一种开关磁阻电机及其制动电路的制作方法

本实用新型属于电机制动技术领域，尤其涉及一种开关磁阻电机及其制动电路。

背景技术：

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor，SRM)的转子采用普通硅钢片叠压而成，具有结构简单、可靠、成本低廉、功率因素高等优点，并且SRM无需电刷换相的同时转子无需安装永磁铁，其使得SRM具有很好的发展前景。

然而，在SRM的某些应用场合，如采用SRM的设备遇紧急情况需要迅速制动，以防对人体或者是采用SRM的设备造成损伤时，由于SRM转子没有永磁体，没有齿槽转矩，因此，SRM如果需要从高速停车，只能依靠转子轴的摩擦力进行制动，该过程费时长，极易导致人体或者采用SRM的设备受到损伤。

综上所述，现有的SRM存在因制动耗时长而导致的人体或者采用SRM的设备极易受到损伤的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种开关磁阻电机及其制动电路，旨在解决现有的SRM存在因制动耗时长而导致的人体或者采用SRM的设备极易受到损伤的问题。

本实用新型是这样实现的，一种开关磁阻电机的制动电路，所述制动电路与开关电路、所述开关磁阻电机以及驱动器连接，所述驱动器与所述开关磁阻电机的第一绕组和第二绕组连接，所述制动电路包括：

第一开关模块、第二开关模块、时间控制模块、工作电压模产生模块以及制动直流电产生模块；

所述开关电路的输入端与外部电源的第一接口连接，所述开关电路的第一输出端与所述驱动器的第一输入端连接，所述驱动器的第二输入端与所述外部电源的第二接口连接，所述开关电路的第二输出端与所述工作电压产生模块的第一输入端和所述制动直流电产生模块的第一输入端连接；所述工作电压产生模块的第二输入端与所述外部电源的第三接口以及所述制动直流电产生模块的第二输入端连接，所述工作电压产生模块的输出端与所述第一开关模块的第一输入端、所述时间控制模块的第一输入端以及所述第二开关模块的第一输入端连接；所述制动直流电产生模块的第一输出端与所述第一开关模块的第二输入端连接，所述制动直流电产生模块的第二输出端与所述第二开关模块的第二输入端连接；所述第一开关模块的第一输出端与所述时间控制模块的第二输入端连接，所述第一开关模块的第二输出端与所述第二开关模块的第三输入端连接；所述第二开关模块的第一输出端与所述时间控制模块的输出端共接于地，所述第二开关模块的第四输入端与所述驱动器的第一输出端连接，所述第二开关模块的第五输入端与所述驱动器的第二输出端连接，所述第二开关模块的第二输出端与所述开关磁阻电机的第三绕组的第一端连接，所述第二开关模块的第三输出端与所述第三绕组的第二端连接；

当所述开关电路处于第一导通状态时，所述第二开关模块进入第一导通状态，以使所述开关磁阻电机的第三绕组与所述驱动器连接，所述驱动器接收所述外部电源输入的交流电，并根据所述交流电驱动所述开关磁阻电机运行；当所述开关电路处于第二导通状态时，所述第一开关模块进入第一导通状态，所述制动直流电产生模块接收所述交流电，并根据所述交流电输出制动直流电至所述第一开关模块，所述第一开关模块将所述制动直流电输出至所述第二开关模块；所述工作电压产生模块接收所述交流电，并根据所述交流电输出工作电压至所述第一开关模块、时间控制模块以及第二开关模块；所述时间控制模块根据所述工作电压工作，并当所述时间控制模块的延时时间未到达时，所述第一开关模块维持所述第一导通状态，所述第二开关模块根据所述工作电压由所述第一导通状态切换至第二导通状态，并将所述制动直流电输出至所述开关磁阻电机的第三绕组，以使所述开关磁阻电机根据所述制动直流电开始制动，当所述时间控制模块的延时时间到达时，所述第一开关模块根据所述工作电压由所述第一导通状态切换至第二导通状态，并停止输出所述制动直流电至所述第二开关模块，以使所述开关磁阻电机停止制动。

本实用新型的另一目的还在于提供一种开关磁阻电机，所述开关磁阻电机包括上述的制动电路。

在本实用新型中，通过采用包括第一开关模块、第二开关模块、时间控制模块、工作电压产生模块以及制动直流电产生模块的制动电路，使得当与该制动电路连接的开关电路处于第一导通状态时，第二开关模块进入第一导通状态，以使开关磁阻电机的第三绕组与驱动器连接，驱动器接收外部电源输入的交流电，并根据交流电驱动开关磁阻电机运行；当开关电路处于第二导通状态时，第一开关模块进入第一导通状态，制动直流电产生模块接收交流电，并根据交流电输出制动直流电至第一开关模块，第一开关模块将制动直流电输出至第二开关模块；工作电压产生模块接收交流电，并根据交流电输出工作电压至第一开关模块、时间控制模块以及第二开关模块；时间控制模块根据工作电压工作，并当时间控制模块的延时时间未到达时，第一开关模块维持第一导通状态，第二开关模块根据工作电压由第一导通状态切换至第二导通状态，并将制动直流电输出至开关磁阻电机的第三绕组，以使开关磁阻电机根据制动直流电开始制动，当时间控制模块的延时时间到达时，第一开关模块根据工作电压由第一导通状态切换至第二导通状态，并停止输出制动直流电至第二开关模块，以使开关磁阻电机停止制动，使得制动电路可根据实际需要设置不同的制动时间，安全可靠性高，解决了现有的SRM存在因制动耗时长而导致的人体或者采用SRM的设备极易受到损伤的问题。

附图说明

图1为本实用新型一实施例所提供的开关磁阻电机的制动电路的模块结构示意图；

图2是本实用新型另一实施例所提供的开关磁阻电机的制动电路的模块结构示意图；

图3是本实用新型一实施例所提供的开关磁阻电机的制动电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体附图对本实用新型的实现进行详细的描述：

图1示出了本实用新型一实施例所提供的开关磁阻电机的制动电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本实用新型实施例所提供开关磁阻电机的制动电路1与开关电路2、开关磁阻电机3以及驱动器4连接，其中，驱动器4与开关磁阻电机3的第一绕组和第二绕组连接。

进一步地，该制动电路1还包括第一开关模块10、第二开关模块11、时间控制模块12、工作电压产生模块13以及制动直流电产生模块14。

其中，开关电路2的输入端与外部电源(图中未示出)的第一接口连接，开关电路2的第一输出端与驱动器4的第一输入端连接，驱动器4的第二输入端与外部电源的第二接口连接，开关电路2的第二输出端与工作电压产生模块13的第一输入端和制动直流电产生模块14的第一输入端连接；工作电压产生模块13的第二输入端与外部电源的第三接口以及制动直流电产生模块14的第二输入端连接，工作电压产生模块13的输出端与第一开关模块10的第一输入端、时间控制模块12的第一输入端以及第二开关模块11的第一输入端连接；制动直流电产生模块14的第一输出端与第一开关模块10的第二输入端连接，制动直流电产生模块14的第二输出端与第二开关模块11的第二输入端连接；第一开关模块10的第一输出端与时间控制模块12的第二输入端连接，第一开关模块10的第二输出端与第二开关模块11的第三输入端连接；第二开关模块11的第一输出端与时间控制模块13的输出端共接于地，第二开关模块11的第四输入端与驱动器4的第一输出端连接，第二开关模块11的第五输入端与驱动器4的第二输出端连接，第二开关模块11的第二输出端与开关磁阻电机3的第三绕组的第一端连接，第二开关模块11的第三输出端与第三绕组的第二端连接。

具体的，当开关电路2处于第一导通状态时，第二开关模块11进入第一导通状态，以使开关磁阻电机3的第三绕组与驱动器4连接，驱动器4接收外部电源输入的交流电，并根据交流电驱动开关磁阻电机3运行；当开关电路2处于第二导通状态时，第一开关模块10进入第一导通状态，制动直流电产生模块14接收交流电，并根据交流电输出制动直流电至第一开关模块10，第一开关模块10将制动直流电输出至第二开关模块11；工作电压产生模块13接收交流电，并根据交流电输出工作电压至第一开关模块10、时间控制模块12以及第二开关模块11；时间控制模块12根据工作电压工作，并当时间控制模块12的延时时间未到达时，第一开关模块10维持第一导通状态，第二开关模块11根据工作电压由第一导通状态切换至第二导通状态，并将制动直流电输出至开关磁阻电机3的第三绕组，以使开关磁阻电机3根据制动直流电开始制动，当时间控制模块12的延时时间到达时，第一开关模块10根据工作电压由第一导通状态切换至第二导通状态，并停止输出制动直流电至第二开关模块11，以使开关磁阻电机3停止制动。

需要说明的是，本实用新型实施例中的开关电路2的导通状态、第一开关模块10的导通状态以及第二开关模块11的导通状态将在后续具体电路中做详细说明，此处不再赘述。

进一步地，作为本实用新型一优选实施例，如图2所示，制动电路1还包括放电模块15，放电模块15的第一输入端与第一开关模块10的第一输入端连接，放电模块15的第二输入端与时间控制模块12的充电端连接，放电模块12的输出端与时间控制模块12的输出端连接。

其中，当第一开关模块10由第一导通状态切换至第二导通状态时，放电模块15工作，并对时间控制模块12进行放电处理；需要说明的是，在本实用新型实施例中，放电模块15控制时间控制模块12的放电时间，从而保证开关磁阻电机3每次制动的时间一致，以免时间控制模块12的不充分放电对制动时间产生影响。

进一步地，作为本实用新型一优选实施例，如图3所示，放电模块15包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第一开关元件Q1。

其中，第一电阻R1的第一端为放电模块15的第一输入端，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端以及第一开关元件Q1的控制端连接，第二电阻R2的第二端与第一开关元件Q1的输出端共接形成放电模块15的输出端，第一开关元件Q1的输入端与第三电阻R3的第二端连接，第三电阻R3的第一端为放电模块15的第二输入端。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，第一开关元件Q1由P型三极管构成，该P型三极管的基极是该第一开关元件Q1的控制端，该P型三极管的发射极是该第一开关元件Q1的输入端，该P型三极管的集电极是该第一开关元件Q1的输出端。

进一步地，作为本实用新型一优选实施例，如图3所示，时间控制模块12包括第四电阻R4、充电电容C1、第五电阻R5以及第二开关元件Q2。

其中，第四电阻R4的第一端为时间控制模块12的第一输入端，第四电阻R4的第二端与充电电容C1的第一端、第五电阻R5的第一端以及第二开关元件Q2的控制端共接形成时间控制模块12的充电端，充电电容C1的第二端与第五电阻R5的第二端以及第二开关元件Q2的输出端共接形成时间控制模块12的输出端，第二开关元件Q2的输入端为时间控制模块12的第二输入端。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，第二开关元件Q2由N型场效应管构成，该N型场效应管的栅极为第二开关元件Q2的控制端，该N型场效应管的漏极为第二开关元件Q2的输入端，该N型场效应管的源极为第二开关元件Q2的输出端。

进一步地，作为本实用新型一优选实施例，如图3所示，工作电压产生模块13包括第一二极管D1、第二二极管D2以及开关电源130。

其中，第一二极管D1的阳极为工作电压产生模块13的第一输入端，第二二极管D2的阳极为工作电压产生模块13的第二输入端，第一二极管D1的阴极与开关电源130的第一输入端连接，第二二极管D2的阴极与开关电源130的第二输入端连接，开关电源130的第一输出端为工作电压产生模块13的输出端，开关电源130的第二输出端接地。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，开关电源130可以采用现有的开关电路实现，此处不作具体限制。

进一步地，作为本实用新型一优选实施例，如图3所示，第一开关模块10包括第三二极管D3与单刀双掷继电器J1。

其中，第三二极管D3的阴极与单刀双掷继电器J1的第一端1共接形成第一开关模块10的第一输入端，单刀双掷继电器J1的第二端2为第一开关模块10的第二输入端，第三二极管D3的阳极与单刀双掷继电器的第三端3共接形成第一开关模块10的第一输出端，单刀双掷继电器J1的第一触点A为第一开关模块10的第二输出端。

需要说明的是，单刀双掷继电器J1还包括第二触点B。结合图1与图3可知，当单刀双掷继电器J1的第一端1与第一触点A接通时，单刀双掷继电器J1为第一导通状态，即第一开关模块10为第一导通状态；当单刀双掷继电器J1的第一端1与第二触点B接通时，单刀双掷继电器J1为二导通状态，即第一开关模块10为第二导通状态；此外，在本实用新型实施例中，第三二极管D3与单刀双掷继电器J1的绕组反向并联，使得当单刀双掷继电器J1的绕组断电时，第三二极管D3可以为单刀双掷继电器J1绕组提供续流回路。

进一步地，作为本实用新型一优选实施例，如图3所示，第二开关模块11包括第四二极管D4、第六电阻R6以及双刀双掷继电器J2。

其中，第六电阻R6的第一端为第二开关模块11的第一输入端，第六电阻R6的第二端与第四二极管D4的阴极以及双刀双掷继电器J2的第一端1共接，第四二极管D4的阳极与双刀双掷继电器J2的第二端2共接形成第二开关模块11的第一输出端，双刀双掷继电器的第一触点B1、第二触点B2、第三触点A1以及第四触点A2分别为第二开关模块11的第二输入端、第三输入端、第四输入端以及第五输入端，双刀双掷继电器J2的第三端3与第四端4分别为第二开关模块11的第二输出端与第三输出端。

需要说明的是，结合图1与图3可知，当双刀双掷继电器J2的第三端3与第四触点A2接通，第四端4与第三触点A1接通时，双刀双掷继电器J2为第一导通状态，即第二开关模块11为第一导通状态；当双刀双掷继电器J2的第三端3与第二触点B2接通，第四端4与第一触点B1接通时，双刀双掷继电器J2为第二导通状态，即第二开关模块11为第二导通状态；此外，在本实用新型实施例中，第四二极管D4与双刀双掷继电器J2的绕组反向并联，使得当双刀双掷继电器J2的绕组断电时，第四二极管D4可以为双刀双掷继电器J2绕组提供续流回路。

进一步地，作为本实用新型一优选实施例，如图3所示，开关电路2包括单刀双掷开关K1。

其中，单刀双掷开关K1的第一端1为开关电路2的输入端，单刀双掷开关K1的第一触点A为开关电路2的第一输出端，单刀双掷开关K1的第二触点B为开关电路2的第二输出端。

需要说明的是，结合图1与图3可知，当单刀双掷开关K1的第一端1与第一触点A接通时，单刀双掷开关K1处于第一导通状态，即开关电路2处于第一导通状态；当单刀双掷开关K1的第一端1与第二触点B接通时，单刀双掷开关K1处于第二导通状态，即开关电路2处于第二导通状态。

进一步地，作为本实用新型一优选实施例，如图3所示，其特征在于，制动直流电产生模块14包括变压单元140与整流单元141。

其中，变压单元140的第一输入端与第二输入端分别为制动直流电产生模块14的第一输入端和第二输入端，变压单元140的第一输出端与第二输出端分别与整流单元141的第一输入端和第二输入端连接，整流单元141的第一输出端和第二输出端分别为制动直流电产生模块14的第一输出端与第二输出端。

具体的，变压单元140接收交流电，并将交流电转换为低压交流电输出至整流单元141，整流单元141对低压交流电进行整流处理后输出制动直流电。

进一步地，作为本实用新型一优选实施例，如图3所示，变压单元140由变压器TX组成，变压器TX主要是将外部电源输入的高压交流输入转换为低压交流电，整流单元141由全桥整流桥U1构成，其主要是将变压器TX输出的低压交流电转换为低压直流电。

下面以图3所示的电路结构为例对本实用新型实施例所提供的制动电路1的工作原理做具体明，详述如下：

当单刀双掷开关K1的第一端1与其第一触点A相连时，驱动电路(驱动器4与开关磁阻电机3)上电，制动电路1断电。具体的，当单刀双掷开关K1的第一端1与其第一触点A相连时，变压器TX无输入，制动电路1不工作，此时双刀双掷继电器J2的第三端3与其第四触点A2接通，第四端4与其第三触点A1接通，驱动器4接收外部电源输出的交流电，并且向开关磁阻电机3的第一绕组和第二绕组通电，以及通过双刀双掷继电器J2向开关磁阻电机3的第三绕组通电，实现开关磁阻电机3的驱动。

当单刀双掷开关K1的第一端1与其第二触点B相连时，驱动器4无输入，即驱动电路断电，并且此时变压器TX与开关电源130均接收外部电源输出的交流电，即制动电路上电。开关电源根据该交流电产生15V的直流电，并利用该15V的直流电向双刀双掷继电器J2的绕组通电，使得双刀双掷继电器J2由触点A1与触点A2分别切换至触点B1与触点B2，进而使得制动电路1与开关磁阻电机3的第三绕组连接，开关磁阻电机3进入制动状态；值得注意的是，单刀双掷开关K1的导通状态可控制双刀双掷继电器J2的导通状态，进而控制第三绕组与驱动电路和制动电路1的其中一个电路连接，即单刀双掷开关K1作为驱动电路与制动电路1之间的切换开关，其可保证任意时刻只有一个电路工作。

具体的，当制动电路1上电后，变压器TX将接收的高压交流输入转换为低压交流电，然后经过整流桥U1整流，从而为开关磁阻电机3的制动提供电能，即制动电压，其中，制动电压的大小可根据实际需求更换相应的变压器。开关电源130产生的15V直流电为单刀双掷继电器J1、双刀双掷继电器J2以及时间控制模块12提供工作电压，即开关电源130输出的15V直流电压作为双刀双掷继电器J2的工作电压向双刀双掷继电器J2的绕组供电，使得双刀双掷继电器J2的第三端3与其第二触点B2接通，第四端4与其第一触点B1接通，并且开关电源130输出的15V直流电压作为单刀双掷继电器J1的工作电压向单刀双掷继电器J1的绕组通电，使得单刀双掷继电器J1的第三端与其第一触点A接通，此时制动电流经过单刀双掷继电器J1、双刀双掷继电器J2和开关磁阻电机3的第三绕组接通，开关磁阻电机3开始制动，即当开关磁阻电机3的某一相绕组通直流电时，该相绕组将产生电磁力，而转子由于电磁力的作用，最终被稳定在固定位置，即开关磁阻电机3实现制动。

同时15V直流电压通过第四电阻R4开始向充电电容C1进行充电，初始时充电电容C1的电压为0V，充电电流经过第四电阻R4向充电电容C1充电，充电电容C1端的电压将逐渐升高，第五电阻R5与充电电容C1并联后与第四电阻R4串联，此处第五R5作为分压电阻可限制第二开关元件Q2栅极端电压。当充电电容C1两端的电压未达到第二开关元件Q2的阈值电压时，第二开关元件Q2关断。单刀双掷继电器J1的第三端保持与第一触点A相连的状态，制动电路1继续对开关磁阻电机3进行制动；当充电电容C1两端的电压达到第二开关元件Q2的阈值电压时，第二开关元件Q2导通，使得单刀双掷继电器J1的绕组与该第二开关元件Q2形成通电通路，单刀双掷继电器J1由触点A切换到触点B，此时制动回路断路，制动电流截止，完成制动动作。值得注意的是，在本实用新型实施例中，制动执行时间可通过更改第四电阻R4和充电电容C1的参数设定，制动的速度则通过选用合适参数的变压器TX实现。

当制动电路1断电时，为了确保充电电容C1迅速放电，以免影响下次制动时间，对此设计了充电电容C1的快速放电电路。具体的，即当制动电路1断电时，开关电源130提供的15V直流电压消失，此时第一电阻R1与第二电阻R2分压后向第一开关元件Q1输出低电平，进而使得第一开关元件Q1开通，充电电容C1经过第三电阻R3、第一开关元件Q1形成放电回路，充电电容C1两端的电荷得以迅速泄放，从而保证每次制动的时间一致；其中，放电时间由第三电阻R3的电阻值决定。

进一步地，本实用新型还提供了一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括制动电路1，由于本实用新型实施例提供的开关磁阻电机中的制动电路1与图3所示的制动电路1相同，因此，本实用新型实施例所提供的开关磁阻电机的具体工作原理，可参考前述关于图3的详细描述，此处不再赘述。

在本实用新型实施例中，通过采用包括第一开关模块10、第二开关模块11、时间控制模块12、工作电压产生模块13以及制动直流电产生模块14的制动电路1，使得当与该制动电路1连接的开关电路2处于第一导通状态时，第二开关模块11进入第一导通状态，以使开关磁阻电机3的第三绕组与驱动器4连接，驱动器4接收外部电源输入的交流电，并根据交流电驱动开关磁阻电机3运行；当开关电路2处于第二导通状态时，第一开关模块10进入第一导通状态，制动直流电产生模块14接收交流电，并根据交流电输出制动直流电至第一开关模块10，第一开关模块10将制动直流电输出至第二开关模块11；工作电压产生模块13接收交流电，并根据交流电输出工作电压至第一开关模块10、时间控制模块12以及第二开关模块11；时间控制模块12根据工作电压工作，并当时间控制模块12的延时时间未到达时，第一开关模块10维持第一导通状态，第二开关模块11根据工作电压由第一导通状态切换至第二导通状态，并将制动直流电输出至开关磁阻电机3的第三绕组，以使开关磁阻电机3根据制动直流电开始制动，当时间控制模块12的延时时间到达时，第一开关模块10根据工作电压由第一导通状态切换至第二导通状态，并停止输出制动直流电至第二开关模块11，以使开关磁阻电机3停止制动，使得制动电路1可根据实际需要设置不同的制动时间，安全可靠性高，解决了现有的SRM存在因制动耗时长而导致的人体或者采用SRM的设备极易受到损伤的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。