车用电控低压直流无刷雨刮电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及汽车电器技术领域，特别是一种整车电源为14V或28V的汽车车型中种采用电子定位、电子换向与电子驱动控制技术的无刷雨刮电机。
【背景技术】
[0002]目前我国所有整车电源为14V或28V的国产汽车车型中所使用的雨刮电机均为有刷电机，其致命的弱点是换向碳刷和输出端复位电刷的磨损、火花烧蚀以及接触不良等使电机寿命大为缩短，复位可靠性大为降低。同时，这种电机噪音大、耗电、温升高。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是将原有的车用低压直流有刷雨刮电机改为车用电控低压直流无刷雨刮电机，在原有外形和安装尺寸不变的前提下，由无刷电机专用控制装置、辅控微处理器和功率驱动管等主要电子部件组成的驱动板与定子绕组、磁体转子、复位信号传感系统一起组成一台可以进行调速、稳速、间歇和停机复位的车用低压直流无刷雨刮电机。
[0004]一种车用电控低压直流无刷雨刮电机，包括供电电源电路、控制执行电路、霍尔传感器信号采集电路、辅控微处理器智能控制电路和无刷电机通用运行电路；控制执行电路包括过流保护、间歇、刹车与速度控制；无刷电机通用运行电路包括磁极位置传感器、以无刷电机专用控制装置为核心部件的驱动控制电路和功率驱动电路；
[0005]转速信号、复位信号通过霍尔传感器信号采集电路与所述辅控微处理器智能控制电路连接；操作控制指令与所述辅控微处理器智能控制电路连接；所述辅控微处理器智能控制电路、过流信号与所述控制执行电路连接；所述控制执行电路与无刷电机通用运行电路连接。
[0006]所述控制执行电路与无刷电机通用运行电路连接，具体是指:所述控制执行电路、所述磁极位置传感器与所述无刷电机专用控制装置连接，所述无刷电机专用控制装置通过所述功率驱动电路与电机定子绕组连接。
[0007]本实用新型的积极效果:本装置工作电流低、效率高、无任何接触电刷，可方便地进行无级调速与稳速控制。大大提高了车用雨刮电机的操控特性与使用寿命。
【附图说明】
[0008]图1为本实用新型的电气原理方框图。
[0009]图2为本实用新型的供电电源电路图。
[0010]图3为本实用新型的控制执行电路图(过流保护、间歇、刹车与速度控制)。
[0011]图4为本实用新型的霍尔传感器信号采集电路，包括复位信号图与转速信号图。
[0012]图5为本实用新型的辅控微处理器(CPU)智能控制电路。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0014]附图1为车用电控低压直流无刷雨刮电机电气原理方框图。
[0015]附图2为电源部分电路图，由电流取样电阻、信号放大电路及辅控微处理器和无刷电机专用控制装置稳压电路构成，提供12V、5V稳压电源及主线电流采样信号。
[0016]附图3为过流保护、刹车与速度控制的执行电路，由4011及信号比对电路构成。当该电路相应输入端接到过流信号(/OVC)、复位信号(/FR)和速度控制信号(PWM)后，将执行控制信号送到专用控制芯片的相应输入端，达到控制电机运行的目的。
[0017]附图4为霍尔传感器构成的信号采集电路，图中左边为雨刮位置复位信号采集电路，右边为电机转速信号采集电路。上述信号采集电路为辅控微处理器进行雨刮刹车控制和转速闭环控制提供数字信号。
[0018]附图5为以辅控微处理器(CPU)为核心部件的智能控制电路。当辅控微处理器接到雨刮器手动开关的操作控制指令后，它能根据霍尔传感器采集的转速、复位信号进行研判，给控制执行电路发出复位信号(/FR)和速度控制信号(PWM)，然后由控制执行电路向专用控制模块发出动作指令信号以控制电机的运行，最后辅控微处理器根据反馈信号对动作指令进行实时修正，实施闭环控制，从而完成了对电机转速、稳速、停机复位的精准操控。
[0019]本实用新型所述的一种车用电控低压直流无刷雨刮电机，包括供电电源电路(含过流取样电路)、控制执行电路(包括过流保护、间歇、刹车与速度控制)、霍尔传感器信号采集电路、辅控微处理器智能控制电路和无刷电机通用运行电路(包括磁极位置传感器、以无刷电机专用控制装置为核心部件的驱动控制电路和功率驱动电路)。
[0020]如附图2所示，由两只0.47欧姆功率电阻并联组成的取样电阻串联在主供电回路中，当电流达到或超过所设定的保护值时，此电阻上的压降能使PNP晶体管导通，进而使NPN晶体管基极得到导通电压。NPN晶体管输出端“/OVC”与控制执行电路(附图3)中的过流信号输入端“/OVC”连接。稳压块7812将输入电压降为12V给专用控制模块及其附属电路供电。另外，12V电压还作为稳压块7805的输入电压，7805输出的5V电压VCC给辅控微处理器智能控制电路(附图5)中标有VCC的供电点供电。
[0021]在附图3所示的控制执行电路(过流保护、间歇、刹车与速度控制)中，CD4011BM为四2输入与非缓冲B系列门芯片，U9A、U9B、U9C、U9D分别为这款芯片中的四个2输入与非门。图中由这四个门电路所搭建电路的操作逻辑是:在电路处于复位状态的前提下，如果“/OVC”端变为零电平，则“/OVCR”端必为零电平，最终“RUN”端必为高电平。图中“ON/OFF”端与电机专用控制模块的“0N/0FF”引脚相连，控制逻辑是“0N/0FF”端为高电平时电机运行，为零电平时电机停转。当电机主供电回路电流超过所设定的保护值时，附图2中的光耦动作，光敏晶体管导通，“/0VC”端为零电平，“RUN”为高电平，“0N/0FF”晶体管导通，使“0N/0FF”端为零电平，电机停转，从而实现了单纯运用硬件对电机过流的快速保护。图中“/REST”端与辅控微处理器(附图5)的45脚(/REST)相连，“/REST”信号为复位信号，当在开机或过流保护过程中需要对逻辑电路进行复位的时候，辅控微处理器会给出一个“负跳变”的复位信号，利用电容的瞬间导通特性，将U9A的2脚瞬间置零，使电路回到初始状态。图中“PWM”端与辅控微处理器(附图5)的26脚(PWM)相连，当电机的工作电流正常时，“ /OVCR”始终处于高电平，辅控微处理器通过输出不同的PWM信号，对电机进行运行、停转和调速的精准控制。图中U9D电路设计为反相器形式，“OVCR”端与辅控微处理器(附图5)的48脚(OVCR)相连，这样辅控微处理器能即时识别电路是否进入过流保护状态。当微处理器得到进入保护的信号后，会每间隔一个短暂时间发出一个“/REST”复位信号，如果过流故障未消除，则电路仍维持过流保护状态；若故障排除，则电机回到正常运行状态，微处理器不再发出“/REST”复位信号。图中“/FR”端与辅控微处理器(附图5)的36脚(/FR)相连，“FR”端与电机专用控制模块相连，微处理器通过发出高低不同电平的“/FR”信号，可方便地控制电机的正、反转。
[0022]附图4给出的是两个信号采集电路，它们分别为辅控微处理器进行雨刮刹车控制和转速闭环控制提供数字信号。图中左边为雨刮位置复位信号采集电路。由单极型霍尔开关芯片SS443作为核心部件而构成，SS443的I脚接正电源12V，2脚接地，3脚为输出端。在输出端与正电源之间接有1K上拉电阻。在雨刮电机输出轴涡轮上嵌入一个小磁体，其磁场方向与输出轴平行，SS443安装在磁体正上方的盖板上，这样涡轮每旋转一周就会在信号采集电路的输出端得到一个复位信号“/ZERO”。复位信号输出端与辅控微处理器(附图5)的25脚(/ZERO)相连。微处理器根据间歇、停转指令，结合“/ZERO”信号，使电机每次都能准确停在起始位置。图中右边为电机转速信号采集电路。由双极型霍尔开关芯片SS413作为核心部件而构成，SS413的I脚接正电源12V，2脚接地，3脚为输出端。在输出端与正电源之间接有1K上拉电阻。SS413装在电机转子磁体的上方，当电机转动时就会在信号采集电路的输出端得到一个转速信号“CNT”。转速信号输出端与辅控微处理器(附图5)的19脚(CNT)相连。微处理器能根据CNT反馈的电机转速信号，对电机转速进行闭环控制，达到稳速的目的。
[0023]附图5为辅控微处理器智能控制电路，核心部件为STM8S207微处理器。图中“NRST”端(I脚)为微处理器芯片自身的复位口。在电机上电瞬间，利用电容的瞬间导通特性，VCC通过1K电阻到地瞬间接通，使I脚瞬间置零，微处理器得以复位。“SWM”(42脚)为编程口。四个功能键接口符号“KEY DEC”、“KEY INC”、“KEY F00D”、“KEY PWE”分别表示“递减”、“递增”、“间歇”和“停转”。“LED P0W，，、“LED CLK，，、“LED DAT，，、“LED RUN” 为七段LED 数码显示接Po “PB3”、“PB4”、“PB5”、“PB6”、“PD4”、“PD5”、为备用接口。
[0024]本装置将车用雨刮电机的换向操作由原来的机械换向改为了电子换向，将原来的复位点电刷改为复位点无触点传感，与传统的车用有刷雨刮电机相比，车用电控高压直流无刷雨刮电机的工作电流低、效率高、无换向火花，可方便地进行无级调速与稳速控制，使用寿命和工作稳定性得到极大提升。
【主权项】
1.一种车用电控低压直流无刷雨刮电机，其特征在于:包括供电电源电路、控制执行电路、霍尔传感器信号采集电路、辅控微处理器智能控制电路和无刷电机通用运行电路；控制执行电路包括过流保护、间歇、刹车与速度控制；无刷电机通用运行电路包括磁极位置传感器、以无刷电机专用控制装置为核心部件的驱动控制电路和功率驱动电路； 转速信号、复位信号通过霍尔传感器信号采集电路与所述辅控微处理器智能控制电路连接；操作控制指令与所述辅控微处理器智能控制电路连接；所述辅控微处理器智能控制电路、过流信号与所述控制执行电路连接；所述控制执行电路与无刷电机通用运行电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种车用电控低压直流无刷雨刮电机，其特征在于:所述控制执行电路与无刷电机通用运行电路连接，具体是指:所述控制执行电路、所述磁极位置传感器与所述无刷电机专用控制装置连接，所述无刷电机专用控制装置通过所述功率驱动电路与电机定子绕组连接。
【专利摘要】一种车用电控低压直流无刷雨刮电机，转速信号、复位信号通过霍尔传感器信号采集电路与所述辅控微处理器智能控制电路连接；操作控制指令与所述辅控微处理器智能控制电路连接；所述辅控微处理器智能控制电路、过流信号与所述控制执行电路连接；所述控制执行电路与无刷电机通用运行电路连接。本实用新型的积极效果：本装置工作电流低、效率高、无任何接触电刷，可方便地进行无级调速与稳速控制。大大提高了车用雨刮电机的操控特性与使用寿命。
【IPC分类】H02P7-28
【公开号】CN204392126
【申请号】CN201520052731
【发明人】王平
【申请人】武汉汉升汽车传感系统有限责任公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年1月26日