CN209285247U - 一种启动平稳的食品加工机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种启动平稳的食品加工机，包括容器、机座和控制系统，容器内设有搅拌粉碎装置，机座内设有电机，控制系统驱动电机带动搅拌粉碎装置转动从而将食品搅拌粉碎，控制系统包括电源电路、电机驱动电路、中央控制芯片、电机电流检测元件和电机位置检测元件；其中，所述电机为直流无刷电机，电机位置检测元件包括霍尔检测件和霍尔检测电路，霍尔检测电路一端与中央控制芯片电连接，另外一端与电机电连接；电机电流检测元件包括电机电流检测电路，电机电流检测电路一端与中央控制芯片电连接，另外一端与电机电连接；电机驱动电路控制电机正反转。上述方案对不同食材的适用性有自调整的作用。

Description

一种启动平稳的食品加工机

技术领域

本实用新型涉及食品加工领域，尤其涉及一种启动平稳的食品加工机。

背景技术

现有食品加工机，包括容器和机座，其中机座内设有电机，其中电机通常采用的是串励电机，串励电机带动粉碎刀转动，虽然可以实现基本的粉碎功能，但是由于串励电机只能往一个方向旋转，即不能反转，因此无法快速实时对电机电流、电压、位置信息进行评估判断及相关保护，另外无法实现对不同食材、负载的智能识别启动，比如负载大且坚硬的物料放在粉碎刀附近后，比如较大的胡萝卜，会导致粉碎刀卡住无法运行，从而导致整机无法运行以及电机烧掉的风险，因为无法进行功率模块过流、过温检测，用户异常使用容易烧功率模块或烧机，另外现有串励电机的食品加工机负载调整率大，空载负载转速差异大，空载噪声大。因此急需设计一种可以实现反转，可以解决启动过程中的卡刀问题并具备低噪音的食品加工机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种启动平稳的食品加工机。一种启动平稳的食品加工机，包括容器、机座和控制系统，容器内设有搅拌粉碎装置，机座内设有电机，控制系统驱动电机带动搅拌粉碎装置转动从而将食品搅拌粉碎，控制系统包括电源电路、电机驱动电路、中央控制芯片、电机电流检测元件和电机位置检测元件；其中，所述电机为直流无刷电机，电机位置检测元件包括霍尔检测件和霍尔检测电路，霍尔检测电路一端与中央控制芯片电连接，另外一端与电机电连接；电机电流检测元件包括电机电流检测电路，电机电流检测电路一端与中央控制芯片电连接，另外一端与电机电连接；电机驱动电路控制电机正反转。

优选的，霍尔检测电路包括第一霍尔检测电路、第二霍尔检测电路和第三霍尔检测电路，三个霍尔检测电路各自独立与中央控制芯片电连接。

优选的，霍尔检测电路包括上拉电阻和RC滤波电路，其中上拉电阻与RC滤波电路电连接设置。

优选的，电机电流检测电路包括第一电机电流检测电路和第二电机电流检测电路，两者相互独立设置。

优选的，第一电机电流检测电路集成设置在中央控制芯片内。

优选的，第二电机电流检测电路集成设置在电机驱动电路内。

优选的，电机驱动电路为IPM电机驱动电路。

优选的，控制系统还包括EMC电路，EMC电路与电源电路电连接。

优选的，控制系统还包括显示电路，显示电路一端与电源电路电连接，另一端与中央控制芯片电连接。

优选的，所述电机的最高负载转速为20000rpm-40000 rpm。本实用新型的有益效果是：

1. 通过电流检测和位置检测双重检测方式，判断电机是否堵转，以及堵转后的平稳启动解决方案，可靠性更好，避免了强制启动带来的高噪音和对电机的损坏，使得整个食品加工机运行更加平稳可靠，增强了用于的使用体验。

2.在食品加工机的启动过程中，通过检测电机的电流，先给定一个启动电流，在此启动电流下启动电机运行，如果电机发生堵转，则增加启动电流△T，让电机在更高的电流值下再次启动，解决了被食材卡刀的前提下，电机堵转所带来的危害，即避免了电机烧掉的危险，并且使得启动更加顺畅，对不同食材的适用性有自调整的作用，正常状态下低电流启动，降低了噪音，提高了粉碎的平稳性，异常状态下，高电流强制启动，避免卡刀，能够完成食材的粉碎过程。

3. 通过3个霍尔检测电路不同的取值，判断电机的实际运行方向和速度，便于非常精准的检测直流无刷电机的位置，从而判断是否堵转，以及是否通过电流和反转克服了堵转的问题。

4. 当中央控制芯片的挡过流保护值大于IPM的过流保护值时，正常情况下为IPM电流检测电路率先检测保护，当IPM电流检测电路故障，如电阻虚焊、漏焊，或者IPM检测异常时，中央控制芯片电流检测电路可进行电流检测保护，实现双重保护，保证了绝对的可靠性。

5. 设置正转时序、反转时序，可以控制电机分别做正反转工作；当电机电流达到反转阀值并触发反转信号后，电机反转，使该瞬间已卡入食材的刀片反转退刀，并增加刀片与食材的物理空间，给电机启动加速一定空间，电机驱动刀片反转角度A后再次正转启动，如此循环正反转工作，直至电机正常启动，实现硬性食材的启动，这个为卡刀砍切程序。或者达到最大反转次数M，电机仍然未能正常启动，则进入电机堵转保护，提示电机堵转异常，实现异常食材时对电机及驱动器的保护，并提示用户确认、干预异常食材的状态。

附图说明

图1为本实用新型实施例一所述食品加工机的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一所述控制系统的电路图；

图3为本实用新型实施例一所述霍尔检测电路的电路图；

图4为本实用新型实施例一的流程图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例一：

如图1-4所示，一种启动平稳的食品加工机，包括：容器1、机座2和控制系统，容器1内设有搅拌粉碎装置3，机座2内设有电机4，控制系统驱动电机带动搅拌粉碎装置转动从而将食品搅拌粉碎，控制系统包括电源电路、中央控制芯片、电机电流检测元件和电机位置检测元件。本实施例中，所述食品加工机为破壁机，容器为搅拌杯，容器设置在机座上，搅拌粉碎装置为设置在搅拌杯内的粉碎刀，电机为直流无刷电机，机座内设有控制板，控制板上设有中央控制芯片，其中，电机为直流无刷电机，所述电机的最高负载转速为20000rpm-40000rpm（转/每分钟），本实施例中为30000 rpm。电机位置检测元件包括霍尔检测件和霍尔检测电路，霍尔检测件检测电机转子的位置，从而判断是否堵转。霍尔检测电路一端与中央控制芯片电连接，另外一端与电机电连接；电机电流检测元件包括电机电流检测电路，电机电流检测电路一端与中央控制芯片电连接，另外一端与电机电连接；电机驱动电路控制电机正反转。这样设置的好处在于：通过电流检测和位置检测双重检测方式，判断电机是否堵转，以及堵转后的平稳启动解决方案，可靠性更好，避免了强制启动带来的高噪音和对电机的损坏，使得整个食品加工机运行更加平稳可靠，增强了用于的使用体验。

IPM(Intelligent Power Module)电机驱动电路：将6路PWM信号通过6个内部IGBT将弱电控制信号切换成三相强电信号驱动电机。IPM内部有温度检测模块，将模块温度实时提供中央控制芯片电机控制模块，判断是否需要保护性关机，风扇散热。

直流无刷电机：接收到特定的驱动信号，使电能转换为旋转的机械能，提供破壁机切削动力。

电机电流检测电路：实现对电机流过电流的实时检测，为中央控制芯片电机控制模块进行下一步判断提供依据，判断是否过流、是否关机、是否可以加速等等。

霍尔检测电路：实现对电机的位置信息的实时检测，为中央控制芯片控制信号的输出控制提供依据，可通过霍尔信号计算出当前的转速、是否卡刀、及电机的正反转。

中央控制芯片：接收到显示电路的指令并结合各路检测电路的信息，实现对电机的启动、加速、速度闭环、正反转等控制。

显示电路：实现实用户交互，实现破壁机的启动、停止，及异常的报警等。中央控制芯片电机控制模块与显示板控制模块使用UART串口通信。

霍尔检测电路包括第一霍尔检测电路、第二霍尔检测电路和第三霍尔检测电路，三个霍尔检测电路各自独立与中央控制芯片电连接。这样设置的好处在于：通过3个霍尔检测电路不同的取值，判断电机的实际运行方向和速度，便于非常精准的检测直流无刷电机的位置，从而判断是否堵转，以及是否通过电流和反转克服了堵转的问题。

霍尔检测电路包括上拉电阻和RC滤波电路，其中上拉电阻与RC滤波电路电连接设置。P102为接插件：接电机输出霍尔信号线。R174、R175、R176为上拉电阻；R178与C140、R179与C141、R180与C142、组成RC滤波电路，对电机霍尔输入信号进行滤除，使霍尔信号更加稳定，电机运行更加平稳。H_A、H_B、H_C连接中央控制芯片。

电机电流检测电路包括第一电机电流检测电路和第二电机电流检测电路，两者相互独立设置，第一电机电流检测电路集成设置在中央控制芯片内，第二电机电流检测电路集成设置在电机驱动电路内。电机驱动电路为IPM电机驱动电路。这样设置的好处在于：当中央控制芯片的挡过流保护值28.8A大于IPM的过流保护值21.5~26.5A，正常情况下为IPM电流检测电路率先检测保护，当IPM电流检测电路故障，如电阻虚焊、漏焊，或者IPM检测异常时，中央控制芯片电流检测电路可进行电流检测保护，实现双重保护，保证了绝对的可靠性。

控制系统还包括EMC电路，EMC电路与电源电路电连接，控制系统还包括显示电路，显示电路一端与电源电路电连接，另一端与中央控制芯片电连接。

所述方法包括：

启动步骤：电机电流检测元件给定一设定电流I_Q启动电机, 电机位置检测元件根据检测电机位置判断是否堵转，如堵转则电机电流检测元件增加△T电流继续启动电机。堵转指的是霍尔检测件检测到电机的转子不旋转或者一定时间内不能达到一定的转速，比如在1秒内电机旋转低于360°，则判断为被食材卡刀。

这样设置的好处在于：在食品加工机的启动过程中，通过检测电机的电流，先给定一个启动电流，在此启动电流下启动电机运行，如果电机发生堵转，则增加启动电流△T，让电机在更高的电流值下再次启动，解决了被食材卡刀的前提下，电机堵转所带来的危害，即避免了电机烧掉的危险，并且使得启动更加顺畅，对不同食材的适用性有自调整的作用，正常状态下低电流启动，降低了噪音，提高了粉碎的平稳性，异常状态下，高电流强制启动，避免卡刀，能够完成食材的粉碎过程。

在上述步骤中，如仍旧堵转则继续增加C个△T电流进行启动，直到电机电流检测元件检测到电流值达上限值IMax仍堵转，则中央控制芯片控制电机反转。电机反转指的是电机朝非粉碎方向旋转，其中粉碎方向本申请中定义为正转。

这样设置的好处在于：在强制启动过程中，增加C个△T电流，使得每次的增加值都是一个固定值，具备一定的周期性，避免一下子增加到最高值所带来的高负载和高噪音，使得启动逐渐平稳，尤其是在破壁机工作过程中，能够带来稳定和低噪音，但是电流值不能无限制增加，电机启动也有上限，因此设定了最高值Imax，当增加的电流到达Imax仍旧处于堵转的情况时，则说明堵转卡刀无法通过增加电流来解决，需要通过反转来解决，即合理设置上线，避免电机过高负载烧掉，避免高负载下的运行不平稳和高噪音的问题出现。而设置反转步骤，可以使得食材在反转下，会移动位置，因为食材刚放入的时候，位置和刀的位置是固定不动的，会存在卡住的问题，从而在下一次的正转过程中实现正常的切割，避免了刚刚的卡住位置的存在；当然在反转过程中，也搅拌粉碎装置在反转过程中也会存在移动和粗粉碎物料的作用，在搅拌刀反转的作用下变动物料位置或者改变物料形态，从而在下一次正转的时候能有效启动避免堵转。

I_Q的范围为0.1A～5A，本实施例中，I_Q 为0.1A ，Imax的范围为10A～20A。本实施例中，Imax为15A,△T为0.5 A。上述值可以依据不同的粉碎系统和电机驱动型号做同类调整。

在上述步骤中，当已经达到最大电流上限值Imax时，仍旧无法正确启动时，则中央控制芯片控制电机反转角度为A，其中10°≤A＜360°。本实施例中，A为120°。这样设置的好处在于：过小的反转角度，不足以将粉碎刀从食材中退出，并保持粉碎刀与食材的足够物理空间，导致卡刀砍切程序效率低，增大了反转次数甚至不能正常启动；而过大的反转角度可能导致粉碎刀的刀片组件的联轴器松动，因为电机和搅拌粉碎装置是通过上下联轴器连接的，影响机器运行中的可靠性；此外，反转角度过大可能造成破壁机的容器内液体溅起，造成的用户体验不好。

以下结合具体物料进行分析：

如当前启动的食谱为米糊等软性食材，给定启动电流I_Q安培，电机通过IX安电流，电机产生的启动扭矩TX大于米糊对刀片扭矩TM，破壁机不会卡刀，即不存在堵转情况，正常进入后期粉碎阶段。霍尔检测元件通过检测霍尔状态值变化，判断电机当前是否卡刀及当前电机转速多少。

如当前启动的食谱为苹果等硬性食材，给定启动电流I_Q安培，电机堵转或者无法进入同步转速，霍尔检测元件判定电机堵转，则增加启动电流，直到电机正常启动。或者启动电流加至电流阀值IQ，仍未正常启动，则进入反转程序。

上述能适应不同食材，设定电流Iq根据不同食材变化而变化，不会出现程序中大转矩电流，而实际负载需求小的转矩电流，如米糊，而出现的加速过冲问题；也不会出现程序中小转矩电路，而实际负载需要大转矩电流，如未切胡萝卜，而出现的加速慢或卡刀问题。

在上述步骤中，中央控制芯片控制电机反转上限次数为M次，反转一次，正转启动一次，如堵转，则继续反转并计数一次，直到达到M次，如连续M次均堵转，则进入异常报警步骤，其中1≤M≤60。如当没有本实施例中为30次。这样设置的好处在于，通过对反转次数进行上限的限制，过多的反转次数会造成启动时间过长、电机驱动器的功率模块过热，影响用户体验和驱动器可靠性。另外到达M次后如正转仍不能正确启动，则代表堵转已经不能通过加电流和反转来解决，已经无法解决，因此进入报警程序，提醒用户食材过硬有问题，需要额外处理或者换食材，保证了机器的有效运行。

在上述步骤中：中央控制芯片控制电机反转次数为N次,在第N次的时候，电机已经不堵转了，其中N＜M，N次后不堵转，则中央控制芯片控制电机正常启动。

设置正转时序、反转时序，可以控制电机分别做正反转工作；当电机电流达到反转阀值并触发反转信号后，电机反转，使该瞬间已卡入食材的刀片反转退刀，并增加刀片与食材的物理空间，给电机启动加速一定空间，电机驱动刀片反转角度A后再次正转启动，如此循环正反转工作，直至电机正常启动，实现硬性食材的启动，这个为卡刀砍切程序。或者达到最大反转次数M，电机仍然未能正常启动，则进入电机堵转保护，提示电机堵转异常，实现异常食材时对电机及驱动器的保护，并提示用户确认、干预异常食材的状态。

当然，在上述步骤中，如果在正转的前提下已经克服了堵转的问题，则无需电机反转，电机电流检测元件增加B个△T进行启动，B＜C，电机不堵转，则中央控制芯片控制电机正常启动。这样设置的好处在于：通过增加多个△T，已经解决了堵转的问题，则说明通过增加电机的电流就可以克服卡刀问题，使得解决方式更加简单，无需设置复杂的模块，在简单的堵转问题上能够得到高效的解决，使得食品加工机的启动更加平稳有序。

控制系统还包括电机过载保护元件，电机按照上述步骤正常启动后，通过检测电机的电流或温度值，确定启动后电机是否过载，电机正常启动后，检测电机的电流超过设定电流或者检测电机的温度超过设定温度，则启动报警程序并停止电机工作。其中，检测电机温度，可以通过设置温度传感器直接对电机进行测温，也可以通过检测电机驱动电路的温度间接检测电机的温度，本实施例中，是通过检测功率芯片的温度间接检测电机温度的。这样设置的好处在于：即对启动后的电机的电流设定一个过载值，当电流达到这个过载值的时候，则判断电机过载，则停止进行保护和报警工作；当然如果没有过载，检测到电机温度已经大于设定温度，即温度也存在一个过载值，则判断电机温度过高需要停止降温，则停止运行并保护和报警，这样使得电机运行过程中更加安全。

电机驱动需具备功率芯片，功率芯片可以是IPM/IGBT/Mos管等，属于对温度敏感的半导体器件。当用户多周期启动搅拌功能，未按使用说明书进行冷却，检测到功率芯片温度大于一定值如90℃，系统电机进入停机模式冷却，并提醒用户机器过温保护，过温保护期间破壁机功暂停功能操作，直至温度低于启动安全温度后，可以再次操作。本方案启动安全温度设置为低于70℃，不仅是机器温控后的恢复温度，也作为开机检测的启动条件。功率芯片的温度监控方法可以在异常负载时智能停机，在食材异常或者用户不正当操作时仍能保证功率模块的可靠性。

以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围，即凡依本实用新型所作的均等变化与修饰，皆为本实用新型权利要求范围所涵盖，这里不再一一举例。

Claims (10)

1.一种启动平稳的食品加工机，包括容器、机座和控制系统，容器内设有搅拌粉碎装置，机座内设有电机，控制系统驱动电机带动搅拌粉碎装置转动从而将食品搅拌粉碎，控制系统包括电源电路、电机驱动电路、中央控制芯片、电机电流检测元件和电机位置检测元件；其特征在于，所述电机为直流无刷电机，电机位置检测元件包括霍尔检测件和霍尔检测电路，霍尔检测电路一端与中央控制芯片电连接，另外一端与电机电连接；电机电流检测元件包括电机电流检测电路，电机电流检测电路一端与中央控制芯片电连接，另外一端与电机电连接；电机驱动电路控制电机正反转。

2.根据权利要求1所述的食品加工机，其特征在于，霍尔检测电路包括第一霍尔检测电路、第二霍尔检测电路和第三霍尔检测电路，三个霍尔检测电路各自独立与中央控制芯片电连接。

3.根据权利要求1所述的食品加工机，其特征在于，霍尔检测电路包括上拉电阻和RC滤波电路，其中上拉电阻与RC滤波电路电连接设置。

4.根据权利要求1所述的食品加工机，其特征在于，电机电流检测电路包括第一电机电流检测电路和第二电机电流检测电路，两者相互独立设置。

5.根据权利要求4所述的食品加工机，其特征在于，第一电机电流检测电路集成设置在中央控制芯片内。

6.根据权利要求4所述的食品加工机，其特征在于，第二电机电流检测电路集成设置在电机驱动电路内。

7.根据权利要求1所述的食品加工机，其特征在于，电机驱动电路为IPM电机驱动电路。

8.根据权利要求1所述的食品加工机，其特征在于，控制系统还包括EMC电路，EMC电路与电源电路电连接。

9.根据权利要求1所述的食品加工机，其特征在于，控制系统还包括显示电路，显示电路一端与电源电路电连接，另一端与中央控制芯片电连接。

10.根据权利要求1所述的食品加工机，其特征在于，所述电机的最高负载转速为20000rpm-40000 rpm。