CN213547107U - 电机保护电路及机器人 - Google Patents

Abstract

一种电机保护电路及机器人，通过采用功率吸收电路，实现了在电机电路产生电能时及时吸收该电能，并通过采用功率消耗电路，实现了在电机电路产生的电能大于第一电压阈值时，即电机电路电能的产生功率大于功率吸收电路吸收的功率的时候，通过控制电机电路驱动动力轮以消耗该电能或将该电能泄放到地，从而实现了快速消耗或泄放电机电路累积的电能，避免出现元件过压的情况，解决了传统的电机电路中存在因外力被动发电而造成元件过压损坏的问题。

Description

电机保护电路及机器人

技术领域

本申请属于电机保护技术领域，尤其涉及一种电机保护电路及机器人。

背景技术

当前机器人一般是通过驱动器来驱动电机做动力，而一旦机器人没有电，那么此时推动机器人，机器人的电机由原来的负载变成了发电机，此发电的电压及输出功率因推动机器人的速度增加而增加，当电压累积到一定程度时，就会产生元件过压而损坏。

因此，传统的电机电路中存在因外力被动发电而造成元件过压损坏的问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种电机保护电路及机器人，旨在解决传统的电机电路中存在因外力被动发电而造成元件过压损坏的问题。

本申请实施例的第一方面提了一种电机保护电路，与电机电路连接，所述电机电路通过第一开关与外部电源连接，所述电机电路用于驱动动力轮，当所述第一开关断开且当所述动力轮因外力带动电机转动时，所述电机电路产生电能，所述电机保护电路包括：

功率吸收电路，所述功率吸收电路与所述电机电路连接，所述功率吸收电路用于吸收所述电能；和

功率消耗电路，所述功率消耗电路与所述电机电路连接，当所述电能的电压大于第一电压阈值时，所述功率消耗电路用于基于所述电能的电压，控制所述电机电路驱动所述动力轮以消耗所述电能，或将所述电机电路产生的电能泄放到地。

在一个实施例中，所述功率吸收电路包括第一电阻，所述第一电阻的第一端和所述电机电路连接，所述第一电阻的第二端接地。

在一个实施例中，所述电机电路包括用于驱动所述动力轮的所述电机，和用于驱动所述电机的驱动电路，所述功率消耗电路包括：

电压转换电路，所述电压转换电路与所述电机电路连接，所述电压转换电路用于将所述电能的电压转换为目标电压并输出；

位置采样电路，所述位置采样电路和所述电机连接，所述位置采样电路用于采集所述电机的转动角度并输出为采样信号；以及

控制电路，所述控制电路与所述电压转换电路、所述位置采样电路以及所述驱动电路连接，所述控制电路用于在所述目标电压的驱动下工作，并根据所述采样信号输出用于控制所述驱动电路驱动所述电机的第一驱动信号，或输出用于控制所述电机短路的第一控制信号。

进一步地，所述功率消耗电路还包括电压采样电路，所述电压采样电路与控制电路和所述电机电路的电源端连接，所述电压采样电路用于采集所述电机电路的电源端的电压并输出为电压信号，当所述电压信号的变化率大于第一阈值时，所述控制电路根据所述采样信号控制所述电机电路驱动所述动力轮。

在一个实施例中，所述电机电路包括用于驱动所述动力轮的电机，所述功率消耗电路包括：

电压转换电路，与所述电机电路连接，所述电压转换电路用于将所述电能的电压转换为目标电压并输出；

位置采样电路，所述位置采样电路和所述电机连接，所述位置采样电路用于采集所述电机的转动角度并输出为采样信号；

控制电路，与所述电压转换电路和所述位置采样电路连接，所述控制电路用于在所述目标电压的驱动下工作，并根据采样信号输出第二控制信号；以及

泄放电路，串联于所述电机电路的电源端和地之间，所述泄放电路的控制端和所述控制电路连接，所述泄放电路用于在所述第二控制信号的控制下，将所述电机电路产生的电能泄放到地。

进一步地，所述功率消耗电路还包括电压采样电路，所述电压采样电路与所述电机电路的电源端连接，所述电压采样电路用于采集所述电机电路的电源端的电压并输出为电压信号，当所述电压信号的变化率为第二目标变化率时，所述控制电路根据所述采样信号输出所述第二控制信号。

进一步地，所述泄放电路包括：泄放电阻和开关管，所述泄放电阻的第一端和所述电机电路连接，所述泄放电阻的第二端和所述开关管的高电位端连接，所述开关管的低电位端接地，所述开关管的控制端和所述控制电路连接。

进一步地，所述泄放电阻为功率电阻或者水泥电阻。

在一个实施例中，所述电机保护电路还包括静电保护电路，所述静电保护电路与所述电机电路的电源端和地连接，所述静电保护电路用于将所述电机电路的静电泄放到地。

本申请实施例的第二方面提了一种机器人，包括：

动力轮；

电机电路，与所述动力轮连接，用于驱动所述动力轮；以及

如本申请实施例的第一方面所述的电机保护电路，所述电机保护电路和所述电机连接。

上述的电机保护电路，通过采用功率吸收电路，实现了在电机电路产生电能时及时吸收该电能，并通过采用功率消耗电路，实现了在电机电路产生的电能大于第一电压阈值时，即电机电路电能的产生功率大于功率吸收电路所吸收的功率的时候，通过控制电机电路驱动动力轮以消耗该电能或将该电能泄放到地，从而实现了快速消耗或泄放电机电路累积的电能，避免出现元件过压的情况，解决了传统的电机电路中存在因外力被动发电而造成元件过压损坏的问题。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的电机保护电路的电路示意图；

图2为图1所示的电机保护电路中功率吸收电路的示例电路原理图；

图3为图1所示的电机保护电路中功率消耗电路的电路示意图；

图4为图3所示的电机保护电路中功率消耗电路的另一电路示意图；

图5为图1所示的电机保护电路中功率消耗电路的另一电路示意图；

图6为图5所示的电机保护电路中功率消耗电路的另一电路示意图；

图7为图5所示的功率消耗电路中泄放电路的电路示意图；

图8为图1所示的电机保护电路的另一电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1示出了本申请实施例的第一方面提供的电机保护电路40的电路示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本实施中的电机保护电路40，与电机电路10连接，电机电路10通过第一开关20与外部电源30连接，电机电路10用于驱动动力轮60，当第一开关20 断开且当动力轮60因外力带动电机转动时，电机电路10产生电能。

应理解，电机电路10的电源端通过第一开关20与外部电源30的正极连接，电机电路10的地端接地；或电机电路10与外部电源30的正极连接，电机电路 10的地端通过第一开关20和外部电源30的负极连接。还可以包括与电机电路 10并联的储能电路50，储能电路50可以由储能电容构成。电机电路10包括驱动动力轮60的电机，和驱动电机的驱动电路，其中驱动电路可以由电机驱动器或者H桥开关电路构成。当第一开关20断开时，电机电路10无电源输入，当动力轮60因外力被推动时，此时电机由负载变成发电机，并产生电能，当电能累积到一定程度后，电机电路10的元件或与电机电路10连接的其他元件或由于过压而损坏。

本实施例中的电机保护电路40包括：功率吸收电路100和功率消耗电路 200，功率吸收电路100与电机电路10连接，功率消耗电路200与电机电路10 连接功率吸收电路100用于吸收电能；当电能的电压大于第一电压阈值时，功率消耗电路200用于基于该电能的电压，控制电机电路10驱动动力轮60以消耗电能，或将电机电路10产生的电能泄放到地。

应理解，只要电机电路10产生电能，功率吸收电路100则处于吸收电能的状态。当推动动力轮60的速度较低，电机电路10发电的电压值低于第一电压阈值时，此时主要由功率吸收电路100吸收电能，以避免元件过压。当推动功率轮的速度较快，从而使得电机电路10产生的电能的电压大于第一电压阈值时，功率消耗电路200工作以消耗电能或将该电能泄放到地。

应理解，功率吸收电路100可以由电阻构成，功率吸收电路100吸收电能的功率与电阻的阻值相匹配。功率消耗电路200可以由微处理器等构成。

本实施例中的电机保护电路40，通过采用功率吸收电路100，实现了在电机电路10产生电能时及时吸收该电能，并通过采用功率消耗电路200，实现了在电机电路10产生的电能大于第一电压阈值时，即电机电路10电能的产生功率大于功率吸收电路100吸收的功率的时候，通过控制电机电路10驱动动力轮 60以消耗该电能或将该电能泄放到地，从而实现了快速消耗或泄放电机电路10 累积的电能，避免出现元件过压的情况，解决了传统的电机电路10中存在因外力被动发电而造成元件过压损坏的问题。

请参阅图2，在一个实施例中，功率吸收电路100包括第一电阻R1，第一电阻R1的第一端和电机电路10连接，第一电阻R1的第二端接地。

应理解，第一电阻R1并联在电机电路10中的驱动电路两端，即第一电阻 R1连接在电机电路10的电源端和地端之间，第一电阻R1为大电阻以吸收电机电路10产生的电能。本实施例中的功率吸收电路100通过采用第一电阻R1，实现了对电机电路10所产生的电能的吸收，在电机01产生的电能较小情况下实现对电能的吸收，避免出现电能的快速累积的情况，电路结构简单且易于调试。

请参阅图3，在一个实施例中，电机电路10包括用于驱动动力轮60的电机01，和用于驱动电机01的驱动电路，功率消耗电路200包括：电压转换电路210、位置采样电路230以及控制电路220，电压转换电路210与电机电路 10连接，位置采样电路230和电机01连接，控制电路220与电压转换电路、位置采样电路230以及驱动电路连接；电压转换电路210用于将电能的电压转换为目标电压并输出；位置采样电路230用于采集电机01的转动角度并输出为采样信号；控制电路220用于在目标电压的驱动下工作，并根据采样信号输出用于控制驱动电路驱动电机01的第一驱动信号，或输出用于控制电机01短路的第一控制信号。

应理解，第一驱动信号用于控制驱动电路正常驱动电机01，例如驱动电路为H桥时，即H桥的上下桥臂交叉闭合，从而使得电机01正常得电。第一控制信号控制电机01短路，即驱动电路中连接在电机01和地之间的开关管闭合 (即H桥的下桥臂同时闭合)，从而将电机01电能泄放到地，即将电机01短路。

应理解，当控制电路220还没有输出控制电机01转动的信号时，控制电路 220通过采样信号检测到电机01的转动角度变化时，电机01的转动角度的变化为非主动的变化，即此时电机01是由于动力轮60的外力推动而产生转动的，此时控制电路220输出控制驱动电路驱动电机01的第一驱动信号，或输出用于控制电机01短路的第一控制信号。

应理解，电压转换电路210可以采用电压转换芯片构成。位置采样电路230 可以由霍尔位置传感器构成。控制电路220可以由单片机等微处理器构成。第一电压阈值可以为自主设定的元件的过压值。采样信号、第一驱动信号以及第一控制信号为电信号。第一驱动信号具体为用于控制驱动电路的导通时序和时间的占空比信号。当驱动电路工作以控制电机01转动时，动力轮60按照电机 01的制动速度转动，此时外力难以推动动力轮60，即动力轮60的转动速度下降，电机01成为负载消耗电能。

应理解，本实施例中的功率消耗电路200通过采用电压转换电路210、位置采样电路230以及控制电路220，从而在电机电路10所产生的电能的电压大于第一电压阈值时，根据电机01的非主动的转动角度的变化，输出控制驱动电路驱动电机01的第一驱动信号，或输出用于控制电机01短路的第一控制信号，即实现了对电机电路10产生的电能的消耗或泄放，避免由于功率吸收电路100 无法全部吸收电机电路10所产生的电能，从而出现电机电路10累计的电能的电压过压而导致元件过压损坏的情况出现。

请参阅图4，在一个实施例中，功率消耗电路200包括：还包括电压采样电路240，电压采样电路240与控制电路220和电机电路10的电源端连接，电压采样电路240用于采集电机电路10的电源端的电压并输出为电压信号，当电压信号的变化率大于第一阈值时，控制电路220根据采样信号控制电机电路10 驱动动力轮60。

应理解，电压采样电路240可以由电压传感器或采样电阻构成。控制电路 220通过电压采样电路240所采集的电压信号判断电机电路10的电压波动情况和电压值，例如，第一阈值表征电压信号的波动较大的电压信号变化率的下限值，即表示电机电路10此时的电能是由于外部推动而产生的不稳定电能。

可选的，控制电路220还可以根据电压信号判定电机电路10是否过压，当电机电路10过压时，第一控制信号控制驱动电路驱动电机01以控制动力轮60 更小的速率转动，避免外力的外加推动。

本实施例中的功率消耗电路200通过加入了电压采样电路240，从而实现了对电机电路10的电压的监测，使得控制电路220可以根据电机电路10的电压情况及时调整对电机电路10的控制。

请参阅图5，在一个实施例中，电机电路10包括用于驱动动力轮60的电机01，功率消耗电路200包括：电压转换电路250、位置采样电路270、控制电路260以及泄放电路280，电压转换电路250与电机电路10连接，位置采样电路270和电机01连接，控制电路260的电源端与电压转换电路250连接，控制电路260的输入端和位置采样电路270练连接，控制电路260的输出端和泄放电路280的控制端连接，泄放电路280串联于电机电路10的电源端和地之间；电压转换电路250用于将电能的电压转换为目标电压并输出；位置采样电路270 用于采集电机01的转动角度并输出为采样信号；控制电路260用于在目标电压的驱动下工作，并根据采样信号输出第二控制信号；泄放电路280的控制端和控制电路260连接，泄放电路280用于在第二控制信号的控制下，将电机电路 10产生的电能泄放到地。

应理解，电压转换电路250可以采用电压转换芯片构成。位置采样电路270 可以由霍尔位置传感器构成。控制电路260可以由单片机等微处理器构成。泄放电路280可以由可控开关和泄放电阻构成。采样信号和第二控制信号为电信号。

应理解，当控制电路260还没有输出控制电机01转动的信号时，控制电路 260通过采样信号检测到电机01的转动角度变化时，电机01的转动角度的变化为非主动的变化，即此时电机01是由于动力轮60的外力推动而产生转动角度的变化，此时控制电路260输出控制泄放电路280导通到地的第二控制信号，从而实现了将电机电路10所产生的电能泄放到地。

本实施例中的功率消耗电路200通过采用电压转换电路250、位置采样电路270、控制电路260以及泄放电路280，从而在电机电路10所产生的电能的电压大于第一电压阈值时，根据电机01的非主动的转动角度，控制泄放电路 280将电机电路10产生的电能泄放到地，避免由于功率吸收电路100无法全部吸收电机电路10所产生的电能，从而出现电机电路10累计的电能的电压过压而导致元件过压损坏的情况出现。

请参阅图6，在一个实施例中，功率消耗电路200还包括电压采样电路290，电压采样电路290与电机电路10的电源端连接，电压采样电路290用于采集电机电路10的电源端的电压并输出为电压信号，当电压信号的变化率大于第二阈值时，控制电路260根据采样信号输出第二控制信号。

应理解，电压采样电路290可以由电压传感器或采样电阻构成。控制电路 260通过电压采样电路290所采集的电压信号判断电机电路10的电压波动情况和电压值，例如，第二阈值表征电压信号的波动较大，即表示电机电路10此时的电能是由于外部推动而产生的不稳定电能。第一阈值与第二阈值可以为同一数值，也可以为不同数值。当电机电路10的电能为外部电源30提供的电能时，此时电压信号较为稳定，即电压信号的变化率较低，此时控制电路260控制泄放电路280不工作，避免出现由于对电机电路10的正常电能的误泄放的问题。

可选的，控制电路260还可以根据电压信号判定电机电路10是否过压，当电机电路10过压时，第二控制信号控制泄放电路280将电机电路10所产生的电能泄放到地，当电机电路10的电压较低时，控制电路260控制泄放电路280 停止对电能的泄放。

本实施例中的功率消耗电路200通过加入了电压采样电路290，从而实现了对电机电路10的电压的监测，使得控制电路260可以根据电机电路10的电压情况及时调整对泄放电路280的控制。

应理解，本实用新型实施例中的电压转换电路210和电压转换电路250可以为同一电路，也可以为不同电路。控制电路220和控制电路260可以为同一电路，也可以为不同电路。位置采样电路230和位置采样电路270可以为同一电路，也可以为不同电路。电压采样电路240和电压采样电路290可以为同一电路，也可以为不同电路。

请参阅图7，在一个实施例中，泄放电路280包括：泄放电阻R2和开关管 Q1，泄放电阻R2的第一端和电机电路10连接，泄放电阻R2的第二端和开关管Q1的高电位端连接，开关管Q1的低电位端接地，开关管Q1的控制端和控制电路260连接。

应理解，泄放电阻R2为电阻值较低的电阻，泄放电阻R2用于在开关管Q1 导通时，将电机电路10的电能泄放到地。开关管Q1为三极管、MOS管等可控开关器件。

可选的，在一个实施例中，泄放电阻R2为功率电阻。在另一个实施例中，泄放电阻R2为水泥电阻。

本实施例中的泄放电路280，通过采用泄放电阻和开关管Q1，实现了根据第二控制信号的控制对电能的泄放与否，电路结构简单。

请参阅图8，在一个实施例中，电机保护电路40还包括静电保护电路300，静电保护电路300与电机电路10的电源端和地连接，静电保护电路300用于将电机电路10的静电泄放到地。

应理解，静电保护电路300用于可以由静电保护器件构成，例如瞬态二极管(Transient Voltage Suppressor，TVS)。本实施例中的电机保护电路40通过加入了静电保护电路300，从而电路中由于静电而损坏元件的情况出现。

本申请实施例的第二方面提供了一种机器人，包括：动力轮、电机电路以及如本申请实施例的第一方面的电机保护电路，电机电路与动力轮连接，用于驱动动力轮；电机保护电路和电机连接。

应理解，本实施例中的机器人为任意包括有动力轮和电机的机器人，本实施例中的机器人通过加入电机保护电路，从而避免了由于外力推动机器人而产生电能，从而造成机器人内部元件由于过压而损坏的问题出现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机保护电路，其特征在于，与电机电路连接，所述电机电路通过第一开关与外部电源连接，所述电机电路用于驱动动力轮，当所述第一开关断开且当所述动力轮因外力带动电机转动时，所述电机电路产生电能，所述电机保护电路包括：

功率吸收电路，所述功率吸收电路与所述电机电路连接，所述功率吸收电路用于吸收所述电能；和

功率消耗电路，所述功率消耗电路与所述电机电路连接，当所述电能的电压大于第一电压阈值时，所述功率消耗电路用于基于所述电能的电压，控制所述电机电路驱动所述动力轮，以消耗所述电能，或将所述电机电路产生的电能泄放到地。

2.如权利要求1所述的电机保护电路，其特征在于，所述功率吸收电路包括第一电阻，所述第一电阻的第一端和所述电机电路连接，所述第一电阻的第二端接地。

3.如权利要求1所述的电机保护电路，其特征在于，所述电机电路包括用于驱动所述动力轮的所述电机，和用于驱动所述电机的驱动电路，所述功率消耗电路包括：

电压转换电路，所述电压转换电路与所述电机电路连接，所述电压转换电路用于将所述电能的电压转换为目标电压并输出；

位置采样电路，所述位置采样电路和所述电机连接，所述位置采样电路用于采集所述电机的转动角度并输出为采样信号；以及

控制电路，所述控制电路与所述电压转换电路、所述位置采样电路以及所述驱动电路连接，所述控制电路用于在所述目标电压的驱动下工作，并根据所述采样信号输出用于控制所述驱动电路驱动所述电机的第一驱动信号，或输出用于控制所述电机短路的第一控制信号。

4.如权利要求3所述的电机保护电路，其特征在于，所述功率消耗电路还包括电压采样电路，所述电压采样电路与控制电路和所述电机电路的电源端连接，所述电压采样电路用于采集所述电机电路的电源端的电压并输出为电压信号，当所述电压信号的变化率大于第一阈值时，所述控制电路根据所述采样信号控制所述电机电路驱动所述动力轮。

5.如权利要求1所述的电机保护电路，其特征在于，所述电机电路包括用于驱动所述动力轮的所述电机，所述功率消耗电路包括：

电压转换电路，与所述电机电路连接，所述电压转换电路用于将所述电能的电压转换为目标电压并输出；

位置采样电路，所述位置采样电路和所述电机连接，所述位置采样电路用于采集所述电机的转动角度并输出为采样信号；

控制电路，与所述电压转换电路和所述位置采样电路连接，所述控制电路用于在所述目标电压的驱动下工作，并根据采样信号输出第二控制信号；以及

泄放电路，串联于所述电机电路的电源端和地之间，所述泄放电路的控制端和所述控制电路连接，所述泄放电路用于在所述第二控制信号的控制下，将所述电机电路产生的电能泄放到地。

6.如权利要求5所述的电机保护电路，其特征在于，所述功率消耗电路还包括电压采样电路，所述电压采样电路与所述电机电路的电源端连接，所述电压采样电路用于采集所述电机电路的电源端的电压并输出为电压信号，当所述电压信号的变化率大于第二阈值时，所述控制电路根据所述采样信号输出所述第二控制信号。

7.如权利要求5所述的电机保护电路，其特征在于，所述泄放电路包括：泄放电阻和开关管，所述泄放电阻的第一端和所述电机电路连接，所述泄放电阻的第二端和所述开关管的高电位端连接，所述开关管的低电位端接地，所述开关管的控制端和所述控制电路连接。

8.如权利要求7所述的电机保护电路，其特征在于，所述泄放电阻为功率电阻。

9.如权利要求1～8任意一项所述的电机保护电路，其特征在于，还包括静电保护电路，所述静电保护电路与所述电机电路的电源端和地连接，所述静电保护电路用于将所述电机电路的静电泄放到地。

10.一种机器人，其特征在于，包括：

动力轮；

电机电路，与所述动力轮连接，用于驱动所述动力轮；以及

如权利要求1～9任意一项所述的电机保护电路，所述电机保护电路和所述电机连接。

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