电动机系统及电动机驱动电路的制作方法

本发明涉及电动机驱动领域，特别是涉及一种电动机系统及电动机驱动电路。

背景技术：

随着科技的发展，人们对生活的品质要求越来越高，如跑步机的用户希望可以在跑步机上进行快步跑、慢速跑以及爬坡等各种各样的运动形式。但是对于上述不同的运动形式，跑步机的电动机的消耗功率以及转速均不同。

如对于快步跑，跑步机的电动机的转速较快，电动机的负载较小；而将电动机并联可以较好的加大电动机的转速，即并联电动机在高转速驱动时具有较好的功率转换特性。

如对于慢速跑或爬坡，跑步机的电动机的转速较慢，电动机的负载较大；而将电动机串联可以较好的提升电动机的驱动力，即串联电动机在低转速驱动时具有较好的功率转换特性。

而现有的跑步机的电动机均为并联电动机或串联电动机，无法满足在上述所有运动形式时均达到较好的功率转换特性。

因此，有必要提供一种电动机系统及电动机驱动电路，以解决现有技术所存在的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种在任何转速下均具有较好的功率转换特性的电动机系统及电动机驱动电路；以解决现有的电动机系统及电动机驱动电路的在某些转速下的功率转换特性较差的技术问题。

本发明实施例提供一种电动机系统，其包括：

第一电动机以及第二电动机；

速度检测传感器，用于设置所述第一电动机的转速以及所述第二电动机的转速；以及

电动机驱动电路，用于驱动所述第一电动机和所述第二电动机，并根据所述第一电动机和所述第二电动机的转速，设置所述第一电动机和所述第二电动机的串并联关系。

在本发明所述的电动机系统中，当所述第一电动机和所述第二电动机的转速大于设定值时，所述第一电动机和所述第二电动机并联；当所述第一电动机和所述第二电动机的转速小于等于所述设定值时，所述第一电动机和所述第二电动机串联。

在本发明所述的电动机系统中，所述第一电动机和所述第二电动机的规格相同。

在本发明所述的电动机系统中，所述设定值为所述第一电动机和所述第二电动机的最大转速的1/3至5/12。

在本发明所述的电动机系统中，所述电动机驱动电路包括交流电源、第一整流模块、第一滤波模块、第二整流模块、第二滤波模块、第一开关以及第二开关；

其中所述交流电源的第一输出端与所述第一整流模块的第一输入端连接，所述交流电源的第二输出端与所述第一整流模块的第二输入端连接，所述第一整流模块的输出端通过第一滤波模块与所述第一电动机的输入端连接；

所述交流电源的第一输出端通过所述第一开关与所述第二整流模块的第一输入端连接，所述交流电源的第二输出端与所述第二整流模块的第二输入端连接，所述第二整流模块的输出端通过第二滤波模块与所述第二电动机的输入端连接；

所述第一电动机的输出端分别与所述第二电动机的输入端以及所述第二开关的一端连接，所述第二开关的另一端接地。

在本发明所述的电动机系统中，当所述第一电动机和所述第二电动机的转速小于等于设定值时，所述第一开关和所述第二开关断开，所述第一电动机和所述第二电动机串联；

当所述第一电动机和所述第二电动机的转速大于所述设定值时，所述第一开关和所述第二开关闭合，所述第一电动机和所述第二电动机并联。

在本发明所述的电动机系统中，所述电动机驱动电路还包括第三开关，所述第三开关设置在所述第一滤波模块的输出端与所述第二滤波模块的输出端之间，用于单独驱动所述第二电动机工作。

在本发明所述的电动机系统中，所述第一电动机的输出端与所述第二电动机的输入端之间设置有二极管，所述二极管的正极与所述第一电动机的输出端连接，所述二极管的负极与所述第二电动机的输入端连接。

本发明实施例还提供一种电动机驱动电路，用于驱动第一电动机以及第二电动机；其中所述电动机驱动电路包括交流电源、第一整流模块、第一滤波模块、第二整流模块、第二滤波模块、第一开关以及第二开关；

其中所述交流电源的第一输出端与所述第一整流模块的第一输入端连接，所述交流电源的第二输出端与所述第一整流模块的第二输入端连接，所述第一整流模块的输出端通过第一滤波模块与所述第一电动机的输入端连接；

所述交流电源的第一输出端通过所述第一开关与所述第二整流模块的第一输入端连接，所述交流电源的第二输出端与所述第二整流模块的第二输入端连接，所述第二整流模块的输出端通过第二滤波模块与所述第二电动机的输入端连接；

所述第一电动机的输出端分别与所述第二电动机的输入端以及所述第二开关的一端连接，所述第二开关的另一端接地。

在本发明所述的电动机驱动电路中，所述电动机驱动电路还包括第三开关，所述第三开关设置在所述第一滤波模块的输出端与所述第二滤波模块的输出端之间，用于单独驱动所述第二电动机工作；

所述第一电动机的输出端与所述第二电动机的输入端之间设置有二极管，所述二极管的正极与所述第一电动机的输出端连接，所述二极管的负极与所述第二电动机的输入端连接。

相较于现有技术，本发明的电动机系统以及电动机驱动电路根据第一电动机和第二电动机的转速，设置第一电动机和第二电动机的串并联关系；使得第一电动机和第二电动机在任何转速下的功率转换特性都较好；解决现有的电动机系统及电动机驱动电路的在某些转速下的功率转换特性较差的技术问题。

附图说明

图1为本发明的电动机系统的优选实施例的结构示意图；

图2为本发明的电动机系统的优选实施例的具体电路结构图；

图3为本发明的电动机系统的优选实施例的第一电动机以及第二电动机的具体电路结构图；

图4为本发明的电动机系统的优选实施例的电动机的功率转换特性曲线。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。

请参照图1至图3，图1为本发明的电动机系统的优选实施例的结构示意图，图2为本发明的电动机系统的优选实施例的具体电路结构图，图3为本发明的电动机系统的优选实施例的第一电动机以及第二电动机的具体电路结构图。

本优选实施例的电动机系统10包括第一电动机M1、第二电动机M2、速度检测传感器13以及电动机驱动电路14。

其中速度检测传感器13用于设置第一电动机M1的转速以及第二电动机M2的转速；电动机驱动电路14用于驱动第一电动机M1和第二电动机M2，并根据第一电动机M1和第二电动机M2的转速，设置第一电动机M1和第二电动机M2的串并联关系。

请参照图2，电动机驱动电路14包括交流电源AC、第一整流模块、第一滤波模块、第二整流模块、第二滤波模块、第一开关K1以及第二开关K2。

交流电源AC的第一输出端与第一整流模块的第一输入端连接，交流电源AC的第二输出端与第一整流模块的第二输入端连接，第一整流模块AC的输出端通过第一滤波模块与第一电动机M1的输入端连接；

交流电源AC的第一输出端通过第一开关K1与第二整流模块的第一输入端连接，交流电源AC的第二输出端与第二整流模块的第二输入端连接，第二整流模块的输出端通过第二滤波模块与第二电动机M2的输入端连接；第一电动机M1的输出端分别与第二电动机M2的输入端以及第二开关K2的一端连接，第二开关K2的另一端接地。

具体的，第一整流模块包括整流桥D1，整流桥D1包括第一输入端a1、第二输入端b1、第三输入端c1以及输出端d1。第二整流模块包括整流桥D2，整流桥D2包括第一输入端a2、第二输入端b2、第三输入端c2以及输出端d2。第一滤波模块包括电容C1，第二滤波模块包括电容C2。

整流桥D1的第一输入端a1与交流电源AC的第一输出端连接，整流桥D1的第二输入端b1与交流电源AC的第二输出端连接，整流桥D1的输出端d1分别与电容C1的一端以及第一电动机M1的输入端连接，整流桥D1的第三输入端c1与电容C1的另一端连接。

整流桥D2的第一输入端a2通过第一开关K1与交流电源AC的第一输出端连接，整流桥D2的第二输入端b2与交流电源AC的第二输出端连接，整流桥D2的输出端d2分别与电容C2的一端以及第二电动机M2的输入端连接，整流桥D2的第三输入端c2与电容C2的另一端连接。

第一电动机M1的输出端分别与第二电动机M2的输入端以及第二开关K2的一端连接，第二开关K2的另一端接地。同时速度检测传感器13分别与第一电动机M1和第二电动机M2连接，以设置并检测第一电动机M1和第二电动机M2的转速，同时速度检测传感器13根据设置或检测的第一电动机M1和第二电动机M2的转速来控制第一开关K1和第二开关K2的开启或关闭，进而控制第一电动机M1和第二电动机M2的串并联状态。

为了防止第一电动机M1和第二电动机M2并联时，由于第一电动机M1和第二电动机M2的工作电流差异导致的内部电流损耗，第一电动机M1和第二电动机M2优选为相同参数规格的电动机。

请参照图3，图3为本发明的电动机系统的优选实施例的第一电动机以及第二电动机的具体电路结构图。该第一电动机M1包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3。第二电动机M2包括第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9、第十开关管Q10、第十一开关管Q11、第十二开关管Q12、第四电感L4、第五电感L5以及第六电感L6。

其中第一开关管Q1的输入端与整流桥D1的输出端d1连接，第二开关管Q2的输入端与整流桥D1的输出端d1连接，第三开关管Q3的输入端与整流桥D1的输出端d1连接。第一开关管Q1的输出端与第一电感L1的一端连接，第二开关管Q2的输出端与第二电感L2的一端连接，第三开关管Q3的输出端与第三电感L3的一端连接。第一开关管Q1的控制端、第二开关管Q2的控制端以及第三开关管Q3的控制端分别与相应的逆变控制信号连接。第一电感L1的另一端、第二电感L2的另一端以及第三电感L3的另一端相互连接。

第四开关管Q4的输入端与第一电感L1的一端连接，第五开关管Q5的输入端与第二电感L2的一端连接，第六开关管Q6的输出端与第三电感L3的一端连接。第四开关管Q4、第五开关管Q5以及第六开关管Q6的输出端同时与第二电动机M2和第二开关K2连接。第四开关管Q4的控制端、第五开关管Q5的控制端以及第六开关管Q6的控制端分别与相应的逆变控制信号连接。

其中第七开关管Q7的输入端与第一电动机M1的输出连接，第八开关管Q8的输入端与第一电动机M1的输出连接，第九开关管Q9的输入端与第一电动机M1的输出连接。第七开关管Q7的输出端与第四电感L4的一端连接，第八开关管Q8的输出端与第五电感L5的一端连接，第九开关管Q9的输出端与第六电感L6的一端连接。第七开关管Q7的控制端、第八开关管Q8的控制端以及第九开关管Q9的控制端分别与相应的逆变控制信号连接。第四电感L4的另一端、第五电感L5的另一端以及第六电感L6的另一端相互连接。

第十开关管Q10的输入端与第四电感L4的一端连接，第十一开关管Q11的输入端与第五电感L5的一端连接，第十二开关管Q12的输出端与第六电感L6的一端连接。第十开关管Q10、第十一开关管Q11以及第十二开关管Q12的输出端同时与接地。第十开关管Q10的控制端、第十一开关管Q11的控制端以及第十二开关管Q12的控制端分别与相应的逆变控制信号连接。

本发明的电动机系统10使用时，当速度检测传感器13设置第一电动机M1和第二电动机M2的转速较大时，第一电动机M1和第二电动机M2并联工作可以达到较高的功率转换效率。

这时第一开关K1和第二开关K2均闭合，交流电源AC的正向电流通过整流桥D1的第一输入端a1、整流桥D1的输出端d1、电容C1、整流桥D1的第三输入端c1以及整流桥D1的第二输入端b1形成回路；交流电源AC的反向电流通过整流桥D1的第二输入端b1、整流桥D1的输出端d1、电容C1、整流桥D1的第三输入端c1以及整流桥D1的第一输入端a1形成回路。电容C1中存储的能量可以驱动第一电动机M1正常工作，由于第二开关K2闭合，因此第一电动机M1的输出端通过第二开关K2接地。

交流电源AC的正向电流通过整流桥D2的第一输入端a2、整流桥D2的输出端d2、电容C2、整流桥D2的第三输入端c2以及整流桥D2的第二输入端b2形成回路；交流电源AC的反向电流通过整流桥D2的第二输入端b2、整流桥D2的输出端d2、电容C2、整流桥D2的第三输入端c2以及整流桥D2的第一输入端a2形成回路。电容C2中存储的能量可以驱动第二电动机M2正常工作，第二电动机M2的输出端接地。这样即实现了第一电动机M1和第二电动机M2的并联工作。

当速度检测传感器13设置第一电动机M1和第二电动机M2的转速较小时，这时第一电动机M1和第二电动机M2并联工作可以达到较高的功率转换效率。

这时第一开关K1和第二开关K2均断开，交流电源AC的正向电流通过整流桥D1的第一输入端a1、整流桥D1的输出端d1、电容C1、整流桥D1的第三输入端c1以及整流桥D1的第二输入端b1形成回路；交流电源AC的反向电流通过整流桥D1的第二输入端b1、整流桥D1的输出端d1、电容C1、整流桥D1的第三输入端c1以及整流桥D1的第一输入端a1形成回路。由于第二开关K2断开，第一电动机M1的输出端与第二电动机M2的输入端连接，第二电动机M2的输出端接地，这样电容C1中存储的能量驱动第一电动机M1和第二电动机M2串联工作。这样即实现了第一电动机M1和第二电动机M2的串联工作。

优选的，由于第一电动机M1和第二电动机M2并联工作时，第一电动机M1和第二电动机M2之间的工作电流可能会有差异，会导致电容C2的提供的能量会影响第一电动机M1的正常工作，因此这里在第一电动机M1的输出端和第二电动机M2的输入端之间设置二极管D3，二极管D3的正极与第一电动机M1的输出端连接，二极管D3的负极与第二电动机M2的输入端连接。这样可有效的对并联时的第一电动机M1和第二电动机M2的工作电流进行隔离。

优选的，在第一滤波模块的输出端和第二滤波模块的输出端之间还设置有第三开关K3，这样当第三开关K3闭合时，可根据客户需要单独驱动第二电动机M2工作，达到节能的效果。

这样即完成了优选实施例的电动机系统10的电动机驱动过程。

优选的，为了进一步提高本优选实施例的电动机系统的工作效率，这里对第一电动机M1和第二电动机M2的串并联关系的转速切换点的设定值进行优化设定。具体请参照图4，图4为本发明的电动机系统的优选实施例的电动机的功率转换特性曲线。其中图4中的A1是第一电动机和第二电动机并联时的功率转换特性曲线，A2为第一电动机和第二电动机串联时的功率转换特性曲线。

其中n_max为第一电动机M1和第二电动机M2的最大转速，从图中可以看出，第一电动机M1和第二电动机M2在(4/5n_max)时，并联工作的功率转换效率可以达到最大；第一电动机M1和第二电动机M2在(1/4n_max)时，串联工作的功率转换效率可以达到最大。第一电动机M1和第二电动机M2在(1/3n_max)至(5/12n_max)时，并联工作的功率转换效率和串联工作的功率转换效率大致相同，因此这里将第一电动机M1和第二电动机M2的串并联关系的转速切换点的设定值设为(1/3n_max)至(5/12n_max)。

如将该设定值设为(1/3n_max)，即当第一电动机M1和第二电动机M2的转速大于(1/3n_max)，第一开关K1和第二开关K2闭合，第一电动机M1和第二电动机M2并联工作；当第一电动机M1和第二电动机M2的转速小于等于(1/3n_max)，第一开关K1和第二开关K2断开，第一电动机M1和第二电动机M2串联工作。当然这里可以根据用户要求，将设定值选定为(1/3n_max)至(5/12n_max)中的其他值。

本发明还提供一种电动机驱动电路，用于驱动第一电动机和第二电动机。电动机驱动电路包括交流电源、第二整流模块、第一滤波模块、第二整流模块、第二滤波模块、第一开关以及第二开关。交流电源的第一输出端与第一整流模块的第一输入端连接，交流电源的第二输出端与第一整流模块的第二输入端连接，第一整流模块的输出端通过第一滤波模块与第一电动机的输入端连接。交流电源的第一输出端通过第一开关与第二整流模块的第一输入端连接，交流电源的第二输出端与第二整流模块的第二输入端连接，第二整流模块的输出端通过第二滤波模块与第二电动机的输入端连接；第一电动机的输出端分别与第二电动机的输入端以及第二开关的一端连接，第二开关的另一端接地。

优选的，电动机驱动电路还包括第三开关，第三开关设置在第一滤波模块的输出端与第二滤波模块的输出端之间，用于单独驱动第二电动机工作。

优选的，第一电动机的输出端与第二电动机的输入端之间设置有二极管，二极管的正极与第一电动机的输出端连接，二极管的负极与第二电动机的输入端连接。

优选的，当第一电动机和第二电动机串联时，第一开关和第二开关断开；当第一电动机和第二电动机并联时，第一开关和第二开关闭合。

优选的，第一电动机和第二电动机的规格相同。

本发明的电动机驱动电路的具体工作原理与上述的电动机系统的具体工作原理相同或相似，具体请参见上述的电动机系统的优选实施例中的相关描述。

本发明的电动机系统以及电动机驱动电路根据第一电动机和第二电动机的转速，设置第一电动机和第二电动机的串并联关系；使得第一电动机和第二电动机在任何转速下的功率转换特性都较好；解决现有的电动机系统及电动机驱动电路的在某些转速下的功率转换特性较差的技术问题。

本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的方法。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。