CN209250531U - 开关磁阻电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种开关磁阻电机控制系统，其包括：电流检测模块、转速检测模块，以及与开关磁阻电机的驱动电路相连的处理器模块，其中所述电流检测模块、转速检测模块适于分别采集所述开关磁阻电机的电流值、转速值，并将电流值、转速值发送至所述处理器模块；以及所述处理器模块适于根据电流值及转速值控制所述开关磁阻电机的工作状态；本实用新型通过对开关磁阻电机的电流值、转速值进行实时采集，以对开关磁阻电机的工作状态进行调节，实现了满足不同负载下开关磁阻电机进行高效工作。

Description

开关磁阻电机控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种控制电路领域，尤其涉及一种开关磁阻电机控制系统。

背景技术

开关磁阻电机是一种结构简单、需要配合驱动器使用的新型电机。该电机可以在较宽的转速领域依然保持着较高的效率，在负载多变工况下具备极大的使用空间。但是该电机在启动阶段电流较大，有着损坏电子元器件的风险。电机在负载小时，转速过高导致噪音大，会影响客户的体验，并且转速高也会影响电池的续航时间；负载过大时，会呈现出软特性和驱动电流大，导致元器件发热、损坏电子元器件，从而影响用户使用需求。

现有的开关磁阻电机常用的启动方法是电流斩波控制，在这种控制下，电流的斩波频率不固定，随着电流误差的变化而变化，并且在启动的瞬间容易产生较大的电流峰值，如果控制不当，有着击穿电子元器件的风险。

因此，亟需开发一种开关磁阻电机控制系统，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种开关磁阻电机控制系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种开关磁阻电机控制系统，其包括：电流检测模块、转速检测模块，以及与开关磁阻电机电性相连的处理器模块，其中所述电流检测模块、转速检测模块适于分别采集所述开关磁阻电机的电流值、转速值，并将电流值、转速值发送至所述处理器模块；以及所述处理器模块适于根据电流值及转速值控制所述开关磁阻电机的工作状态。

进一步，所述转速检测模块包括：位置信号检测传感器；所述处理器模块适于通过所述位置信号检测传感器获取开关磁阻电机的转速值。

进一步，所述电流检测模块包括：电流检测电路；所述电流检测电路的输入端连接所述开关磁阻电机，以获取检测电压，所述检测电压通过若干电阻进行电压偏置后，通过一运算放大器将该检测电压进行放大；以及所述处理器模块通过与所述电流检测电路的输出端相连，以最终获取开关磁阻电机的电流值。

进一步，所述开关磁阻电机控制系统还包括：母线电压监测模块；所述母线电压监测模块包括：母线电压检测电路以及母线电压保护电路；所述母线电压检测电路适于实时检测开关磁阻电机输入端母线电压值，并发送至处理器模块；当母线电压值超过预设值时，所述处理器模块适于控制所述母线电压保护电路进行断路保护。

进一步，所述开关磁阻电机控制系统还包括：过载保护检测模块；所述过载保护检测模块适于实时检测所述开关磁阻电机连接的负载是否堵转或超出设定值，当所述负载堵转，则所述处理器模块适于控制所述开关磁阻电机停止工作；当所述负载超出设定值时，则所述处理器模块控制所述开关磁阻电机进入电流闭环。

进一步，所述处理器模块适于根据电流值及转速值控制所述开关磁阻电机的工作状态，即在负载启动时，根据开关磁阻电机的启动扭矩特性限定开关磁阻电机的启动电流；以及在负载启动后，依据负载大小调节开关磁阻电机的工作状态。

进一步，在负载启动时，即开始实时采集开关磁阻电机的电流值和转速值，若启动负载超出设定值时，则所述处理器模块控制所述开关磁阻电机进入电流闭环；

若启动负载低于设定值时，所述处理器模块控制所述开关磁阻电机进入转速闭环。

进一步，所述开关磁阻电机控制系统还包括电流闭环调节器，

开启所述电流闭环调节器限定启动电流，即

采用增量式PID调节器作为电流闭环调节器，并限定PID返回的增量PWM 占空比值，即将增量PWM占空比值限定在PWM占空比的10％，以使启动电流响应曲线限定在启动电流阈值范围内。

进一步，所述依据负载大小调节开关磁阻电机的工作状态，即负载小，则所述开关磁阻电机进入转速闭环工作状态；以及负载大，则所述开关磁阻电机进入电流闭环工作状态。

进一步，负载小，则所述开关磁阻电机进入转速闭环工作状态，即依据获取的电流值判断是否超出电流闭环工作状态的工作电流阈值，若低于工作电流阈值，则对开关磁阻电机的转速进行调节；以及负载大，则所述开关磁阻电机进入电流闭环工作状态，即依据获取的电流值判断是否超出转速闭环工作状态的电流阈值，若超出该电流阈值，则对开关磁阻电机的工作电流进行调节。

本实用新型的有益效果是，本实用新型通过对开关磁阻电机的电流值、转速值进行实时采集，以对开关磁阻电机的工作状态进行调节，实现了满足不同负载下开关磁阻电机进行高效工作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型开关磁阻电机控制系统的原理框图；

图2是本实用新型电流检测电路的电路图；

图3是本实用新型开关磁阻电机控制系统的工作流程图；

图4是本实用新型开关磁阻电机控制系统的电流响应曲线图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例1

图1是本实用新型开关磁阻电机控制系统的原理框图。

在本实施例中，如图1所示，本实施例提供了一种开关磁阻电机控制系统，其包括：电流检测模块、转速检测模块，以及与开关磁阻电机电性相连的处理器模块，其中所述电流检测模块、转速检测模块适于分别采集所述开关磁阻电机的电流值、转速值，并将电流值、转速值发送至所述处理器模块；以及所述处理器模块适于根据电流值及转速值控制所述开关磁阻电机的工作状态。

本实施例通过对开关磁阻电机的电流值、转速值进行实时采集，以对开关磁阻电机的工作状态进行调节，实现了满足不同负载下开关磁阻电机进行高效工作。

在本实施例中，处理器模块可以采用但不限于是STM32系列单片机。

为了获取开关磁阻电机的转速值，所述转速检测模块包括：位置信号检测传感器；所述处理器模块适于通过所述位置信号检测传感器获取开关磁阻电机的转速值。

为了获取开关磁阻电机的电流值，所述电流检测模块包括：电流检测电路；所述电流检测电路的输入端连接所述开关磁阻电机，以获取检测电压，所述检测电压通过若干电阻进行电压偏置后，通过一运算放大器将该检测电压进行放大；以及所述处理器模块通过与所述电流检测电路的输出端相连，以最终获取开关磁阻电机的电流值。

图2是本实用新型电流检测电路的电路图。

在本实施例中，如图2所示，电流检测电路的输入端(SHUNT端)连接所述开关磁阻电机以获取检测信号，并通过电阻R5、电阻R6、电阻R7进行电压偏置，经一运算放大器将检测信号放大后，通过电流检测电路的输出端(IDC端) 将检测信号传输至处理器模块。

为了进行过压及欠压保护，所述开关磁阻电机控制系统还包括：母线电压监测模块；所述母线电压监测模块包括：母线电压检测电路以及母线电压保护电路；所述母线电压检测电路适于实时检测开关磁阻电机输入端母线电压值，并发送至处理器模块；当母线电压值超过预设值时，所述处理器模块适于控制所述母线电压保护电路进行断路保护。

为了对过载和堵转信号进行检测并维护本系统正常运转，所述开关磁阻电机控制系统还包括：过载保护检测模块；所述过载保护检测模块适于实时检测所述开关磁阻电机连接的负载是否堵转或超出设定值，当所述负载堵转，则所述处理器模块适于控制所述开关磁阻电机停止工作；

当所述负载超出设定值时，则所述处理器模块控制所述开关磁阻电机进入电流闭环。

为了根据负载的大小选择电流闭环还是转速闭环进行工作，所述处理器模块适于根据电流值及转速值控制所述开关磁阻电机的工作状态，即在负载启动时，根据开关磁阻电机的启动扭矩特性限定开关磁阻电机的启动电流；以及在负载启动后，依据负载大小调节开关磁阻电机的工作状态。

具体的，在负载启动时，即开始实时采集开关磁阻电机的电流值和转速值，若大于预设启动电流，则开启电流闭环调节器限定启动电流。

图3是本实用新型开关磁阻电机控制系统的工作流程图。

在本实施例中，如图3所示，转速N1为电流闭环状态切换为转速闭环状态时开关磁阻电机的临界转速值，转速N2为转速闭环工作状态的转速阈值，I1为启动电流，I2为转速闭环状态转为电流闭环状态时开关磁阻电机的临界电流值，且转速N2大于转速N1、I1大于I2；负载启动时，开启电流闭环调节器限定启动电流I1；负载启动后，若采集的开关磁阻电机转速值大于转速N1，则进入转速闭环状态，此时限定转速阈值为N2；当采集的开关磁阻电机电流值即工作电流大于I2时，进入电流闭环状态，此时限定工作电流阈值与启动电流I1相等；I1、I2、N1和N2根据开关磁阻电机特性和负载进行设置。

图4是本实用新型开关磁阻电机控制系统的电流响应曲线图。

具体的，如图4所示，所述开启电流闭环调节器限定启动电流，即采用增量式PID调节器作为电流闭环调节器，并限定PID返回的增量PWM占空比值，即如果增量PWM占空比值大于PWM占空比％10，则将增量PWM占空比值限定在PWM 占空比的10％，以使启动电流响应曲线限定在启动电流阈值范围内，限定目的为了防止PID返回增量PWM占空比值过大，引起瞬间电流值过高，可以使启动电流响应曲线不超过限定启动电流I1的区间，如图4所示。

具体的，所述依据负载大小调节开关磁阻电机的工作状态，即负载小，则所述开关磁阻电机进入转速闭环工作状态；以及负载大，则所述开关磁阻电机进入电流闭环工作状态。

具体的，负载小，工作电流小于I2，则所述开关磁阻电机进入转速闭环工作状态，即依据获取的电流值判断是否超出电流闭环工作状态的工作电流阈值，若超出工作电流阈值，则对开关磁阻电机的转速进行调节；由于负载小，则开关磁阻电机工作电流小，不会引起电子元器件发烫或损坏的情况，并且此时转速处于电机功能性需求范围，即负载小，无需过大的转速，如果使用电池供电，可以延长续航时间。

以及负载大，则所述开关磁阻电机进入电流闭环工作状态，即依据获取的电流值判断是否超出转速闭环工作状态的电流阈值，若超出该电流阈值，则对开关磁阻电机的工作电流进行调节；由于负载大，开关磁阻电机的工作电流会增大，可是如果开关磁阻电机的工作电流过大会增加电子元器件发烫或损坏的可能性，所以必须限制开关磁阻电机的工作电流阈值，该工作电流阈值的选取根据电机的性能和续航时间的平衡点进行选取，这样既保证了有更长的续航时间，又可以保证电机在高效率的范围内运转，并且可以防止电流过大引起电子元器件过热和损坏的情况

综上所述，本实用新型通过对开关磁阻电机的电流值、转速值进行实时采集，以对开关磁阻电机的工作状态进行调节，实现了满足不同负载下开关磁阻电机进行高效工作；开关磁阻电机启动采用PID调节器和限制增量PWM占空比的方式可以有效的控制电流，保证电机带载启动的同时，确保恒电流不会损坏电子元器件；根据负载的大小，切换电流闭环和转速闭环；负载小时，延长电池包续航时间；负载大时，电机工作在高效率范围内，延长电机续航时间，保护电子元器件。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种开关磁阻电机控制系统，其特征在于，包括：

电流检测模块、转速检测模块，以及与开关磁阻电机电性相连的处理器模块，其中

所述电流检测模块、转速检测模块适于分别采集所述开关磁阻电机的电流值、转速值，并将电流值、转速值发送至所述处理器模块；以及

所述处理器模块适于根据电流值及转速值控制所述开关磁阻电机的工作状态。

2.如权利要求1所述的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，

所述转速检测模块包括：位置信号检测传感器；

所述处理器模块适于通过所述位置信号检测传感器获取开关磁阻电机的转速值。

3.如权利要求1所述的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，

所述电流检测模块包括：电流检测电路；

所述电流检测电路的输入端连接所述开关磁阻电机，以获取检测电压，所述检测电压通过若干电阻进行电压偏置后，通过一运算放大器将该检测电压进行放大；以及

所述处理器模块通过与所述电流检测电路的输出端相连，以最终获取开关磁阻电机的电流值。

4.如权利要求1所述的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，

所述开关磁阻电机控制系统还包括：

母线电压监测模块；

所述母线电压监测模块包括：母线电压检测电路以及母线电压保护电路；

所述母线电压检测电路适于实时检测开关磁阻电机输入端母线电压值，并发送至处理器模块；

当母线电压值超过预设值时，所述处理器模块适于控制所述母线电压保护电路进行断路保护。

5.如权利要求1所述的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，

所述开关磁阻电机控制系统还包括：

过载保护检测模块；

所述过载保护检测模块适于实时检测所述开关磁阻电机连接的负载是否堵转或超出设定值，

当所述负载堵转，则所述处理器模块适于控制所述开关磁阻电机停止工作；

当所述负载超出设定值时，则所述处理器模块控制所述开关磁阻电机进入电流闭环。

6.如权利要求1所述的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，

所述处理器模块适于根据电流值及转速值控制所述开关磁阻电机的工作状态，即

在负载启动时，根据开关磁阻电机的启动扭矩特性限定开关磁阻电机的启动电流；以及

在负载启动后，依据负载大小调节开关磁阻电机的工作状态。

7.如权利要求6所述的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，

在负载启动时，即开始实时采集开关磁阻电机的电流值和转速值，若启动负载超出设定值时，则所述处理器模块控制所述开关磁阻电机进入电流闭环；

若启动负载低于设定值时，所述处理器模块控制所述开关磁阻电机进入转速闭环。

8.如权利要求7所述的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，

所述开关磁阻电机控制系统还包括电流闭环调节器，

开启所述电流闭环调节器限定启动电流，即

采用增量式PID调节器作为电流闭环调节器，并限定PID返回的增量PWM占空比值，即

将增量PWM占空比值限定在PWM占空比的10％，以使启动电流响应曲线限定在启动电流阈值范围内。

9.如权利要求8所述的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，

所述依据负载大小调节开关磁阻电机的工作状态，即

负载小，则所述开关磁阻电机进入转速闭环工作状态；以及

负载大，则所述开关磁阻电机进入电流闭环工作状态。

10.如权利要求9所述的开关磁阻电机控制系统，其特征在于，

负载小，则所述开关磁阻电机进入转速闭环工作状态，即

依据获取的电流值判断是否超出电流闭环工作状态的工作电流阈值，若低于工作电流阈值，则对开关磁阻电机的转速进行调节；以及

负载大，则所述开关磁阻电机进入电流闭环工作状态，即

依据获取的转速值判断是否超出转速闭环工作状态的转速阈值，若超出该转速阈值，则对开关磁阻电机的工作电流进行调节。