CN213717875U - 一种一体化电机控制拓扑结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体化电机控制拓扑结构，包括功率模块、主电机、主控板、执行机构和感知机构，所述主控板和功率模块之间的信息传输是原始数据，各种所述感知机构的控制信号传输给主控板，直接转发给功率模块由其进行处理，处理后的数据传输给主控板，直接转发给各个执行机构，所述功率模块负责信号处理和对电动机等功率部分输出控制，所述功率模块负责逻辑控制和功率控制的输出。本实用新型通过单个CPU来整体控制，节省了大量元器件，进而大大降低了物料成本和沟通测试成本，所有感知机构都直接连接到主控板统一进行转发，同时转发CPU发来的指令直接控制各个执行机构，让整机电缆数量至少减少一半以上。

Description

一种一体化电机控制拓扑结构

技术领域

本实用新型涉及电机控制结构技术领域，具体涉及一种一体化电机控制拓扑结构。

背景技术

目前世界上全自动变频洗衣机几乎都采取如下结构：3-4块电路板(主机板、接口板、电源板、变频板)和2-3个CPU(主机板、接口板、变频板都自带CPU进行控制)，此外，还包含大量的电缆和EMC(电磁兼容)器件，用来连接各个板卡并且确保电磁兼容满足相关测试标准。

现有技术存在以下不足：现有的洗衣机结构复杂，需要大量的结构件来固定各种板卡，还要协调各个板卡厂家协同工作，设计复杂，各个板卡都有独立的电源、功率部分和控制逻辑，所以之间需要互相协调，特别是几个CPU各自工作造成额外的大量沟通工作，所以无论通信协议还是整机控制都在多个板卡协调工作上花很大成本，额外成本大大增加，需要大量的电缆和通信来连接各个板卡，进而造成大量EMC(电磁兼容)问题。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种一体化电机控制拓扑结构，通过单个CPU 来整体控制，电路大大简化，节省了大量元器件，大大简化了整机控制逻辑和通信协议，进而更不用考虑各个供应商对通信协议和控制协议设计的差异，大大降低了物料成本和沟通测试成本，单CPU方案也大大简化了整机电缆布置，所有感知机构都直接连接到主控板统一进行转发，同时转发功率模块中CPU 发来的指令直接控制各个执行机构，让整机电缆数量至少减少一半以上，以解决技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种一体化电机控制拓扑结构，包括功率模块、主电机、主控板、执行机构和感知机构，所述功率模块的其中一个输入端与主电机的输出端连接，所述主电机的输入端与功率模块的输出端连接，所述功率模块的另一个输出端与主控板的输入端连接，所述主控板的输出端与功率模块的输入端连接，所述主控板的输出端与执行机构的输入端连接，所述主控板的输入端与所述主控板和功率模块之间的信息传输是原始数据，所述感知机构的控制信号传输给主控板，直接转发给功率模块由其进行处理，处理后的数据传输给主控板，直接转发给各个执行机构；

所述功率模块负责信号处理和对电动机等功率部分输出控制，所述功率模块负责逻辑控制和功率控制的输出，一方面接收主控板传输过来的各个信号，处理后发送给主控板连接的各个执行机构，另一方面根据主电机反馈回来的信号对主电机进行控制，所述主控板负责对外信号沟通，所述主控板部分用于采集并把各种感知机构信息传输给功率模块，同时也接受功率模块发送回来的各种控制信号并转发给与其连接的执行机构。

优选的，所述功率模块为整机信息处理和功率输出部分，包括整机唯一的CPU、外部电源接入电路、主电源模块、电源噪音滤波电路、电源转换电路、功率放大及电源保护电路，所述主控板为整机电源和接口部分，包括通信接口电路、键盘、显示屏、输入接口电路、输出接口电路和电源接口电路。

优选的，所述通信接口电路为主控板与功率模块之间的数字接口，在 CPU的控制下转发各种信息，用于主控板和功率模块之间的信息交换，所述键盘用于接收用户的指令，所述显示屏用于显示整机工作状态、用户信息、预设置内容，是用户了解机器信息和运行状态的窗口。

优选的，所述输入接口电路用于接收整机各个感知机构和控制开关的信息，然后直接转发给CPU，由其进行处理，所述输出接口电路用于转CPU 发过来的控制指令，令整机各个执行机构按照CPU指令运行，所述电源接口电路用于接收外部电源，经过EMC电磁兼容处理后同时转发给功率模块，为整机提供电源。

优选的，所述CPU为整个系统唯一的核心逻辑控制器件，用于处理主控板转发的各种信息，并且经过主控板控制各个执行机构，同时经过功率放大及电源保护电路直接控制主电机，所述外部电源接入电路为整个电路的电源接口部分，用来连接电源接口电路，经过主电源模块为整个功率模块提供能量。

优选的，所述主电源模块为整个电路提供能量，包含整流滤波电路、逻辑控制电路以及保护电路，用来给功率模块本身供电，所述电源噪音滤波电路用来对主控板传输过来的电源进行滤波，同时也确保功率模块本身的电磁噪音不会传输到主控板上。

优选的，所述电源转换电路用来对主控板传输过来的电源进行电压变换，转换成功率模块工作时需要的各种电压，所述功率放大及电源保护电路用来对CPU发出的指令进行功率放大，进而推动主电机和各个执行机构工作，同时保护电路时刻检测工作状态确保安全。

在上述技术方案中，本实用新型提供的技术效果和优点：

1、本实用新型通过单个CPU来整体控制，电路大大简化，节省了大量元器件，大大简化了整机控制逻辑和通信协议，进而更不用考虑各个供应商对通信协议和控制协议设计的差异，大大降低了物料成本和沟通测试成本，单CPU 方案也大大简化了整机电缆布置，所有感知机构都直接连接到主控板统一进行转发，同时转发功率模块中CPU发来的指令直接控制各个执行机构，让整机电缆数量至少减少一半以上；

2、因为整机连接电缆的减少，整机EMC(电磁兼容)器件可以大大简化，集中处理不再需要各个部分多个重复元器件，成本至少减少2/3，整个系统最容易损坏的是功率器件，现有方案每个板卡上的功率器件损坏时，往往是整体更换，为了一个元器件就要浪费掉整个板卡。本实用新型有效的解决这种浪费问题，主控板因为电压低电流小很少损坏，而大电流高电压工作的功率模块损坏后直接更换，大大减少了后期维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的拓扑结构图。

图2为本实用新型的功率模块结构图。

图3为本实用新型的主控板结构图。

附图标记说明：

1、功率模块；2、主电机；3、主控板；4、执行机构；5、感知机构；6、 CPU；7、外部电源接入电路；8、主电源模块；9、电源噪音滤波电路；10、电源转换电路；11、功率放大及电源保护电路；12、通信接口电路；13、键盘；14、显示屏；15、输入接口电路；16、输出接口电路；17、电源接口电路。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本公开的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多示例实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的示例实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

本实用新型提供了如图1-3所示的一种一体化电机控制拓扑结构，包括功率模块1、主电机2、主控板3、执行机构4和感知机构5，所述功率模块 1的其中一个输入端与主电机2的输出端连接，所述主电机2的输入端与功率模块1的输出端连接，所述功率模块1的另一个输出端与主控板3的输入端连接，所述主控板3的输出端与功率模块1的输入端连接，所述主控板3的输出端与执行机构4的输入端连接，所述主控板3的输入端与所述主控板3和功率模块1之间的信息传输是原始数据，所述感知机构5的控制信号传输给主控板3，直接转发给功率模块1由其进行处理，处理后的数据传输给主控板3，直接转发给各个执行机构4；

所述功率模块1负责信号处理和对电动机等功率部分输出控制，所述功率模块1负责逻辑控制和功率控制的输出，一方面接收主控板3传输过来的各个信号，处理后发送给主控板3连接的各个执行机构4，另一方面根据主电机2反馈回来的信号对主电机2进行控制，所述主控板3负责对外信号沟通，所述主控板3部分用于采集并把各种感知机构5信息传输给功率模块1，同时也接受功率模块1发送回来的各种控制信号并转发给与其连接的执行机构4，感知机构5包括各种传感器和人机交互界面。

进一步的，在上述技术方案中，所述功率模块1为整机信息处理和功率输出部分，包括整机唯一的CPU6、外部电源接入电路7、主电源模块8、电源噪音滤波电路9、电源转换电路10、功率放大及电源保护电路11，所述主控板3为整机电源和接口部分，包括通信接口电路12、键盘13、显示屏14、输入接口电路15、输出接口电路16和电源接口电路17，拓扑结构采用单个CPU6进行控制，使得电路得到了简化。

进一步的，在上述技术方案中，所述通信接口电路12为主控板3与功率模块1之间的数字接口，在CPU6的控制下转发各种信息，用于主控板3 和功率模块1之间的信息交换，所述键盘13用于接收用户的指令，可以是实体按键，也可以是触摸按键和触摸屏，所述显示屏14用于显示整机工作状态、用户信息、预设置内容，是用户了解机器信息和运行状态的窗口，通过键盘13可以方便用户进行指令的输入，通过显示屏14可以对信息进行显示，可以方便用户进行查看。

进一步的，在上述技术方案中，所述输入接口电路15用于接收整机各个感知机构5和控制开关的信息，然后直接转发给CPU6，由其进行处理，所述输出接口电路16用于转CPU6发过来的控制指令，令整机各个执行机构4按照CPU6指令运行，所述电源接口电路17用于接收外部电源，经过EMC电磁兼容处理后同时转发给功率模块1，为整机提供电源。

进一步的，在上述技术方案中，所述CPU6为整个系统唯一的核心逻辑控制器件，用于处理主控板3转发的各种信息，并且经过主控板3控制各个执行机构4，同时经过功率放大及电源保护电路11直接控制主电机2，所述外部电源接入电路7为整个电路的电源接口部分，用来连接电源接口电路17，经过主电源模块8为整个功率模块1提供能量。

进一步的，在上述技术方案中，所述主电源模块8为整个电路提供能量，包含整流滤波电路、逻辑控制电路以及保护电路，用来给功率模块1 本身供电，所述电源噪音滤波电路9用来对主控板3传输过来的电源进行滤波，同时也确保功率模块1本身的电磁噪音不会传输到主控板3上。

进一步的，在上述技术方案中，所述电源转换电路10用来对主控板3 传输过来的电源进行电压变换，转换成功率模块1工作时需要的各种电压，所述功率放大及电源保护电路11用来对CPU6发出的指令进行功率放大，进而推动主电机2和各个执行机构4工作，同时保护电路时刻检测工作状态确保安全。

实施方式具体为：通过功率模块1内部的CPU6对相关的信息进行接收和处理，进而通过感知机构5感知到的信号传输给主控板3，进而直接转发给功率模块1对信号进行处理，处理后的相关数据传输给主控板3，在经由主控板 3将相关数据传递给执行机构4，使得执行机构4可以进行工作，进而使得装置可以很好的进行工作，该实施方式具体解决了现有技术中装置控制不便的问题。

本实用工作原理：通过功率模块1时刻扫描接收主控板3传来的各种感知机构5和用户控制信息，经过处理后随时转发回主控板3各种控制信息，令各个执行机构4按照要求运行；另一方面，功率模块1根据主电机2运转电流信号，经过计算得到转子位置，然后根据转子位置输出对应信号到功率放大部分，进而驱动主电机2旋转，当主控板3人机界面模块部分传来改变转速的信号后，功率模块1将现有转速数据和输入的目标转速数据进行比较，改变输出方波信号的占空比，进而改变提供给主电机2的等效电压和频率，从而实现了主电机 2的无级调速，同时，在运转的过程中，根据目标转速的范围自动的切换极对数，让主电机2始终处于高效率区间，从而大大扩展了调速范围。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种一体化电机控制拓扑结构，其特征在于：包括功率模块(1)、主电机(2)、主控板(3)、执行机构(4)和感知机构(5)，所述功率模块(1)的其中一个输入端与主电机(2)的输出端连接，所述主电机(2)的输入端与功率模块(1)的输出端连接，所述功率模块(1)的另一个输出端与主控板(3)的输入端连接，所述主控板(3)的输出端与功率模块(1)的输入端连接，所述主控板(3)的输出端与执行机构(4)的输入端连接，所述主控板(3)的输入端与所述主控板(3)和功率模块(1)之间的信息传输是原始数据，所述感知机构(5)的控制信号传输给主控板(3)，直接转发给功率模块(1)由其进行处理，处理后的数据传输给主控板(3)，直接转发给各个执行机构(4)；

所述功率模块(1)负责信号处理和对电动机等功率部分输出控制，所述功率模块(1)负责逻辑控制和功率控制的输出，一方面接收主控板(3)传输过来的各个信号，处理后发送给主控板(3)连接的各个执行机构(4)，另一方面根据主电机(2)反馈回来的信号对主电机(2)进行控制，所述主控板(3)负责对外信号沟通，所述主控板(3)部分用于采集并把各种感知机构(5)信息传输给功率模块(1)，同时也接受功率模块(1)发送回来的各种控制信号并转发给与其连接的执行机构(4)。

2.根据权利要求1所述的一种一体化电机控制拓扑结构，其特征在于：所述功率模块(1)为整机信息处理和功率输出部分，包括整机唯一的CPU(6)、外部电源接入电路(7)、主电源模块(8)、电源噪音滤波电路(9)、电源转换电路(10)、功率放大及电源保护电路(11)，所述主控板(3)为整机电源和接口部分，包括通信接口电路(12)、键盘(13)、显示屏(14)、输入接口电路(15)、输出接口电路(16)和电源接口电路(17)。

3.根据权利要求2所述的一种一体化电机控制拓扑结构，其特征在于：所述通信接口电路(12)为主控板(3)与功率模块(1)之间的数字接口，在CPU(6)的控制下转发各种信息，用于主控板(3)和功率模块(1)之间的信息交换，所述键盘(13)用于接收用户的指令，所述显示屏(14)用于显示整机工作状态、用户信息、预设置内容，是用户了解机器信息和运行状态的窗口。

4.根据权利要求2所述的一种一体化电机控制拓扑结构，其特征在于：所述输入接口电路(15)用于接收整机各个感知机构(5)和控制开关的信息，然后直接转发给CPU(6)，由其进行处理，所述输出接口电路(16)用于转CPU(6)发过来的控制指令，令整机各个执行机构(4)按照CPU(6)指令运行，所述电源接口电路(17)用于接收外部电源，经过EMC电磁兼容处理后同时转发给功率模块(1)，为整机提供电源。

5.根据权利要求2所述的一种一体化电机控制拓扑结构，其特征在于：所述CPU(6)为整个系统唯一的核心逻辑控制器件，用于处理主控板(3)转发的各种信息，并且经过主控板(3)控制各个执行机构(4)，同时经过功率放大及电源保护电路(11)直接控制主电机(2)，所述外部电源接入电路(7)为整个电路的电源接口部分，用来连接电源接口电路(17)，经过主电源模块(8)为整个功率模块(1)提供能量。

6.根据权利要求2所述的一种一体化电机控制拓扑结构，其特征在于：所述主电源模块(8)为整个电路提供能量，包含整流滤波电路、逻辑控制电路以及保护电路，用来给功率模块(1)本身供电，所述电源噪音滤波电路(9)用来对主控板(3)传输过来的电源进行滤波，同时也确保功率模块(1)本身的电磁噪音不会传输到主控板(3)上。

7.根据权利要求2所述的一种一体化电机控制拓扑结构，其特征在于：所述电源转换电路(10)用来对主控板(3)传输过来的电源进行电压变换，转换成功率模块(1)工作时需要的各种电压，所述功率放大及电源保护电路(11)用来对CPU(6)发出的指令进行功率放大，进而推动主电机(2)和各个执行机构(4)工作，同时保护电路时刻检测工作状态确保安全。

Images