CN215646641U - 电机控制系统和电动手柄 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机控制系统和电动手柄，所述系统包括：逆变电路，限流器，限流器串联在逆变电路的输出端与电机的输入端之间，且限流器并联有限流开关；电流采集电路，电流采集电路的输入端与逆变电路的输出端相连，用以采集逆变电路的输出电流并转换为第一电压；比较电路，比较电路的第一输入端与电流采集电路的输出端相连，比较电路的第二输入端与参考电压提供电路相连，用以对第一电压和参考电压提供电路提供的参考电压进行比较，并输出比较信号至限流开关，以控制限流开关的通断。由此，能够抑制电流的尖峰脉冲，减少对电路的干扰，同时降低电机高速运转时的电流，减少电机的发热，提高电机高速运行的时间，延长电机的使用寿命。

Description

电机控制系统和电动手柄

技术领域

本实用新型涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机控制系统和一种电动手柄。

背景技术

在常规的三相无刷电机驱动控制中，电机控制一般采用驱动芯片加MOS管来控制电机，6个MOS管组成3对全桥整流电路，在桥臂中引出三根线接到三相无刷电机的三个相线中。MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)通过给驱动芯片相应信号使驱动芯片分时控制6个MOS管导通来控制三相无刷电机运转。无刷电机在高速运转时，电机消耗的电流很大，由于无刷电机是由线圈绕成的，且线圈有内阻，当电流很大时，电机的发热情况很明显，导致电机易损坏。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种电机控制系统，能够抑制电流的尖峰脉冲，减少对电路的干扰，同时降低电机高速运转时的电流，减少电机的发热，提高电机高速运行的时间，延长电机的使用寿命。

本实用新型的第二个目的在于提出一种电动手柄。

为达到上述目的，本实用新型第一方面提出了一种电机控制系统，包括：逆变电路，还包括：限流器，所述限流器串联在所述逆变电路的输出端与电机的输入端之间，且所述限流器并联有限流开关；电流采集电路，所述电流采集电路的输入端与所述逆变电路的输出端相连，用以采集所述逆变电路的输出电流并转换为第一电压；比较电路，所述比较电路的第一输入端与所述电流采集电路的输出端相连，所述比较电路的第二输入端与参考电压提供电路相连，用以对所述第一电压和所述参考电压提供电路提供的参考电压进行比较，并输出比较信号至所述限流开关，以控制所述限流开关的通断。

本实用新型的电机控制系统，在逆变电路的输出端与电机的输入端之间设置限流器，且限流器并联有限流开关，电流采集电路的输入端与逆变电路的输出端相连，用以采集逆变电路的输出电流并转换为第一电压；比较电路的第一输入端与电流采集电路的输出端相连，比较电路的第二输入端与参考电压提供电路相连，用以对第一电压和参考电压提供电路提供的参考电压进行比较，并输出比较信号至限流开关，以控制限流开关的通断。由此，该电机控制系统能够抑制电流的尖峰脉冲，减少对电路的干扰，同时降低电机高速运转时的电流，减少电机的发热，提高电机高速运行的时间，延长电机的使用寿命。

另外，根据本实用新型上述的电机控制系统，还可以具有如下的附加技术特征：

具体地，所述限流器为电感。

具体地，所述电流采集电路包括：电流采集器，所述电流采集器的输入端与所述逆变电路的输出端相连，用以采集所述逆变电路的输出电流；模数转换器，所述模数转换器的输入端与所述电流采集器的输出端相连，用以对所述输出电流进行模数转换得到数字电流信号；电流电压变换器，所述电流电压变换器的输入端与所述模数转换器的输出端相连，所述电流电压变换器的输出端与所述比较电路的第一输入端相连，用以将所述数字电流信号转换为所述第一电压。

具体地，所述参考电压提供电路包括：处理器，所述处理器的输入端与第一信号输入端相连，所述第一信号输入端的输入信号为所述电机的实际转速，所述处理器用以根据所述实际转速生成限流设置信号；第一电阻，所述第一电阻的一端与第二信号输入端相连，所述第二信号输入端的输入信号为所述电机的直流母线电流；可控开关，所述可控开关的控制端与所述处理器的输出端相连，所述可控开关的第一端与所述第一电阻的另一端相连，所述可控开关的第二端接地；分压电路，所述分压电路的第一端与所述第一电阻的一端相连，所述分压电路的第二端接地，所述分压电路的分压端与所述比较电路的第二输入端相连。

具体地，所述处理器用以在所述电机的实际转速大于预设转速时输出第一限流设置信号，并在所述电机的实际转速小于等于所述预设转速时输出第二限流设置信号。

具体地，所述述分压电路包括：第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端相连且具有第一节点，所述第三电阻的另一端接地，所述第一节点与所述比较电路的第二输入端相连。

具体地，所述参考电压提供电路还包括：第四电阻，所述第四电阻串联在所述处理器的输出端与所述可控开关的控制端之间。

进一步地，上述的电机控制系统还包括滤波器，所述滤波器设置在所述逆变电路的输出端与所述电机的输入端之间。

具体的，所述滤波器包括串联连接的第五电阻和第一电容，所述第五电阻和所述第一电容串联后的一端连接在所述逆变电路的输出端与所述电机之间，另一端接地。

为达到上述目的，本实用新型第二方面提出了一种电动手柄，其包括上述的电机控制系统。

本实用新型的电动手柄，通过上述的电机控制系统，能够抑制电流的尖峰脉冲，减少对电路的干扰，同时降低电机高速运转时的电流，减少电机的发热，提高电机高速运行的时间，延长电机的使用寿命。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的电机控制系统的示意图；

图2为根据本实用新型一个实施例的电机控制系统的示意图；

图3为根据本实用新型另一个实施例的电机控制系统的示意图；

图4为根据本实用新型一个实施例的电流采集电路的方框示意图；

图5为根据本实用新型一个实施例的参考电压提供电路的示意图；

图6为根据本实用新型实施例的电动手柄的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本申请是发明人基于以下问题做出的研究：

无刷电机一般运行转速较高，电机在高速旋转时，其电机线圈会因切割磁力线而产生反电动势，电机转速越高，线圈产生的反电动势越大。当电机高速运转时，为了克服反向电动势的作用，电机的驱动需要输出更多的驱动电流。当电流增大时，由于线圈内阻的存在，电机的发热量Q＝I2Rt增大。而在发热量太大时，电机不能长时间高速运行，且电流大对电源电路要求更高。

因此，为了解决上述问题，本实用新型提出了一种电机控制系统，能够抑制电流的尖峰脉冲，减少对电路的干扰，同时降低电机高速运转时的电流，减少电机的发热，提高电机高速运行的时间，延长电机的使用寿命。

下面参考附图描述本实用新型实施例提出的电机控制系统和电动手柄。

图1为根据本实用新型实施例的电机控制系统的示意图。

如图1所示，本实用新型的电机控制系统，可包括：逆变电路10、限流器20、限流开关30、电流采集电路40、比较电路50和参考电压提供电路60。

其中，逆变电路10用于将直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。限流器20串联在逆变电路10的输出端与电机M的输入端之间，且限流器20并联有限流开关30。电流采集电路40的输入端与逆变电路10的输出端相连，用以采集逆变电路10的输出电流并转换为第一电压。比较电路50的第一输入端与电流采集电路40的输出端相连，比较电路50的第二输入端与参考电压提供电路60相连，用以对第一电压和参考电压提供电路60提供的参考电压进行比较，并输出比较信号至限流开关30，以控制限流开关30的通断。

具体而言，在电机上电工作时，进入的直流电源经过逆变电路10将直流电源转换为频率和电压都可以任意调节的交流电源。电流采集电路40采集到逆变电路10输出的电流并且转化为第一电压。比较电路50的一个输入端获取电流采集电路40转化的第一电压，另一个输入端与参考电压提供电路60相连，用于比较第一电压和参考电压之间的大小关系。其中，当第一电压大于等于参考电压时，说明逆变电路10的输出电流较大，此时控制限流开关30断开，以使限流器20工作，以限制逆变电路10输入至电机M的电流，防止电机电流过大而产生较多的热量；当第一电压小于参考电压时，说明逆变电路10的输出电流较小，此时控制限流开关30闭合，以使限流器20停止工作，此时逆变电路10的输出电流直接输入至电机M。由此，能够在逆变电路的电流较大时，使限流器工作，降低电机高速运转时的电流，减少电机的发热，提高电机高速运行的时间，延长电机的使用寿命。

根据本实用新型的一个实施例，限流器20可以为电感，其中，基于电感自身的特性，经过电感的电流不能快速变化，因此当电机高速运转时，电流变化率会变慢，可以抑制电流的尖峰脉冲减少对电路的干扰。另外，由于电感具有储能作用，电感存储相线的尖峰电流，使得相线电流变得平滑，相线整体电流变低。

作为具体示例，如图2所示，假设电机为三相电机，那么三相电机的每一路输入端均连接有并联设置的限流器和限流开关。例如，在电机M的A相输入端与逆变电路10的输出端设置有并联的电感L1和K1，在电机M的B相输入端与逆变电路10的输出端设置有并联的电感L2和K2，在电机M的C相输入端与逆变电路10的输出端设置有并联的电感L3和K3。比较电路50根据第一电压和参考电压之间的关系对K1、K2和K3进行控制，例如，当第一电压大于参考电压时，比较电路50输出控制信号，控制K1、K2和K3断开，以使L1、L2和L3工作，限制逆变电路10的输出电流，以降低电机高速运转时的电流，减少电机的发热。

进一步地，根据本实用新型的一个实施例，如图3所示，上述的电机控制系统，还可包括：滤波器70，滤波器70设置在逆变电路10的输出端与电机的输入端之间。其中，滤波器70可包括串联连接的第五电阻R5和第一电容C1，第五电阻R5和第一电容C1串联后的一端连接在逆变电路10的输出端与电机M之间，另一端接地。

图3仅作为本实用新型的一个示例，电机为三相电机时的情况，同样地，当电机为单相电机时，在电机的输入端与逆变电路10的输出端设置滤波器即可，以吸收输出电压的高次谐波，降低输出脉冲电压上升沿的电压变化值，电机内分布电容的电压耦合作用会大大减弱，达到抑制轴承电流的目的。

下面详细描述电流采集电路和参考电压提供电路。

根据本实用新型的一个实施例，如图4所示，电流采集电路40可包括：电流采集器41、模数转换器42和电流电压变换器43。其中，电流采集器41的输入端与逆变电路10的输出端相连，电流采集器41采集逆变电路10的输出电流；数模转换器42的输入端与电流采集器41的输出端相连，数模转换器42将电流采集器41采集到的输出电流进行数模转换，得到数字电流信号；电流电压变换器43的输入端与数模转换器42的输出端相连，电流电压变换器43的输出端与比较电路50的第一端相连，将得到的数字信号转换为第一电压，从而实现将模拟信号转换为数字信号，便于后续比较电路根据该数字信号与参考电压进行比较。

根据本实用新型的一个实施例，如图5所示，参考电压提供电路60可包括：处理器61、第一电阻R1、可控开关62和分压电路63，其中，处理器61的输入端与第一信号输入端相连，第一信号输入端的输入信号为电机的实际转速，处理器61用以根据实际转速生成限流设置信号；第一电阻R1的一端与第二信号输入端相连，第二信号输入端的输入信号为电机的直流母线电流；可控开关62的控制端与处理器31的输出端相连，可控开关62的第一端与第一电阻R1的另一端相连，可控开关62的第二端接地；分压电路63的第一端与第一电阻R1的一端相连，分压电路63的第二端接地，分压电路63的分压端与比较电路50的第二输入端相连。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，参考电压提供电路60还可包括：第四电阻R4，第四电阻R4串联在处理器61的输出端与可控开关62的控制端之间。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，分压电路63可包括：第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2的一端与第一电阻R1的一端相连，第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的一端相连且具有第一节点J1，第三电阻R3的另一端接地，第一节点J1与比较电路50的第二输入端相连。

根据本实用新型的一个实施例，处理器61用以在电机的实际转速大于预设转速时输出第一限流设置信号，并在电机的实际转速小于等于预设转速时输出第二限流设置信号。其中，预设转速可根据实际情况进行标定。

具体而言，当电机的实际转速较高，且逆变电路的输出电流较大时，会使电机处于发热状态；当电机的实际转速较低时，即使逆变电路的输出电流较大，对电机的影响也较小。也就是说，需要根据电机的实际转速确定参考电压的大小。例如，当电机的实际转速大于预设转速时，输出第一限流设置信号(如高电平信号)，此时可控开关62处于导通状态，第一电阻R1等效接地，第一电阻进行分流，使得分压电路63的输出电压(第一节点J1处的电压)减小，即参考电压减小；当电机的实际转速小于等于预设转速时，输出第二限流设置信号(低电平信号)，此时可控开关62处于截止状态，第一电阻R1不起作用。

综上所述，本实用新型的电机控制系统，在逆变电路的输出端与电机的输入端之间设置限流器，且限流器并联有限流开关，电流采集电路的输入端与逆变电路的输出端相连，用以采集逆变电路的输出电流并转换为第一电压；比较电路的第一输入端与电流采集电路的输出端相连，比较电路的第二输入端与参考电压提供电路相连，用以对第一电压和参考电压提供电路提供的参考电压进行比较，并输出比较信号至限流开关，以控制限流开关的通断。由此，该电机控制系统能够抑制电流的尖峰脉冲，减少对电路的干扰，同时降低电机高速运转时的电流，减少电机的发热，提高电机高速运行的时间，延长电机的使用寿命。

对应上述实施例，本实用新型还提出了一种电动手柄。

如图6所示，本实用新型实施例的电动手柄100，可包括：上述的电机控制系统110。

本实用新型实施例的电动手柄，通过上述的电机控制系统，能够抑制电流的尖峰脉冲，减少对电路的干扰，同时降低电机高速运转时的电流，减少电机的发热，提高电机高速运行的时间，延长电机的使用寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电机控制系统，包括逆变电路，其特征在于，还包括：

限流器，所述限流器串联在所述逆变电路的输出端与电机的输入端之间，且所述限流器并联有限流开关；

电流采集电路，所述电流采集电路的输入端与所述逆变电路的输出端相连，用以采集所述逆变电路的输出电流并转换为第一电压；

比较电路，所述比较电路的第一输入端与所述电流采集电路的输出端相连，所述比较电路的第二输入端与参考电压提供电路相连，用以对所述第一电压和所述参考电压提供电路提供的参考电压进行比较，并输出比较信号至所述限流开关，以控制所述限流开关的通断。

2.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，所述限流器为电感。

3.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，所述电流采集电路包括：

电流采集器，所述电流采集器的输入端与所述逆变电路的输出端相连，用以采集所述逆变电路的输出电流；

模数转换器，所述模数转换器的输入端与所述电流采集器的输出端相连，用以对所述输出电流进行模数转换得到数字电流信号；

电流电压变换器，所述电流电压变换器的输入端与所述模数转换器的输出端相连，所述电流电压变换器的输出端与所述比较电路的第一输入端相连，用以将所述数字电流信号转换为所述第一电压。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电机控制系统，其特征在于，所述参考电压提供电路包括：

处理器，所述处理器的输入端与第一信号输入端相连，所述第一信号输入端的输入信号为所述电机的实际转速，所述处理器用以根据所述实际转速生成限流设置信号；

第一电阻，所述第一电阻的一端与第二信号输入端相连，所述第二信号输入端的输入信号为所述电机的直流母线电流；

可控开关，所述可控开关的控制端与所述处理器的输出端相连，所述可控开关的第一端与所述第一电阻的另一端相连，所述可控开关的第二端接地；

分压电路，所述分压电路的第一端与所述第一电阻的一端相连，所述分压电路的第二端接地，所述分压电路的分压端与所述比较电路的第二输入端相连。

5.根据权利要求4所述的电机控制系统，其特征在于，所述处理器用以在所述电机的实际转速大于预设转速时输出第一限流设置信号，并在所述电机的实际转速小于等于所述预设转速时输出第二限流设置信号。

6.根据权利要求4所述的电机控制系统，其特征在于，所述分压电路包括：第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端相连且具有第一节点，所述第三电阻的另一端接地，所述第一节点与所述比较电路的第二输入端相连。

7.根据权利要求4所述的电机控制系统，其特征在于，所述参考电压提供电路还包括：第四电阻，所述第四电阻串联在所述处理器的输出端与所述可控开关的控制端之间。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的电机控制系统，其特征在于，还包括：滤波器，所述滤波器设置在所述逆变电路的输出端与所述电机的输入端之间。

9.根据权利要求8所述的电机控制系统，其特征在于，所述滤波器包括串联连接的第五电阻和第一电容，所述第五电阻和所述第一电容串联后的一端连接在所述逆变电路的输出端与所述电机之间，另一端接地。

10.一种电动手柄，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的电机控制系统。

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