，本领域技术人员可以想到过热检测模块的多种替代实施方式。
如上面所提到的，过热检测结果信号对被耦合到电机用控制器的控制输入的开关进行控制，在检测到过热时，将转矩/速度控制信号从控制器的控制输入断开，使控制器停止输出驱动电机运行的PWM信号，反之，在没有检测到过热时，将转矩/速度控制信号连接到控制器的控制输入，控制器输出PWM信号，驱动电机运行。
图4示出了根据本实用新型一实施例将过热检测结果信号耦合到控制器控制输入的方式。当过热检测模块检测为温度过高时，在过热检测结果信号的控制下，晶体管SW41开通，将控制器的控制输入端口的电平拉低，即中断转矩/速度控制信号向控制器的输入，从而使控制器停止输出PWM信号，由此停止电机的运行。当过热检测模块检测为温度恢复到低于预定阈值时，在过热检测结果信号的控制下，晶体管SW41关断，恢复转矩/速度控制信号向控制器的输入，使电机恢复运行。
对于电机用电子控制器由电机驱动专用芯片构建的情况，过热检测结果信号也可被耦合到芯片工作用的振荡器发振/载波频率控制管脚，以便有选择地控制芯片的工作状态，从而根据温度检测结果停止/启动电机运行，保护控制器、功率器件、电机不会因过热而损坏。
特别指出的是，在图4所示的连接图中，转矩/速度控制信号借助由电阻器R41、电容器C41等构成的电阻-电容网络与开关元件SW41以及控制器的控制输入相耦合。当被检测温度从保护动作点下降到重新启动点时，由于存在对电容器C41进行充电的过程，电机转矩/速度控制信号逐渐上升到设定值，电机启动过程为软启动过程，这样做带来的好处在于电机启动电流小，对电源的冲击也小。
在不脱离本实用新型的范围的情况下，本领域技术人员可对上述方案的细节进行多种修改、替代和变型。例如，图5示出了将过热检测结果信号耦合到控制器控制输入的另一方式。在图5所示的连接方式中，基于来自过热检测模块的过热检测结果信号，晶体管SW51被相应地开通/关断，使得转矩/速度控制信号得以输入到控制器的控制输入/从控制器的控制输入断开。图5所示的热保护装置同样包含用于实现软启动的电阻-电容网络，但在实际应用中，可以想到，电阻器、电容器中的任意一个或二者可以设置在除热保护装置以外的其它装置/电路/模块中，例如设置在产生被输入到控制器控制输入的控制信号的电路中。图8示出了图5中的热保护装置的一种变型，其中，虚线框内的元件与热保护装置分立，该变型同样能实现软启动功能。
本领域技术人员将会明了，除晶体管以外，在过热检测结果信号控制下进行开通/关断的开关器件可以采用多种其它形式，图6、7示出了其中的两个实例，并且，图6、7的电路连接方式均具有软启动功能，尽管电阻器布置的位置不同。
由于根据本实用新型的电机用控制器可以采用不具有专用保护功能、专用保护管脚的电机驱动专用芯片或MPU/MCU，控制器的管脚数量少、体积小、成本低，有利于电子控制器及电机的小型化。特别地，对于采用MPU/MCU构建电机控制器的方式，相较于已有方案，本方案不需要额外的软件开销，缩短了开发周期，降低了开发投入。
上文对本实用新型各实施方式的具体介绍仅仅是说明性和示例性的，而不是限制性的。在不脱离本实用新型的一般设计构思的情况下，可对上面介绍的具体实施例进行多种修改和替代。例如，可能存在两个或两个以上进行过热检测的温度测量点。容易想到，可为这些温度测量点设置相应的过热检测模块，并视具体情况对由过热检测结果信号控制的相应的开关器件进行并联(对于图4)或串联(对于图5)。或者，在一种更为简捷高效的实现方式中，可以用对两个以上温度检测点进行过热检测的两个以上的热敏电阻的串联连接代替图3中的一个热敏电阻Rt。因此，这里所公开的特定布置不对本实用新型的范围进行限制，本实用新型的范围由所附权利要求及其任何以及全部等价内容的全部广度给出。
Claims (11)
1.一种用于电机的热保护装置，该电机由从控制器输出的PWM信号进行驱动，该控制器具有用于接收控制信号的第一端子以及用于输出PWM信号的第二端子，当控制信号从第一端子断开时，控制器停止在第二端子上输出PWM信号，
所述热保护装置的特征在于包含：
过热检测模块，其包含被附着到温度测量点的温度传感器，并基于由温度传感器检测到的温度输出过热检测结果信号；
开关元件，其被耦合到控制器的第一端子，并接收来自过热检测模块的过热检测结果信号，以便有选择地将控制信号连接到第一端子或从第一端子断开。
2.根据权利要求1的热保护装置，其中，控制器为电机驱动专用芯片，控制信号选自转矩/速度控制信号、工作用振荡器发振控制信号、载波频率控制信号。
3.根据权利要求1的热保护装置，其中，控制器为微处理器/微控制器单元，控制信号为转矩/速度控制信号。
4.根据权利要求1的热保护装置，其中，开关元件具有第一接线端、第二接线端以及控制接线端，控制信号连接到开关元件的第一接线端，控制器的第一端子连接到开关元件的第二接线端，过热检测结果信号连接到开关元件的控制接线端。
5.根据权利要求4的热保护装置，其中，电容器连接在开关元件的第二接线端与地之间。
6.根据权利要求4或5的热保护装置，其中，控制信号经由电阻器连接到开关元件的第一接线端。
7.根据权利要求4的热保护装置，其中，控制器的第一端子经由电阻器连接到开关元件的第二接线端，且电容器连接在控制器的第一端子与地之间。
8.根据权利要求1的热保护装置，其中，开关元件具有第一接线端、第二接线端以及控制接线端，控制信号连接到开关元件的第一接线端，控制器的第一端子也连接到开关元件的第一接线端，开关元件的第二接线端连接到地，过热检测结果信号连接到开关元件的控制接线端。
9.根据权利要求8的热保护装置，其中，电容器连接在开关元件的第一接线端与地之间。
10.根据权利要求8或9的热保护装置，其中，控制信号经由电阻器连接到开关元件的第一接线端。
11.根据权利要求1的热保护装置，其中，温度测量点被设置在控制器的发热元件、电机定子绕组、电机定子铁心、电机外壳和/或散热器上。
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