CN207530525U - 高转速直流无刷电机的升速保护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高转速直流无刷电机的升速保护装置，包括，数据采集模块，实时采集高转速直流无刷电机的电流及电压信号，转子偏幅以及实时转速；数据对比模块，将数据信号与设定数据进行对比，获得实时采集的数据与设定数据的差值；切断模块，根据获得的差值判断是否切断或者停止增大高转速直流无刷电机的控制系统的电流。本实用新型改变原有的人为手动保护变为自动保护电机升速过程的方法，通过数据采集，数据对比以及根据数据适时判断是否应该切断直流无刷电机的控制系统的电源，采用多级台阶式升速控制，保证安全稳定的前提下持续多阶段升速，实现高速甚至超高速的使用要求，使电机升速过程的可靠性大幅增加。
Description
技术领域
本实用新型涉及直流电机控制技术领域，特别是涉及一种高转速直流无刷电机的升速保护装置及控速方法。
背景技术
高转速直流无刷电机的转速在数千转甚至一万转每分钟以上，高转速直流无刷电机的转子由静止状态启动、提高转速以及稳定运行过程中，均需要引入电机控制系统对其运转进行全程控制，能提高其运行效率，减小误操作带来的风险，现有的控制系统无法高转速下对直流无刷电机进行精确控制。
尤其是在高转速直流无刷电机在升速过程中，为保证稳定升速，常规的升速方式是由手动调节升速过程，容易引入人为误差，操作失误，导致电机定子与转子碰撞失效，造成巨大损失。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种高转速直流无刷电机的升速保护装置及控速方法。
为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：
一种高转速直流无刷电机的升速保护装置，包括，
数据采集模块，实时采集高转速直流无刷电机的电流及电压信号，转子偏幅以及实时转速；
数据对比模块，将数据信号与设定数据进行对比，获得实时采集的数据与设定数据的差值；
切断模块，根据获得的差值判断是否切断或者停止增大高转速直流无刷电机的控制系统的电流。
数据对比模块包括加法器和比较器。
数据对比模块为专用芯片MC33039或DSP数字信号处理芯片。
高转速直流无刷电机包括圆环形电路板，设置在电路板上的整流模块、控制器和逆变模块以及均布在所述的电路板上的3个霍尔传感器，所述的电路板与直流无刷电机的定子固定连接且中心的穿孔与所述的直流无刷电机的转子相匹配，所述的定子、转子以及电路板同轴设置，所述的霍尔传感器与所述的控制器通讯连接以计算所述的实时转速。
所述的三个霍尔传感器呈120度均匀分布在电路板上，与转子零度对应的霍尔传感器偏离所述的转子的零度。
其中一个霍尔传感器相对所述的转子的零度左偏0-7°。
所述的穿孔的内径与转子的外径大2-8mm。
还包括与所述的控制器通讯连接的过流保护模块和过压保护模块。
切断模块为专用芯片MC33035。
所述的高转速直流无刷电机的转子为双层柱状结构，其设置有内外两层磁铁。
一种保护装置的控速方法，包括以下步骤，
1)电机启动，持续增大电流电机升速，
2)实时检测转子偏幅和实时转速，当数据信号超出预定值后，停止增大电流并按设定幅度逐步减小电流，
3)数据信号不大于预定值后，停止减小电流并在该电流下稳定预定时间，
4)继续增大电流；
5)持续步骤2)-4)直至升至预定转速。
所述的设定幅度为每秒钟减少0.01A，所述的预定时间为3-10s。
停机时还包括按设定幅度逐步减小电流以减速或切断步骤。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型可以采用价格低廉、技术成熟的高速数字信号处理芯片和各种分立电子元件，使之成为能够控制高转速直流无刷电机的升速过程的保护装置，提高了高转速直流无刷电机升速过程的可靠性及经济性。
附图说明
图1所示为本实用新型的高转速直流无刷电机控制系统的结构示意图。
图2所示为高转速直流无刷电机的升速保护装置的示意图。
附图标记说明：
1、电源；2、整流模块；3、控制器；4、逆变模块；5、直流无刷电机；6、霍尔传感器A；7、霍尔传感器B；8、霍尔传感器C；9、过流保护模块；10、欠压保护模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型的高转速直流无刷电机的升速保护装置，包括，
数据采集模块，实时采集高转速直流无刷电机的电流及电压信号，转子偏幅以及实时转速；其中，电流、电压和转子偏幅可利用专用芯片等来实现检测，其与现有技术类似，在此不再展开描述；
数据对比模块，将数据信号与设定数据进行对比，获得实时采集的数据与设定数据的差值；所述的设定数据为安全范围，如，电流安全范围、偏幅安全范围等；数据对比模块包括加法器和比较器。数据对比模块经由加法器和比较器，将数据信号与设定数据进行对比，获得实时采集的数据与设定数据的差值；也可采用数据对比模块为专用芯片MC33039或DSP数字信号处理芯片。此与现有技术类似。
切断模块，根据获得的差值判断是否切断或者停止增大高转速直流无刷电机的控制系统的电流。如切断模块可采用专用芯片MC33035。
本实用新型实时持续监测电流、电压和转速，用以监控整个升速过程，通过多状态采集，冗余的监控策略，有效保证升速稳定，同时利用电流和电压可实现直观式观测界面，如果升速转速出现突变故障，则数据对比模块中数据信号会超出设定数据，即设定范围，然后通过继电器或者控制信号进行电流的控制，电流的控制可根据设定进行电流的截止、停止增长、减缓增长或者稳步减小等。该装置满足集成度高、经济性好、同时设计合理，可以实现在升速过程中为高转速直流无刷电机提供升速保护，防止异常状态对电机本体的损害。
本实用新型可以采用价格低廉、技术成熟的高速数字信号处理芯片和各种分立电子元件，使之成为能够控制高转速直流无刷电机的升速过程的保护装置，提高了高转速直流无刷电机升速过程的可靠性及经济性。
具体地，本实用新型的高转速直流无刷电机控制系统包括圆环形电路板，设置在电路板上的整流模块2、控制器3和逆变模块4以及均布在所述的电路板上的3个霍尔传感器6、7、8，所述的电路板与直流无刷电机5的定子固定连接且中心的穿孔与所述的直流无刷电机的转子相匹配，所述的定子、转子以及电路板同轴设置，所述的霍尔传感器与所述的控制器通讯连接以计算所述的实时转速。所述的高转速直流无刷电机的转速在8000转/分钟以上，甚至是超高速直流无刷电机，其转速甚至在10000转/分钟以上。
本实用新型中电源1通过整流模块与控制器连接，控制器通过逆变模块与直流无刷电机相连接，且在控制器与直流无刷电机之间并行连接有三个霍尔传感器，霍尔传感器采集直流无刷电机当前的位置信号，并反馈给控制器。通过三个霍尔传感器不同的触发状态即可获知转子的实际位置即实时转速。
具体地，所述的三个霍尔传感器呈120度均匀分布在电路板上，与转子零度对应的霍尔传感器偏离所述的转子的零度，其中一个霍尔传感器相对所述的转子的零度左偏0-7°如5°。采用霍尔传感器偏离零度的设置，有效避开转子死区，便于启动，保持系统运转均匀，避免失稳。
其中，所述的穿孔的内径与转子的外径大2-8mm，采用小间隙设置，利用支架等对其稳固支撑定位，小间隙保证各霍尔传感器感测稳定有效。
进一步地，还包括与所述的控制器通讯连接的过流保护模块9。过流保护模块可采用市售芯片，过流保护模块可在控制器中的实际电流超过额定值时，过流保护模块可切断系统电流，使系统停止工作。
还包括与所述的控制器通讯连接的欠压保护模块10。该欠压保护模块欠压保护模块可在控制器中的实际电压低于额定值时，欠压保护模块切断系统电压，使系统停止工作。
所述的控制器包括用以接收所述的霍尔传感器信号并生成位置差值信号给逆变器的数据处理模块，以及用以调整电流大小的电流PWM控制器，优选地，所述的控制器为IPM(Intelligent Power Module)，即智能功率模块，把功率开关器件和驱动电路集成在一起。而且还内部集成有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。
优选地，为提高驱动力，所述的高转速直流无刷电机的转子为双层柱状结构，其设置有内外两层磁铁。采用双层柱状，类似内外两层鼠笼状，设置两层磁极，增强驱动力，而且改善应力分布，提高转子整体强度。
本实用新型的保护装置的控速方法，包括以下步骤，
1)电机启动，持续增大电流电机升速，
2)实时检测转子偏幅和实时转速，当数据信号超出预定值后，停止增大电流并按设定幅度逐步减小电流，
3)数据信号不大于预定值后，停止减小电流并在该电流下稳定预定时间，如，所述的设定幅度为每秒钟减少0.01A，所述的预定时间为3-10s。
4)继续增大电流；
5)持续步骤2)-4)直至升至预定转速。
同时，停机时还包括按设定幅度逐步减小电流以减速或切断步骤。
本实用新型改变原有的人为手动保护变为自动保护电机升速过程的方法，通过数据采集，数据对比以及根据数据适时判断是否应该切断直流无刷电机的控制系统的电源，采用多级台阶式升速控制，保证安全稳定的前提下持续多阶段升速，实现高速甚至超高速的使用要求，使电机升速过程的可靠性大幅增加。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种高转速直流无刷电机的升速保护装置，其特征在于，包括，
数据采集模块，实时采集高转速直流无刷电机的电流及电压信号，转子偏幅以及实时转速；
数据对比模块，将数据信号与设定数据进行对比，获得实时采集的数据与设定数据的差值；
切断模块，根据获得的差值判断是否切断或者停止增大高转速直流无刷电机的控制系统的电流。
2.如权利要求1所述的高转速直流无刷电机的升速保护装置，其特征在于，数据对比模块包括加法器和比较器。
3.如权利要求1所述的高转速直流无刷电机的升速保护装置，其特征在于，数据对比模块为专用芯片MC33039或DSP数字信号处理芯片。
4.如权利要求1所述的高转速直流无刷电机的升速保护装置，其特征在于，高转速直流无刷电机包括圆环形电路板，设置在电路板上的整流模块、控制器和逆变模块以及均布在所述的电路板上的3个霍尔传感器，所述的电路板与直流无刷电机的定子固定连接且中心的穿孔与所述的直流无刷电机的转子相匹配，所述的定子、转子以及电路板同轴设置，所述的霍尔传感器与所述的控制器通讯连接以计算所述的实时转速。
5.如权利要求4所述的高转速直流无刷电机的升速保护装置，其特征在于，所述的三个霍尔传感器呈120度均匀分布在电路板上，与转子零度对应的霍尔传感器偏离所述的转子的零度。
6.如权利要求5所述的高转速直流无刷电机的升速保护装置，其特征在于，其中一个霍尔传感器相对所述的转子的零度左偏0-7°。
7.如权利要求5所述的高转速直流无刷电机的升速保护装置，其特征在于，所述的穿孔的内径与转子的外径大2-8mm。
8.如权利要求5所述的高转速直流无刷电机的升速保护装置，其特征在于，还包括与所述的控制器通讯连接的过流保护模块和过压保护模块。
9.如权利要求1所述的高转速直流无刷电机的升速保护装置，其特征在于，切断模块为专用芯片MC33035。
10.如权利要求1所述的高转速直流无刷电机的升速保护装置，其特征在于，所述的高转速直流无刷电机的转子为双层柱状结构，其设置有内外两层磁铁。
Priority Applications (1)
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| CN201721450238.XU CN207530525U (zh) | 2017-11-03 | 2017-11-03 | 高转速直流无刷电机的升速保护装置 |
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| CN201721450238.XU Active CN207530525U (zh) | 2017-11-03 | 2017-11-03 | 高转速直流无刷电机的升速保护装置 |
Country Status (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107658850A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-02-02 | 核工业理化工程研究院 | 高转速直流无刷电机的升速保护装置及控速方法 |
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2017
- 2017-11-03 CN CN201721450238.XU patent/CN207530525U/zh active Active
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