专利名称：电机及其控制器的制作方法
技术领域：
电机及其控制器技术领域[0001]本实用新型涉及电机领域，尤其是涉及一种电机控制器以及具有这种控制器的电机。
背景技术：
[0002]无刷直流电机因其具备连续调速的优点，越来越受到人们的青睐，已经广泛应用在各种电器设备中。无刷直流电机具有定子以及可相对于定子旋转的转子，并且设有一个用于控制电机工作的控制器，控制器的结构框图如图I所示。[0003]控制器具有单片机11，单片机11是能够编程并且对外输出控制信号的器件，其接收外部输入的控制信号。单片机11根据接收的控制信号生成脉冲调制信号，即PWM信号， 并将生成的PWM信号作为控制信号输出至功率驱动电路12。[0004]功率驱动电路12可以是集成的智能功率电路或者是由分立元件构成的功率电路，不管是智能功率电路还是由分立元件构成的功率电路，均具有多个可控的功率管，如晶闸管或IGBT等，功率管在 PWM信号的控制下通断，并向电机M输出驱动信号，驱动电机工作，并由转子带动转子轴旋转，向外输出动力。[0005]控制器还具有电流采样电路13以及过电流保护电路14，电流采样电路13用于对流经电机M的三相母线的电流信号进行采样，并将采样的信号传输至单片机11。过电流保护电路14将采样电机M三相母线的电流信号，并判断电流是否过大，并在电流过大时向单片机11发出信号，由单片机11停止向功率驱动电流12输出控制信号，以避免流经电机M 的电流持续过大而影响电机M的运行。[0006]电源电路15用于向控制器内的器件供电，如向单片机11、功率驱动电路12提供低压直流电。[0007]单片机11是控制器的核心，用于控制电机M的运行，现有的电机控制方法包括梯形控制、标量控制以及磁场定向控制(Field-0riented ControI,FOC)等,其中，磁场定向控制是现在较为常用的控制方法，其适合具有以下硬件需求的应用低噪声、低转矩纹波以及在较大速度范围内要求良好的转矩控制。[0008]现有的磁场定向控制方法的实现是电机生产厂家通过对单片机或11数字信号处理器(DSP)自行编程实现的，在应用的灵活性方面有一定的优势，对整体数据的流向有更好的把握。但编程实现磁场定向控制方法在调试过程中对整体对单片机的性能要求较高，一般的单片机或数字信号处理器难以完成。此外，磁场定向控制的算法编程过程要求高，单片机需要同时完成对功率驱动电路的控制、电流采样、用户输入的信号接收等功能，程序编写难度大、周期长。由于磁场定向控制控制方法还需对不同的负载进行参数的优化，若使用数字信号处理器编程或普通单片机实现，参数修改及功能程序的增加容易造成程序出错，修改工作量大。发明内容[0009]本实用新型的主要目的是提供一种容易实现磁场定向控制方法的电机控制器。[0010]本实用新型的另一目的是提供一种避免自行编程实现磁场定向控制方法的电机。[0011]为实现本实用新型的主要目的，本实用新型提供的电机控制器具有单片机，单片机向功率驱动电路输出控制信号，功率驱动电路根据接收的控制信号向电机输出驱动信号，并设有电流采样电路，采样电机的电流信号，并将采样的电流信号输出至单片机，其中， 该单片机为具有磁场定向控制电路内核的单片机。[0012]由上述方案可见，由于控制器的单片机采样具有磁场定向控制电路内核的单片机，即单片机内集成了磁场定向控制电路，因此无需对单片机进行编程实现磁场定向控制， 只需要对不同的负载的电机进行参数的优化即可，控制器开发时间短、难度小，有利于控制器的实现。[0013]一个优选的方案是，电流采样电路具 有采样电阻以及连接在采样电阻输出端的增益电路。[0014]由此可见，电流采样电路通过采样电阻对母线的电流信号进行采样后通过增益电路将电流信号进行放大，方便地调节电流信号的大小，从而有利于单片机对电流信号进行处理。[0015]进一步的方案是，电机控制器还包括连接在电机与单片机之间的过流保护电路， 过流保护电路具有电压比较器，电压比较器的一个输入端接收电机的采样电平信号，另一个输入端接收基准电压信号，电压比较器的输出端向单片机输出电平信号。[0016]可见，控制器通过过流保护电流对流经电机母线的电流信号进行采样并转换成电平信号后与基准电压进行比较，在判断电流过大时向单片机输出信号，避免流经母线的电流持续过大，从而避免影响电机的运行。[0017]为实现本实用新型的另一目的，本实用新型提供的电机具有定子以及转子，并设有控制器，控制器具有单片机，单片机向功率驱动电路输出控制信号，功率驱动电路根据接收的控制信号向电机输出驱动信号，并设有电流采样电路，采样电机的电流信号，并将采样的电流信号输出至单片机，其中，该单片机为具有磁场定向控制电路内核的单片机。[0018]由上述方案可见，电机的控制器使用具有磁场定向控制电路内核的单片机，避免对单片机进行自行编程实现磁场定向控制，从而节省控制器的开发难度并缩短开发时间， 且有利于实现电机的控制。
[0019]图I是现有电机控制器的电原理框图。[0020]图2是本实用新型电机控制器实施例的原理框图。[0021]图3是本实用新型电机控制器实施例中单片机内部结构的原理框图。[0022]图4是本实用新型电机控制器实施例中过流保护电路的电原理图。[0023]图5是本实用新型电机控制器实施例中电流采样电路与电流采样放大电路的电原理图。[0024]
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
[0025]本实施例的电机具有一个壳体，在壳体内安装有定子以及转子，在电机上还设有用于控制电机工作的控制器，控制器的原理框图如图2所示。[0026]控制器具有单片机21、功率驱动模块22、电流采样电路23、过流保护电路24以及电源电路25，单片机21是采用具有磁场定向控制电路内核的单片机，如采用美国国际整流公司开发的IRMCK171型单片机，其可以向功率驱动电路22输出控制信号。[0027]功率驱动电路22具有多个功率管，在单片机21输出的作为控制信号的PWM信号控制下导通或截止，并向电机M输出驱动信号,驱动电机M工作。[0028]电流采样电路23用于采样流经电机M母线的电流信号，并将采样的电流信号传输至单片机21，由单片机21计算电机M各相母线的电流波形，并由此计算电机的转速。[0029]过流保护电路24采样电机M各相母线的电流信号，并判断电流是否过大，在判断电机M母线电流过大时向单片机11发出信号，避免电机M的母线电流持续过大而影响电机 M的工作。[0030]电源电路25用于向单片机21、功率驱动电路22提供低压直流电源，满足单片机 21、功率驱动模块22的工作需要。参见图3，单片机21为IRMCK171型单片机，其具有可编程控制电路内核31、随机读写存储器32、磁场定向控制电路内核33以及电流采样放大电路34，其中可编程控制电路内核31可被用户自行写入程序，实现对参数等优化。磁场定向控制电路内核33是集成模块，能够对输入的参数进行运算并计算出转子的位置，从而计算出转子的转速。同时，磁场定向控制电路内核33还根据输入的信号，计算生成PWM信号作为控制信号并向电机M输出，控制电机M的工作。[0032]随机读写存储器32用于临时存储单片机21工作使用的参数，且可编程控制电路内核31及磁场定向控制电路内核33均能访问随机读写存储器32。电路采样放大电路34 内设有电压比较器，用于对输入的电信号进行比较判断，判断输入的信号电压值是否过高。[0033]参见图4，过流保护电路24具有三个采样电阻Rl、R2、R3，分别与电机M的三相母线U、V、W串联连接，采样三相母线上的电流信号。并且，过流保护电路24通过电阻R4、R5、 R6、R9将电机母线的电流信号转换成电压信号，从而形成采样电平信号，输入至电压比较器 Ul的正向输入端。电压比较器Ul的反向输入端接收基准电压，基准电压由直流电源VCC经电阻R7与电阻RlO分压获得。电压比较器Ul对接收的采样电平信号与基准电压进行比较， 输出高电平信号或低电平信号，作为比较结果的电平信号输出到单片机21。[0034]当电机M的母线电流过大时，经过电阻R4、R5、R6、R9的采样电平信号电压值较高， 当采样电平信号的电压值高于基准电压时，电压比较器输出高电平信号，单片机21即判断母线电流过大，停止向功率驱动电路22输出P丽信号，避免母线上的电流持续过大。[0035]电流采样电路23具有三个采样电阻，分别是图4中的采样电阻R1、R2、R3，且分别与电机M的三相母线U、V、W串联连接，用于对电机M的三相母线上的电流进行采样。参见图5，采样电阻Rl的输出端连接有增益电路，增益电路由电阻R13、R16、R17构成。由于电流采样电路23采样的电流信号将传输至单片机11的电流采样放大电路34，电流采样放大电路34内设有运算放大器U2，用于对输入的信号进行放大，因此，增益电路的输出端连接至运算放大器U2，用于调节运算放大器U2的放大倍数。运算放大器U2将输入的电信号进行放大后，输出至磁场定向控制电路内核33，计算出电流波形，从而判断转子的位置并计算转子的转速。[0036]电流采样放大电路34还设有一个电压跟随器U3，电压跟随器U3接收内部的电压， 输出端连接由电阻R12、R14、R15组成的分压电路，电压跟随器U3输出的电压通过分压电路向电机M的母线输出补偿电压，用于补偿电机M母线的电压产生的误差。[0037]图5所示是电流采样电路23对应于一相母线的电原理图，实际使用时，电流采样电路23具有两组增益电路，分别连接在两个采样电阻的输出端，并向单片机21输出信号。 由于三组电流的矢量和为零，单片机21根据两项母线的电流值可以计算出第三项母线上电流的值。同时，电流采样电路23的分压电路也有两组，分别接收单片机的两个电压跟随器输出的电信号，用于补偿每一相母线的电压误差。[0038]由上述方案可见，电机的控制器使用内置磁场定向控制电路内核的单片机，避免了对单片机进行自行编程实现磁场定向控制的麻烦，控制器的开发难度减小，开发时间也缩短。并且，单片机内还设有可编程控制电路内核，方便用户自行编程实现其他的控制功倉泛。[0039]当然，上述实施例仅是本实用新型优选的 实施方式，实际应用时还可以有更多的改变，例如，使用其他具有磁场定向控制电路内核的单片机替代IRMCK171型单片机；或者， 功率驱动电路内使用其他的可控器件替代晶闸管等，这些改变并不会影响本实用新型的实施。[0040]最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如过流保护电路具体结构的改变、电路采样电路具体结构的改变等变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求1.电机控制器，包括单片机，所述单片机向功率驱动电路输出控制信号，所述功率驱动电路根据接收的控制信号向电机输出驱动信号；电流采样电路，采样所述电机的电流信号，并将采样的电流信号输出至所述单片机； 其特征在于所述单片机为具有磁场定向控制电路内核的单片机。
2.根据权利要求I所述的电机控制器，其特征在于所述单片机为IRMCK171型单片机。
3.根据权利要求I或2所述的电机控制器，其特征在于所述电流采样电路具有采样电阻以及连接在所述采样电阻输出端的增益电路。
4.根据权利要求3所述的电机控制器，其特征在于所述采样电阻的数量为三个，分别与所述电机的三相母线串联连接。
5.根据权利要求I或2所述的电机控制器，其特征在于所述电机控制器还包括连接在所述电机与所述单片机之间的过流保护电路，所述过流保护电路具有电压比较器，所述电压比较器的一个输入端接收所述电机的采样电平信号， 另一个输入端接收基准电压信号，所述电压比较器的输出端向所述单片机输出电平信号。
6.电机,包括定子以及转子，并设有控制器，所述控制器具有单片机，所述单片机向功率驱动电路输出控制信号，所述功率驱动电路根据接收的控制信号向电机输出驱动信号；电流采样电路，采样所述电机的电流信号，并将采样的电流信号输出至所述单片机； 其特征在于所述单片机为具有磁场定向控制电路内核的单片机。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于所述单片机为IRMCK171型单片机。
8.根据权利要求6或7所述的电机，其特征在于所述电流采样电路具有采样电阻以及连接在所述采样电阻输出端的增益电路。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于所述采样电阻的数量为三个，分别与所述电机的三相母线串联连接。
10.根据权利要求6或7所述的电机，其特征在于所述电机控制器还包括连接在所述电机与所述单片机之间的过流保护电路，所述过流保护电路具有电压比较器，所述电压比较器的一个输入端接收所述电机的采样电平信号， 另一个输入端接收基准电压信号，所述电压比较器的输出端向所述单片机输出电平信号。
专利摘要本实用新型提供一种电机及其控制器，该控制器包括单片机，单片机向功率驱动电路输出控制信号，功率驱动电路根据接收的控制信号向电机输出驱动信号，并设有电流采样电路，采样电机的电流信号，并将采样的电流信号输出至单片机，其中，该单片机为具有磁场定向控制电路内核的单片机。该电机具有定子及转子，还设有一个上述的控制器。本实用新型能够降低电机控制器的开发难度，缩短电机控制器的开发时间，有利于电机控制器的实现。
文档编号H02P6/08GK202798550SQ201220388750
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者李祖光, 胡安永 申请人:珠海格力电器股份有限公司, 珠海凯邦电机制造有限公司, 合肥凯邦电机有限公司, 重庆凯邦电机有限公司, 河南凯邦电机有限公司