专利名称：电机及其控制器、调速电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电机领域，尤其是涉及一种直流无刷电机以及这种电机的控制器、控制器的调速电路。
背景技术：
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，定子与转子构成了电机的电机本体。电机还设有一个用于控制电机本体工作的控制器以及位置检测电路，电机的结构框图如图1所示。控制器10具有控制模块11，控制模块11包括调速电路13以及控制芯片12，控制芯片12通常是单片机、DSP、电机控制专用芯片等能够对外输出控制信号的器件，其接收调速电路13输入的信号，并根据接收的信号生成脉冲调制信号，即PWM信号，并将生成的PWM信号输出至功率驱动电路16。调速电路13接收外部输入的控制信号，调速电路13的一种常用结构如图2所示。调速电路13具有滑动电阻R1、电阻R2以及电容Cl，滑动电阻Rl的一端与输入端子IN连接，接收外部控制器输入的用于控制电机转速的信号，中间抽头通过电阻R2与输出端子OUT连接，且滑动电阻Rl的中间抽头还通过电容Cl接地，电容Cl用于对滑动电阻Rl输出的信号进行滤波。外部控制器输入的信号通常为连续可调的模拟电压信号，输入的信号经过滑动电阻Rl及电阻R2后输出至控制芯片12的AD转换端口，由控制芯片12转换为相应的数字信号，并根据该数字信号生成相应的PWM信号，输出至功率驱动电路16。调速电路13的另一种常用结构如图3所示。调速电路13具有电阻R3、电阻R4、电阻R5、开关器件Ql以及线性光电耦合器TLP。电阻R4的一端与输入端子VCC连接，通常是5V直流电压信号，电阻R4的另一端接线性光电耦合器TLP的发光二极管Dl的一个输入端。线性光电耦合器TLP的发光二极管Dl的另一个输入端与输入端子之间连接有三极管Q1，三极管Ql的基极接收外部控制器输入的用于控制电机转速的PWM信号。线性光电耦合器TLP的光电三极管Q2的一个输入端接直流电源VCC，通常是5V直流电压信号，光电三极管Q2的另一个输出端与输出端子相连。线性光电耦合器TLP输入的信号是数字PWM信号，输出是一个连续可变的模拟电压信号。功率驱动电路16具有多个可控的场效应管，每一个场效应管可以在PWM信号的控制下通断，并向电机本体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。当然，功率驱动电路16还向控制芯片12输出反馈的信号，控制芯片12根据反馈的信号判断功率驱动电路16中各个场效应管的工作状态，包括场效应管是否过热等。位置检测电路15通常具有霍尔传感器以及磁电编码器、光电编码器等，用于检测转子的位置，并形成相应的信号输出至转速反馈信号电路14，信号反馈电路14将转子的转速反馈信号输出至控制芯片12，控制芯片12根据转速反馈信号判断转子当前的位置，并根据转子当前的位置来调节向功率驱动电路16输出的信号。但是，无刷直流电机的控制需要配合电机的负载进行调节，当采用图2的调速电路进行调速时，输入信号为模拟电压信号，需要经过AD转换器转换成相应的数字量，由于模拟信号精度较低，转换得到的数字量差别较大，无法实现对电机的精确控制。如果采用图3线性光电耦合器TLP的电路调速，输入是PWM信号，但经过线性光电耦合器TLP处理后得到的仍然是模拟的电压信号，并且由于线性光电耦合器TLP的性能限制，在某些区域，当输入PWM信号变化时输出的模拟电压信号不能随之呈线性变化，输入和输出信号同步性较差，其输出的信号往往不能随输入信号的线性变化而变化，也影响对电机的控制。
发明内容本实用新型的主要目的是提供一种跟随输入信号线性变化较好的电机控制器的调速电路。本实用新型的另一目的是提供一种对电机本体控制较好的电机控制器。本实用新型的再一目的地提供一种易于控制的电机。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的调速电路包括输入端子及输出端子，还包括开关型光电稱合器，开关型光电稱合器的发光二极管的一个输入端与输入端子之间连接有开关器件，开关型光电稱合器的光电三极管的一个输出端与输出端子连接。由上述方案可见，调速电路通过开关型光电耦合器将输入的PWM信号耦合到输出端子，输出端子输出的信号也是PWM信号，且输出信号与输入信号保持高度的同步性，即输出信号能够跟随输入信号线性地变化，有利于控制芯片对电机的控制。一个优选的方案是，开关器件为三极管或场效应管，且三极管或场效应管的控制端与输入端子连接。由此可见，外部控制器输入的PWM信号控制三极管或场效应管的通断，从而控制开关型光电稱合器的发光二极管的通断，从而确保开关型光电稱合器的发光二极管与输入信号保持高度的同步。为实现本实用新型的另一目的，本实用新型提供的电机控制器包括控制模块以及接收控制模块输出信号的功率驱动电路，控制器还具有向控制模块输出转速反馈信号的信号反馈电路，控制模块具有调速电路以及控制芯片，调速电路具有输入端子及输出端子，还包括开关型光电稱合器，开关型光电稱合器的发光二极管的一个输入端与输入端子之间连接有开关器件，开关型光电耦合器的光电三极管的一个输出端与输出端子连接。由上述方案可见，调速电路采用开关型光电耦合器将输入信号耦合到输出端，保证输出的信号与输入的信号同步，且输出的信号也为PWM信号,有利于控制器对电机本体的控制。一个优选的方案是，调速电路的输出端子与控制芯片的一个引脚连接，信号反馈电路连接至控制芯片的同一个引脚，且控制芯片的引脚向控制芯片的内部计数器输出信号。由此可见，调速电路与信号反馈电路的信号同时输出至控制芯片的同一个引脚，并同时向计数器输出信号，由同一个计数器对转速反馈信号及转速调节信号进行计数，确保计数的准确性，也有利于实现对电机本体的控制。为实现上述的再一目的，本实用新型提供的电机包括定子以及转子，并设有控制器，控制器具有控制模块以及接收控制模块输出信号的功率驱动电路，控制器还具有向控制模块输出转速反馈信号的信号反馈电路，控制模块具有调速电路以及控制芯片，调速电路具有输入端子及输出端子，还包括开关型光电耦合器，开关型光电耦合器的发光二极管的一个输入端与输入端子之间连接有开关器件，开关型光电稱合器的光电三极管的一个输出端与输出端子连接。由上述方案可见，控制器的调速电路设置开关型光电耦合器对输入信号进行耦合，可以确保调速电路输出的信号与输入信号的同步性，有利于对电机本体的控制。
图1是现有电机的电原理框图。图2是现有电机控制器中调速电路的电原理图。图3是现有电机控制器中另一种调速电路的电原理图。图4是本实用新型调速电路的电原理图。图5是本实用新型电机控制器实施例中转速反馈信号与转速调节信号的波形图。
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
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，转子可相对定子旋转，且转子的中部安装有转子轴，转子轴在转子的旋转下旋转，并向外输出动力。定子与转子构成电机本体。在电机上还设有用于控制电机工作的控制器以及位置检测电路，控制器具有控制模块、功率驱动电路以及信号反馈电路。其中控制模块包括调速电路以及控制芯片，控制芯片为单片机、DSP或电机控制专用芯片等器件，功率驱动电路具有多个场效应管，每一个场效应管在控制模块输出的信号控制下导通或截止。位置检测电路包括设置在电机本体上的霍尔传感器以及光电编码器或磁电编码器等，用于检测转子的位置信号，并将检测的位置信号传送至信号反馈电路，信号反馈电路将位置信号转换成转子的转速反馈信号输出至控制芯片。参见图4，本实施例的调速电路具有输入端子IN以及输出端子0UT，并且还设置开关型光电耦合器TLPl，开关型光电耦合器TLPl包括发光二极管Dll以及光电三极管Q12，发光二极管Dll的阳极通过电阻R14与直流电源VCC连接，接收低压直流电，如5伏直流电源，发光二极管Dll的阴极通过作为开关器件的三极管Qll与输入端子IN连接。三极管Qll的基极，也就是其控制端与输入端子IN连接，集电极连接至发光二极管Dll的阴极，发射极接地。光电三极管Q12的一端连接至直流电源VCC，接收低压直流电，如5伏直流电源，另一端作为输出端，连接至输出端子OUT。并且，输出端子OUT通过电阻Rl5接地，以确保输出端子OUT输出的电压。输出端子OUT连接至控制芯片的一个引脚上，向该引脚输出转速调节信号。并且，信号反馈电路的输出端也连接至控制芯片的同一个引脚上，向控制芯片输出转速反馈信号，即转子调节信号与转速反馈信号均输出至控制芯片的同一个引脚上。并且，控制芯片的弓I脚还连接至其内部计数器，向内部计数器输出信号。由于调速电路的输入端子IN接收的是PWM信号，在信号为高电平时，三极管Qll导通，发光二极管Dll发光,光电三极管Q12随即导通并输出高电平信号,输出端子OUT输出的信号为高电平信号。在输入端子IN的PWM信号为低电平信号时，三极管Qll截止，发光二极管Dll不发光,光电三极管Q12截止,输出端子OUT输出低电平信号。可见，输出端子OUT输出的信号与输入端子IN输入的信号保持同步，调速电路输出的信号也为PWM信号。因此，控制芯片可以根据调速电路输出的PWM信号对电机进行调节，具体是通过计算PWM信号中高电平的宽度，实现对电机转速的调节。参见图5，最上方的波形图为信号反馈电路输出到控制芯片的转速反馈信号，信号在al时刻为上升沿，即从低电平转换成高电平，在a2时刻为下降沿，即从高电平转换成低电平，a3时刻为上升沿，从低电平转换成高电平。控制芯片内部计数器在转速反馈信号每次的上升沿或下降沿处将保存计数值，并清零计数器，同时开始下一次计数，计数周期由计数器设定频率确定。若调速电路向控制芯片输出的信号在bl时刻为上升沿，在b2时刻为下降沿，由于bl时刻位于转速反馈信号的低电平计数周期，而b2时刻位于转速反馈信号的高电平计数周期，且bl时刻的计数值大于b2时刻的计数值，因此b2时刻计数值减去bl时刻计数值小于零，控制芯片判断计算结果无效，舍弃该数据。若调速电路向控制芯片输出的信号在Cl时刻为上升沿，在c2时刻为下降沿，由于Cl时刻与c2时刻均位于转速反馈信号的高电平计数周期，且c2时刻的计数值大于Cl时刻的计数值，因此c2时刻计数值减去Cl时刻计数值大于零，控制芯片判断计算结果有效，保存该计算结果。若调速电路向控制芯片输出的信号在dl时刻为上升沿，在d2时刻为下降沿，由于dl时刻位于转速反馈信号的高电平计数周期，而d2时刻位于转速反馈信号的低电平计数周期，且dl时刻的计数值大于d2时刻的计数值，因此d2时刻计数值减去dl时刻计数值小于零，控制芯片12判断计算结果无效，舍弃该数据。若调速电路向控制芯片输出的信号在el时刻为上升沿，在e2时刻为下降沿，由于el时刻与e2时刻均位于转速反馈信号的低电平计数周期，且c2时刻的计数值大于cl时刻的计数值，因此c2时刻计数值减去Cl时刻计数值大于零，控制芯片判断计算结果有效，保存该计算结果。这样，只要知道调速信号的高电平计数值以及控制芯片内部计数器的计数周期，即可方便地计算出转速调节信号的高脉冲长度，从而方便地对电机进行控制。可见，调速电路通过开关型光电耦合器TLPl将输入的PWM信号耦合输出到控制芯片，使输出的信号与输入的信号保持高度的同步性，线性度较好，有利于电机的控制。最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如使用场效应管替代三极管作为开关器件、选用的开关型光电耦合器类型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.电机控制器的调速电路，包括 输入端子及输出端子； 其特征在于: 开关型光电耦合器，所述开关型光电耦合器的发光二极管的一个输入端与所述输入端子之间连接有开关器件，所述开关型光电耦合器的光电三极管的一个输出端与所述输出端子连接。
2.根据权利要求1所述的电机控制器的调速电路，其特征在于: 所述开关器件为三极管或场效应管，所述三极管或所述场效应管的控制端与所述输入端子连接。
3.电机控制器， 包括 控制模块以及接收所述控制模块输出信号的功率驱动电路，所述控制器还具有向所述控制模块输出转速反馈信号的信号反馈电路，所述控制模块具有调速电路以及控制芯片，所述调速电路具有输入端子及与所述控制芯片连接的输出端子； 其特征在于: 所述调速电路还具有开关型光电耦合器，所述开关型光电耦合器的发光二极管的一个输入端与所述输入端子之间连接有开关器件，所述开关型光电耦合器的光电三极管的一个输出端与所述输出端子连接。
4.根据权利要求3所述的电机控制器，其特征在于: 所述开关器件为三极管或场效应管，所述三极管或所述场效应管的控制端与所述输入端子连接。
5.根据权利要求3或4所述的电机控制器，其特征在于: 所述输出端子与所述控制芯片的一个引脚连接，所述信号反馈电路连接至所述控制芯片的同一个引脚。
6.根据权利要求5所述的电机控制器，其特征在于: 所述控制芯片的所述引脚向所述控制芯片的内部计数器输出信号。
7.电机,包括 定子以及转子，并设有控制器，所述控制器具有 控制模块以及接收所述控制模块输出信号的功率驱动电路，所述控制器还具有向所述控制模块输出转速反馈信号的信号反馈电路，所述控制模块具有调速电路以及控制芯片，所述调速电路具有输入端子及与所述控制芯片连接的输出端子； 其特征在于: 所述调速电路还具有开关型光电耦合器，所述开关型光电耦合器的发光二极管的一个输入端与所述输入端子之间连接有开关器件，所述开关型光电耦合器的光电三极管的一个输出端与所述输出端子连接。
8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于: 所述开关器件为三极管或场效应管，所述三极管或所述场效应管的控制端与所述输入端子连接。
9.根据权利要求7或8所述的电机，其特征在于: 所述输出端子与所述控制芯片的一个引脚连接，所述信号反馈电路连接至所述控制芯片的同一个引脚。
10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于: 所述控制芯 片的所述引脚向所述控制芯片的内部计数器输出信号。
专利摘要本实用新型提供一种电机及其控制器、调速电路，该调速电路具有输入端子及输出端子，还包括开关型光电耦合器，开关型光电耦合器的发光二极管的一个输入端与输入端子之间连接有开关器件，开关型光电耦合器的光电三极管的一个输出端与输出端子连接。该控制器包括控制模块以及接收控制模块输出信号的功率驱动电路，控制器还具有向控制模块输出转速反馈信号的信号反馈电路，控制模块具有上述的调速电路以及控制芯片。电机具有定子以及转子，并设有上述的控制器。本实用新型能够确保调速电路输出的信号与输入信号保持高度的同步性，有利于实现对电机的控制。
文档编号H02P7/28GK203057054SQ201220684730
公开日2013年7月10日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者李宁, 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