CN214591222U - 一种用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器 - Google Patents
一种用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开一种用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器，控制部分的输入端接收外部信号，控制部分的输出端与驱动部分的输入端相连，驱动部分的输出端接至直流无刷电机M，直流无刷电机M的转速信号送至控制部分的输入端形成反馈闭环控制；控制部分中光电码盘测速模块采集直流无刷电机的转速数据，经第二光电隔离模块送至MCU模块的转速信号输入端，控制接口的输入端接收外部信号，输出端经第一光电隔离模块与MCU模块的外部信号输入端相连；MCU模块的输出端接至电机控制模块，电机控制模块的输出信号与驱动部分的输入端相连。本实用新型中码盘转动与槽型光耦配合使用，通过采集码盘信号计算电机速度，精度最高可达到原来的50倍。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种直流无刷电机，具体为一种用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器。
背景技术
直流无刷电机是由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。用电子换向取代了机械式的电刷和换向器，具有低噪声、寿命长、无火花干扰、良好的调速性能、方便集中控制等优点，在多个领域得到了广泛的应用，例如办公计算机外围设备、电子数码消费品领域、工业控制领域、医疗设备领域、汽车领域、家用电器领域等。直流无刷电机正因为电子换相，所以需要用到驱动器驱动电路。换向电路由驱动及控制两部分组成，驱动电路和控制电路可各自成为一体。驱动电路输出电功率，驱动电动机的电枢绕组，并受控于控制电路。
目前金融系统用纸币清分机采用的直流电机属于有刷电机，功率为250W以上。由于纸币清分机使用频繁，直流电机的电刷磨损严重，需要经常维修更换，影响了纸币清分机的使用寿命，降低了工作效率，提高了设备及维修成本。
现有的直流无刷电机驱动电路是针对办公计算机外围设备、电子数码消费品领域等设计的，通过采集电机本身的霍尔信号来计算电机转速，再调节稳速，精度不高。如果纸币清分机改用直流无刷电机进行驱动，由于电机速度的控制精度要求不同，无法直接采用现有的驱动电路实现。
实用新型内容
针对现有技术中直流无刷电机驱动电路存在的上述不足，本实用新型要解决的问题是提供一种用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型提供一种用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器，包括控制部分及驱动部分，其中控制部分的输入端接收外部信号，控制部分的输出端与驱动部分的输入端相连，驱动部分的输出端接至直流无刷电机M，直流无刷电机M的转速信号送至控制部分的输入端形成反馈闭环控制。
控制部分包括MCU模块、控制接口、第一光电隔离模块、第二光电隔离模块、光电码盘测速模块以及电机控制模块，其中光电码盘测速模块采集直流无刷电机的转速数据，经第二光电隔离模块送至MCU模块的转速信号输入端，控制接口的输入端接收外部信号，输出端经第一光电隔离模块与MCU模块的外部信号输入端相连；MCU模块的输出端接至电机控制模块，电机控制模块的输出信号与驱动部分的输入端相连。
本实用新型还包括通信模块，外部通过通信接口与MCU模块进行通讯连接。
驱动部分包括第一～三半桥驱动模块和第一～三半桥电路，其中第一～三半桥驱动模块分别接收控制部分中电机控制模块输出的三相控制信号，第一～三半桥驱动模块的输出端分别经第一～三半桥驱动模块接至直流无刷电机M的三相接线端子上。
第一～三半桥电路结构相同，均包括第一～第二MOS管，第一MOS管的源极与第二MOS管的漏极相连，相连节点经直流无刷电机M的端子与一相绕组连接；第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极接收同相半桥驱动模块输出的驱动信号；第一MOS管的栅极与源极之间接有第一电阻，源极经第二电阻接地；第二MOS管的栅极与源极之间接有第三电阻。
本实用新型具有以下有益效果及优点：
1.本实用新型中无刷电机转动带动码盘转动，与槽型光耦配合使用，光耦一端输出PWM方波，每1个周期信号代表码盘转动了1个码齿，通过采集码盘信号计算电机速度，精度最高可达到原来的50倍。
附图说明
图1为本实用新型一种直流无刷电机驱动器系统的模块示意图；
图2为本实用新型半桥电路的电路原理图；
图3为本实用新型半桥驱动模块的电路原理图；
图4为本实用新型一种直流无刷电机驱动器系统的工作流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步阐述。
如图1所示，本实用新型提供一种用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器，包括控制部分及驱动部分，其中控制部分的输入端接收外部信号，控制部分的端与驱动部分的输入端相连，驱动部分的输出端接至直流无刷电机M，直流无刷电机M的转速信号送至控制部分的输入端形成反馈闭环控制。
控制部分包括MCU模块、控制接口、第一光电隔离模块、第二光电隔离模块、光电码盘测速模块以及电机控制模块，其中光电码盘测速模块采集直流无刷电机的转速数据，经第二光电隔离模块送至MCU模块的转速信号输入端，控制接口的输入端接收外部信号，输出端经第一光电隔离模块与MCU模块的外部信号输入端相连；MCU模块的输出端接至电机控制模块，电机控制模块的输出信号与驱动部分的输入端相连。
控制部分还包括通信模块，外部通过通信接口与MCU模块进入通讯连接。
驱动部分包括第一～三半桥驱动模块和第一～三半桥电路，其中第一～三半桥驱动模块分别接收控制部分中电机控制模块输出的三相控制信号，第一～三半桥驱动模块的输出端分别经第一～三半桥驱动模块接至直流无刷电机M的三相接线端子上。
如图2所示，第一～三半桥电路结构相同，各半桥电路包括第一～第二MOS管T1～T2，第一MOS管T1的源极(S1脚)与第二MOS管T2的漏极(D2脚)相连，相连节点经直流无刷电机M的端子与一相绕组连接；第一MOS管T1的栅极(G1脚)、第二MOS管T2的栅极(G2脚)接收同相半桥驱动模块输出的驱动信号；第一MOS管T1的G1脚与S1脚之间接有第一电阻R1，S1脚经第二电阻R2接地；第二MOS管T2的G2脚与源极(S2脚)之间接有第三电阻R3。
如图3所示，半桥驱动模块包括高压半桥栅极驱动芯片IC2(BP6901A)、二极管D2(1N4148)、第一电容C2(0.1uF)以及第二电容E2(2.2uF)，其中第一电容C2一端与高压半桥栅极驱动芯片IC2的1脚相连，另一端与电源地相连；二极管D2的正极与高压半桥栅极驱动芯片IC2的1脚相连，另一端与高压半桥栅极驱动芯片IC2的8脚相连；第二电容E2的一端与高压半桥栅极驱动芯片IC2的6脚相连，另一端与高压半桥栅极驱动芯片IC2的8脚相连。半桥驱动模块提高了对半桥电路的驱动能力，进而提高电机负载能力，半桥驱动模块最高可驱动600V直流无刷电机工作。
本实施例中，三相正弦无刷直流电机控制模块核心部件采用芯片BP6309AP，该芯片内部集成无刷电机驱动控制算法，安全可靠，带有过流保护；采集3路霍尔信号来判断电机堵转，带有堵转保护。
光电码盘测速模块利用150齿码盘测速，电机每转1/150周，MCU采集到1个脉冲信号，进行1次PID调速，相比采用霍尔信号每1/3周测速一次，精度提高了50倍。
本实用新型通过DCDC模块连接供电接口实现供电，外部电源可通过供电接口为DCDC模块供电，DCDC模块同时为通信模块、MCU模块以及电机控制模块供电。
本实用新型通过采集码盘信号来计算电机速度，无刷电机转动带动码盘转动，与槽型光耦配合使用，光耦一端输出PWM方波，每1个周期信号代表码盘转动了1个码齿，相比采用霍尔信号每1/3周测速一次，精度提高了50倍。
本实施例中，三相正弦无刷直流电机控制模块集成霍尔位置解码器、MOSFET驱动以及振荡器，具有正反转控制与刹车功能；三相正弦无刷直流电机控制模块采集到直流无刷电机的3路霍尔信号，经过信号处理分析，当电机发生堵转时，立即停止电机转动，系统处于保护状态；三相正弦无刷直流电机控制模块采用正弦驱动，这种驱动方式可以改善电机运行效果，使输出力矩均匀；本实用新型中带有通信接口、通信模块，可实现多机通信一台主机控制多台无刷电机系统工作，在脱离通信网络情况下，可独立由控制接口控制本系统工作。
光电码盘测速模块由光电开关SG-214与150齿塑料码盘组成，电机转轴每转1/150周产生一个脉冲信号，直流无刷电机自带三个霍尔传感器，电机转轴每转1/3周产生一个脉冲信号，由此得出结论光电码盘测速模块的测速精度更高，MCU模块PID调速更平缓。
如图4所示，本实用新型的工作过程及原理如下：
1)外部直流电源24V与供电接口连接，直流24V经过DCDC模块处理后输出12V与3.3V直流，12V为三相正弦无刷直流电机控制模块供电，3.3V为MCU与通信模块供电；
2)上电后，系统处于待机状态，待机状态下，外部主机经过通信接口、通信模块给MCU模块发送指令，指令内容包括电机启停、速度档位，MCU接收到启动指令后，控制三相正弦无刷直流电机控制模块驱动电机转动；
3)在电机运转中，电机转动轴带动光栅码盘转动，产生码盘信号发送到MCU模块，MCU以电机当前速度与预定速度做为参数进行PID计算，计算后微调电机转速，循环采集当前速度与预定速度做为参数进行PID计算，最终使当前速度无限接近预定速度；
4)电机运行中，如遇到过温、过流、堵转或通信接口收到关闭指令，三相正弦无刷直流电机控制模会控制电机停止运转，系统处理保护状态。
Claims (5)
1.一种用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器，其特征在于：包括控制部分及驱动部分，其中控制部分的输入端接收外部信号，控制部分的输出端与驱动部分的输入端相连，驱动部分的输出端接至直流无刷电机M，直流无刷电机M的转速信号送至控制部分的输入端形成反馈闭环控制。
2.根据权利要求1所述的用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器，其特征在于：控制部分包括MCU模块、控制接口、第一光电隔离模块、第二光电隔离模块、光电码盘测速模块以及电机控制模块，其中光电码盘测速模块采集直流无刷电机的转速数据，经第二光电隔离模块送至MCU模块的转速信号输入端，控制接口的输入端接收外部信号，输出端经第一光电隔离模块与MCU模块的外部信号输入端相连；MCU模块的输出端接至电机控制模块，电机控制模块的输出信号与驱动部分的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器，其特征在于：还包括通信模块，外部通过通信接口与MCU模块进行通讯连接。
4.根据权利要求1所述的用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器，其特征在于：驱动部分包括第一～三半桥驱动模块和第一～三半桥电路，其中第一～三半桥驱动模块分别接收控制部分中电机控制模块输出的三相控制信号，第一～三半桥驱动模块的输出端分别经第一～三半桥驱动模块接至直流无刷电机M的三相接线端子上。
5.根据权利要求4所述的用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器，其特征在于：第一～三半桥电路结构相同，均包括第一～第二MOS管，第一MOS管的源极与第二MOS管的漏极相连，相连节点经直流无刷电机M的端子与一相绕组连接；第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极接收同相半桥驱动模块输出的驱动信号；第一MOS管的栅极与源极之间接有第一电阻，源极经第二电阻接地；第二MOS管的栅极与源极之间接有第三电阻。
Priority Applications (1)
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| CN202023311194.7U CN214591222U (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 一种用于纸币清分机的直流无刷电机驱动器 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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ID=78336196
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Country Status (1)
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2020
- 2020-12-31 CN CN202023311194.7U patent/CN214591222U/zh active Active
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