專利名稱：一種直流無刷電機的電流保護的控制裝置的制作方法
技術領域：
一種直流無刷電機的電流保護的控制裝置技術領域[0001 ] 本實用新型涉及一種直流無刷電機的控制裝置，尤其涉及一種直流無刷電機的電 流保護的控制裝置。
背景技術：
直流無刷電機被廣泛應用于汽車、電動車等設備中。如果直流無刷電機中的電流 過高，則會影響直流無刷電機的安全性。目前，為了保護直流無刷電機在工作時的安全性， 通常是對直流無刷電機中的電流進行控制，以防止直流無刷電機中的電流過高。圖1顯示 了現(xiàn)有的直流無刷電機的電流控制裝置的結構示意圖。如圖1所示，電流控制裝置1包括 電池11、逆變器12、直流無刷電機13、調速手把14、控制器15和電流檢測單元16。電池11通過逆變器12與直流無刷電機13相連接，用以經由逆變器12對直流無 刷電機13供電。調速手把14與控制器15相連接，用以產生調速信號并將該調速信號輸入 至控制器15。電流檢測單元16分別與直流無刷電機13和控制器15相連接，用以檢測直流 無刷電機13中的電流，并將與檢測到的電流值對應的電流信號輸入至控制器15?？刂破?5分別與調速手把14、電流檢測單元16和逆變器12相連接，用以根據(jù)調 速手把14輸入的調速信號和電流檢測單元16輸入的電流信號產生PWM信號，并將產生的 PWM信號輸入至逆變器12。控制器15基于電流檢測單元16輸入的電流信號判定直流無刷 電機13中的電流是否超出預設的電流限定值。當控制器15判定直流無刷電機13中的電 流超出預設的電流限定值時，控制器15基于調速手把14輸入的調速信號和電流檢測單元 16輸入的電流信號產生PWM信號。當控制器15判定直流無刷電機13中的電流未超出預設 的電流限定值時，控制器15則基于調速手把14輸入的調速信號產生PWM信號。逆變器12分別與電池11、控制器15和直流無刷電機13相連接，用以基于控制器 15輸出的PWM信號對電池11輸出的電壓進行脈寬調制并將調制后的電壓逆變?yōu)槿嚯妷?供給至直流無刷電機13，從而達到調節(jié)直流無刷電機13中的電流的目的。在控制器15中，調速手把14輸出的調速信號和電流檢測單元16輸出的電流信號 經由控制器15中的AD轉換器(未顯示)被輸入至控制器15，而控制器15產生的PWM信號 則經由控制器15中的定時器(未顯示)被輸出至逆變器12。使用上述電流控制裝置1來實現(xiàn)對直流無刷電機中電流的控制，容易造成直流無 刷電機中電流和轉矩的波動，降低了電流的利用效率，同時當其應用于電動車的時候，會使 得騎乘的舒適性降低。另外，對于電流控制裝置1而言，如果采用低速的智能控制芯片MCU 作為控制器，則電流檢測和控制速度會不夠，從而降低對直流無刷電機保護的安全性，如果 采用高速的智能控制芯片MCU作為控制器，則生產成本過高。
實用新型內容鑒于上述問題，本實用新型提供了一種直流無刷電機的電流保護的控制裝置。本 實用新型的控制裝置能夠降低直流無刷電機中電流和轉矩的波動，從而提高電流的利用效3率，延長電池的使用壽命，并且在應用于電動車的時候還能夠提高騎乘的舒適性。本實用新型的一種直流無刷電機的電流保護的控制裝置，包括直流無刷電機、逆 變器、控制器、調速手把和電池，其中電池通過逆變器與直流無刷電機相連接，用以經由逆 變器對直流無刷電機供電；調速手把與控制器相連接，用以將產生的調速信號輸入至控制 器；控制器與逆變器相連接，用以將產生的PWM信號輸入至逆變器；逆變器基于PWM信號對 電池輸出的電壓進行脈寬調制并將調制后的電壓逆變?yōu)槿嚯妷汗┙o至直流無刷電機；控制裝置進一步包括位置傳感器、電壓檢測單元和存儲單元，其中[0011 ] 位置傳感器分別與直流無刷電機和控制器相連接，用以檢測直流無刷電機的電機 轉子的位置，并將檢測到的位置轉換成位置信號輸入至控制器；電壓檢測單元分別與電池和控制器相連接，用以檢測電池輸出的電壓，并將與檢 測到的電壓值對應的電壓信號輸入至控制器；存儲單元與控制器相連接，用以存儲電壓限制曲線和電流限制曲線；控制器從存儲單元中讀取電壓限制曲線和電流限制曲線，并根據(jù)輸入的位置信 號、電壓信號和調速信號以及讀取的電壓控制曲線和電流控制曲線，產生PWM信號。通過采用具有上述結構的控制裝置，能夠降低直流無刷電機中電流和轉矩的波 動，從而提高電流的利用效率，延長電池的使用壽命，并且在應用于電動車的時候還能夠提 高騎乘的舒適性。另外，本實用新型的控制裝置中的控制器采用低速的智能控制芯片MCU。由于本實 用新型能夠采用低速的智能控制芯片MCU，因此能夠在保障直流無刷電機的速度控制的基 礎上實現(xiàn)安全、高效的電機電流控制的同時，降低生產成本。
圖1顯示了現(xiàn)有的直流無刷電機的電流控制裝置的結構示意圖；圖2顯示了根據(jù)本實用新型的第一實施例的直流無刷電機的電流保護的控制裝 置的結構示意圖；圖3顯示了根據(jù)本實用新型的第二實施例的直流無刷電機的電流保護的控制裝 置的結構示意圖。
具體實施方式
下文將參考附圖描述根據(jù)本實用新型的各種實施例。圖2顯示了根據(jù)本實用新型的第一實施例的直流無刷電機的電流保護的控制裝 置的結構示意圖。如圖2所示，控制裝置2包括電池21、逆變器22、直流無刷電機23、調速 手把M、控制器25、電壓檢測單元沈、位置傳感器27和存儲單元28。在本實施例中，控制 器25為智能控制芯片MCU。電池21通過逆變器22與直流無刷電機23相連接，用以經由逆變器22對直流無 刷電機23供電。調速手把M與控制器25相連接，用以將產生的調速信號輸入至控制器25。調速 手把M被用戶所操縱以調節(jié)直流無刷電機的轉速。調速手把M所產生的調速信號為調速 的電壓信號。調速手把M輸出的調速信號經由控制器25中的AD轉換器(未顯示)被輸入至與其連接的控制器25。電壓檢測單元沈分別與電池21和控制器25相連接，用以檢測電池21輸出的電 壓，并將與檢測到的電壓值對應的電壓信號后輸入至控制器25。電壓檢測單元沈輸出的電 壓信號經由控制器25中的AD轉換器(未顯示)被輸入至與其連接的控制器25。電壓檢測 單元沈可以是能夠檢測出電壓信號的各種常用的電壓檢測電路。位置傳感器27分別與直流無刷電機23和控制器25相連接，用以檢測直流無刷電 機23的電機轉子的位置，并將檢測到的位置轉換成位置信號輸入至控制器。位置傳感器27 輸出的位置信號經由控制器25中的I/O端口(未顯示)被輸入至與其連接的控制器25。 位置傳感器27可以是能夠檢測出位置信號的各種常用的傳感器。存儲單元觀與控制器25相連接。在存儲單元觀中存儲有電壓限制曲線和電流 限制曲線。電流限制曲線是直流無刷電機23對應于不同電機速度的各個電流限制值所構 成的曲線，該電流限制曲線被預先設定并存儲在存儲單元觀中。電壓限制曲線是直流無刷 電機23對應于不同電機速度的各個電壓限制值所構成的曲線，該電壓限制曲線可以根據(jù) 直流無刷電機23的參數(shù)，即反向電動勢系數(shù)、電機內阻和電機極對數(shù)，被預先計算得出并 存儲在存儲單元觀中，或者可以根據(jù)實測結果獲取優(yōu)良的電壓限制曲線并存儲在存儲單 元觀中。存儲單元觀經由控制器25中的通信端口(未顯示)與控制器25實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存 取。存儲單元觀可以是電可擦除只讀存儲器EEPROM或其他類似的存儲器。控制器25分別與逆變器22、調速手把24、電壓檢測單元沈、位置傳感器27和存儲 單元觀相連接。控制器25從存儲單元觀中讀取電壓限制曲線和電流限制曲線，并根據(jù)位 置傳感器27輸入的電機轉子的位置信號、電壓檢測單元沈輸入的電壓信號、調速手把M 輸入的調速信號以及從存儲單元觀中讀取的電壓控制曲線和電流控制曲線，產生PWM信號 并將產生的PWM信號輸入至逆變器22?？刂破?5根據(jù)位置傳感器27輸入的電機轉子的位置信號計算出電機轉速，再根 據(jù)計算出的電機轉速、電壓檢測單元沈輸入的電壓信號、調速手把M輸入的調速信號以及 從存儲單元觀中讀取的電壓控制曲線和電流控制曲線計算出PWM限制值，然后將計算出的 PWM限制值與根據(jù)調速手把M輸入的調速信號計算出的PWM值相比較，并將其中相對較小 的值作為PWM輸出值轉換成PWM信號后經由控制器25中的定時器(未顯示)被輸出至逆 變器22，PWM輸出值的大小會影響直流無刷電機23中電流的大小?？刂破?5可以是低速 的智能控制芯片MCU。控制器25根據(jù)位置傳感器27輸入的電機轉子的位置信號計算電機轉速。例如， 控制器25可以通過計算位置傳感器27輸入的兩次電機轉子的位置信號之間的時間T來計 算電機轉速V，電機轉速V= 1/T/電機極對數(shù)。另外，當電機轉速降低時，控制器25也可以 在下一次位置信號未到達之前，實時計算距離前次位置信號的時間Tl并根據(jù)計算出的時 間Tl計算電機轉速V，電機轉速V = min (前次轉速，1/T1)。控制器25根據(jù)計算出的電機轉速、電壓檢測單元沈輸入的電壓信號、調速手把M 輸入的調速信號以及從存儲單元觀中讀取的電壓控制曲線和電流控制曲線計算PWM限制 值。例如，控制器25可以根據(jù)電壓檢測單元沈輸入的電壓信號、調速手把M輸入的調速 信號以及從存儲單元觀中讀取的電壓控制曲線和電流控制曲線計算PWM限制曲線，即PWM 限制曲線=(電壓限制曲線+調速信號X電流限制曲線X電機內阻)/電壓信號，計算出5的PWM限制曲線是與各個電機速度相對應的各個PWM限制值所構成的曲線，然后根據(jù)計算 出的電機速度，從上述計算出的PWM限制曲線中獲取相應的PWM限制值。 控制器25根據(jù)調速手把M輸入的調速信號計算PWM值。例如，可以采用簡單的比 例關系來計算PWM值，即PWM值=調速信號X系數(shù)k，其中系數(shù)k可以根據(jù)需要進行設定。 另外，也可以采用查表的方式來獲得PWM值，即根據(jù)不同的調速信號查出不同的PWM值。逆變器22分別與電池21、控制器25和直流無刷電機23相連接，用以基于控制器 25輸出的PWM信號對電池21輸出的電壓進行脈寬調制并將調制后的電壓逆變成三相電壓 供給至直流無刷電機23。通過采用具有上述結構的控制裝置，能夠降低直流無刷電機中電流和轉矩的波 動，從而提高電流的利用效率，延長電池的使用壽命，并且在應用于電動車的時候還能夠提 高騎乘的舒適性。而且通過采用具有上述結構的控制裝置，控制器25可以采用低速的智能 控制芯片MCU，從而能夠在保障直流無刷電機的速度控制的基礎上實現(xiàn)安全、高效的電機電 流控制的同時，降低生產成本。圖3顯示了根據(jù)本實用新型的第二實施例的直流無刷電機的電流保護的控制裝 置的結構示意圖。本實用新型的第二實施例的控制裝置3的結構與圖2所示的本實用新型 的第一實施例的控制裝置2的結構大致相同，不同之處在于本實用新型的第二實施例的控 制裝置3還包括電流檢測單元39。在第二實施例的控制裝置3中，對于與第一實施例的控 制裝置2中相同的部件，省略其說明。如圖3所示，第二實施例的控制裝置3包括電池31、逆變器32、直流無刷電機33、 調速手把34、控制器35、電壓檢測單元36、位置傳感器37、存儲單元38和電流檢測單元39。電池31通過逆變器32與直流無刷電機33相連接。調速手把34與控制器35相 連接。電壓檢測單元36分別與電池31和控制器35相連接。位置傳感器37分別與直流無 刷電機33和控制器35相連接。電流檢測單元39分別與直流無刷電機33和控制器35相連接，用以檢測直流無刷 電機33中的電流，并將與檢測到的電流值對應的電流信號輸入至控制器35。電流檢測單 元39輸出的電流信號經由控制器35中的AD轉換器(未顯示)被輸入至與其連接的控制 器35。電流檢測單元39可以是能夠檢測出電流信號的各種常用的電流檢測電路。存儲單元觀與控制器35相連接。在存儲單元38中存儲有電壓限制曲線和電流 限制曲線。電流限制曲線是直流無刷電機33對應于不同電機速度的各個電流限制值所構 成的曲線，該電流限制曲線被預先設定并存儲在存儲單元38中。電壓限制曲線是直流無刷 電機33對應于不同電機速度的各個電壓限制值所構成的曲線，該電壓限制曲線可以根據(jù) 直流無刷電機33的參數(shù)，即反向電動勢系數(shù)、電機內阻和電機極對數(shù)，被預先計算得出并 存儲在存儲單元38中，或者可以根據(jù)實測結果獲取優(yōu)良的電壓限制曲線并存儲在存儲單 元38中。另外，當直流無刷電機33發(fā)生變化(例如老化)時，存儲在存儲單元38中的電壓 限制曲線也可以經由控制器35被校正并更新。存儲單元38經由控制器35中的通信端口 (未顯示)與控制器35實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取。存儲單元38可以是電可擦除只讀存儲器EEPROM 或其他類似的存儲器?？刂破?5分別與逆變器32、調速手把34、電壓檢測單元36、位置傳感器37、存儲 單元38和電流檢測單元39相連接?？刂破?5從存儲單元38中讀取電壓限制曲線和電流限制曲線，并根據(jù)位置傳感器37輸入的電機轉子的位置信號、電壓檢測單元36輸入的電壓 信號、調速手把34輸入的調速信號、電流檢測單元39輸入的電流信號以及從存儲單元38 中讀取的電壓控制曲線和電流控制曲線，產生PWM信號并將產生的PWM信號輸入至逆變器 32。控制器35根據(jù)位置傳感器37輸入的電機轉子的位置信號計算出電機轉速，再根據(jù)計 算出的電機轉速、電壓檢測單元36輸入的電壓信號、調速手把34輸入的調速信號以及從存 儲單元38中讀取的電壓控制曲線和電流控制曲線計算出PWM限制值。同時，控制器35基 于電流檢測單元39輸入的電流信號判定直流無刷電機33中的電流是否超出預設的電流限 定值，當控制器35判定直流無刷電機33中的電流超出預設的電流限定值時，控制器35基 于調速手把34輸入的調速信號和電流檢測單元39輸入的電流信號計算出PWM值，當控制 器35判定直流無刷電機33中的電流未超出預設的電流限定值時，控制器35則基于調速手 把34輸入的調速信號計算出PWM值。然后，控制器35將計算出的PWM限制值與計算出的 PWM值相比較，并將其中相對較小的值作為PWM輸出值轉換成PWM信號后經由控制器35中 的定時器(未顯示)被輸出至逆變器32，PWM輸出值的大小會影響直流無刷電機33中電流 的大小。控制器35可以是低速的智能控制芯片MCU。 控制器35根據(jù)位置傳感器37輸入的電機轉子的位置信號計算電機轉速。例如， 控制器35可以通過計算位置傳感器37輸入的兩次電機轉子的位置信號之間的時間T來計 算電機轉速V，電機轉速V = 1 /T/電機極對數(shù)。另外，當電機轉速降低時，控制器35也可以 在下一次位置信號未到達之前，實時計算距離前次位置信號的時間Tl并根據(jù)計算出的時 間Tl計算電機轉速V，電機轉速V = min (前次轉速，1/T1)。[0041 ] 控制器35根據(jù)計算出的電機轉速、電壓檢測單元36輸入的電壓信號、調速手把34 輸入的調速信號以及從存儲單元38中讀取的電壓控制曲線和電流控制曲線計算PWM限制 值。例如，控制器35可以根據(jù)電壓檢測單元36輸入的電壓信號、調速手把34輸入的調速 信號以及從存儲單元38中讀取的電壓控制曲線和電流控制曲線計算PWM限制曲線，即PWM 限制曲線=(電壓限制曲線+調速信號X電流限制曲線X電機內阻)/電壓信號，計算出 的PWM限制曲線是與各個電機速度相對應的各個PWM限制值所構成的曲線，然后根據(jù)計算 出的電機速度，從上述計算出的PWM限制曲線中獲取相應的PWM限制值?？刂破?5計算PWM值。當控制器35判定直流無刷電機33中的電流超出預設的 電流限定值時，控制器35基于調速手把34輸入的調速信號和電流檢測單元39輸入的電流 信號計算出PWM值，例如，PWM值=調速信號X系數(shù)k-電流差X系數(shù)m，其中電流差指的 是直流無刷電機33中的電流的電流值與預設的電流限定值之間的差，系數(shù)k、m可以根據(jù)需 要進行設定。當控制器35判定直流無刷電機33中的電流未超出預設的電流限定值時，控 制器35則基于調速手把34輸入的調速信號計算出PWM值，即PWM值=調速信號X系數(shù)k， 其中系數(shù)k可以根據(jù)需要進行設定。此外，控制器35還可以根據(jù)不同的情況，諸如當直流無刷電機33發(fā)生變化(例如 老化)時，根據(jù)基于位置傳感器37輸入的電機轉子的位置信號計算出的電機轉速、調速手 把34輸入的調速信號、電流檢測單元39輸入的電流信號以及獲得的PWM輸出值，對存儲在 存儲單元38中的電壓限制曲線進行校正并更新。例如，校正后的電壓限制曲線=校正前的 電壓限制曲線+補償校正值，其中補償校正值的大小可以根據(jù)計算出的電機轉速、調速手 把34輸入的調速信號、電流檢測單元39輸入的電流信號以及獲得的PWM輸出值之間的情7況被適當?shù)卣{整。通過采用具有上述結構的控制裝置，處理能夠獲得第一實施例的有益效果外，還 能夠在面對突發(fā)意外時實現(xiàn)冗余保護以獲得更高的直流無刷電機的電流保護的安全性。雖然經過對本實用新型結合具體實施例進行描述，對于本技術領域的技術人員， 根據(jù)上文的敘述后作出的許多替代、修改與變化將是顯而易見。因此，當這樣的替代、修改 和變化落入附后的權利要求的精神和范圍之內時，應該被包括在本實用新型中。
權利要求1.一種直流無刷電機的電流保護的控制裝置，包括直流無刷電機、逆變器、控制器、調 速手把和電池，其中所述電池通過所述逆變器與所述直流無刷電機相連接，用以經由所述 逆變器對所述直流無刷電機供電；所述調速手把與所述控制器相連接，用以將產生的調速 信號輸入至所述控制器；所述控制器與所述逆變器相連接，用以將產生的PWM信號輸入至 所述逆變器；所述逆變器基于所述PWM信號對所述電池輸出的電壓進行脈寬調制并將調制 后的電壓逆變?yōu)槿嚯妷汗┙o至所述直流無刷電機；其特征在于，所述控制裝置進一步包括位置傳感器、電壓檢測單元和存儲單元，其中所述位置傳感器分別與所述直流無刷電機和所述控制器相連接，用以檢測所述直流無 刷電機的電機轉子的位置，并將檢測到的所述位置轉換成位置信號輸入至所述控制器；所述電壓檢測單元分別與所述電池和所述控制器相連接，用以檢測所述電池輸出的電 壓，并將與檢測到的電壓值對應的電壓信號輸入至所述控制器；所述存儲單元與所述控制器相連接，用以存儲電壓限制曲線和電流限制曲線；所述控制器從所述存儲單元中讀取所述電壓限制曲線和所述電流限制曲線，并根據(jù)輸 入的所述位置信號、所述電壓信號和所述調速信號以及讀取的所述電壓控制曲線和所述電 流控制曲線，產生所述PWM信號。
2.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置進一步包括電流檢測單 元，所述電流檢測單元分別與所述直流無刷電機和所述控制器相連接，用以檢測所述直流 無刷電機中的電流，并將與檢測到的電流值對應的電流信號輸入至所述控制器；所述控制器根據(jù)輸入的所述位置信號、所述電壓信號、所述調速信號和所述電流信號 以及讀取的所述電壓控制曲線和所述電流控制曲線，產生所述PWM信號。
3.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述存儲單元是電可擦除只讀存儲器 EEPROM。
4.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述控制器是低速的智能控制芯片MCU。
專利摘要本實用新型提供了一種直流無刷電機的電流保護的控制裝置，包括直流無刷電機、逆變器、控制器、調速手把和電池，其中電池通過逆變器與直流無刷電機相連接；調速手把與控制器相連接；控制器與逆變器相連接；控制裝置進一步包括位置傳感器、電壓檢測單元和存儲單元，其中位置傳感器分別與直流無刷電機和控制器相連接；電壓檢測單元分別與電池和控制器相連接；存儲單元與控制器相連接。通過采用具有上述結構的控制裝置，能夠降低直流無刷電機中電流和轉矩的波動，從而提高電流的利用效率，延長電池的使用壽命，并且在應用于電動車的時候還能夠提高騎乘的舒適性。
文檔編號H02P6/10GK201830193SQ201020572308
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)明者曾杰男, 顧曉強 申請人:京濱電子裝置研究開發(fā)(上海)有限公司