專利名稱：直流電機(jī)調(diào)速控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流電機(jī)調(diào)速控制器，具體涉及一種可以大大降低電路損 耗，并且能夠有效解決沖擊和發(fā)熱問題從而極大地提高電路效率的直流電機(jī)調(diào)速控制器。
背景技術(shù)：
目前，隨著“綠色環(huán)保”觀念的普及和深入人心，電動(dòng)車作為一種零排放、無污染的 清潔環(huán)保交通工具，得到了廣泛應(yīng)用。但是，現(xiàn)有的電動(dòng)車普遍存在以下問題充電后，使用 時(shí)間不長(zhǎng)；而且在使用過程中，電機(jī)發(fā)熱量非常大，極易損壞電器元件，電池的使用壽命也 隨之降低。眾所周知，直流電機(jī)調(diào)速控制器是電動(dòng)車的核心部件之一。為了提高電動(dòng)車的性 能，就要提高直流電機(jī)調(diào)速控制器的性能。現(xiàn)有的直流電機(jī)調(diào)速控制器，基本都是由斬波器演化而來，而直流無刷電機(jī)的調(diào) 速控制器又最為常見。如圖1所示，在現(xiàn)有的直流無刷電機(jī)的調(diào)速控制原理圖中，開關(guān)管 G1^ G2, G3組成上橋，輪流導(dǎo)通完成換相，由低頻方波驅(qū)動(dòng)；開關(guān)管gl、g2、g3組成下橋，由高 頻方波驅(qū)動(dòng)。該電路中，上橋的開關(guān)管由霍爾給出低頻信號(hào)控制，在電機(jī)最高速度下也只有 250Hz左右；下橋的開關(guān)管由霍爾低頻信號(hào)與PWM(約16kHz)組成與門控制，因此是高頻信 號(hào)。電機(jī)中由硅鋼片與線圈組成的電抗系統(tǒng)，在高頻信號(hào)的作用下產(chǎn)生兩種效果一是高 頻信號(hào)包絡(luò)線所形成的反電動(dòng)勢(shì)ε (與轉(zhuǎn)速成正比)；二是由于硅鋼片(響應(yīng)頻率為10 400Hz)無法響應(yīng)高頻信號(hào)而形成的渦流。反電動(dòng)勢(shì)ε是做功，而渦流卻會(huì)產(chǎn)生熱量，即 (E-O I。因此，電路效率與占空比成正比。為了提高電路效率，人們通常從以下兩方面考慮其一，將線圈硅鋼片改為高頻響應(yīng)好的鐵氧體。但是鐵氧體的Bm很小，即力矩很 小。其二，將PWM改為低頻，比如IkHz以內(nèi)。但是，低速時(shí)很容易就會(huì)發(fā)生磁飽和，當(dāng)反電 動(dòng)勢(shì)很小時(shí)，會(huì)對(duì)電池和場(chǎng)管形成巨大沖擊。所以，以上兩種解決途徑都不足取。發(fā)明專利“直流電機(jī)調(diào)速控制器”(公布號(hào)CN101753082A)公開的技術(shù)方案，如圖2 所示，在直流無刷電機(jī)的調(diào)速控制原理圖中，開關(guān)管Ι\、τ3、τ5組成上橋，輪流導(dǎo)通完成換相， 由低頻方波驅(qū)動(dòng)；開關(guān)管！^！^！^組成下橋，由高頻方波驅(qū)動(dòng)。開關(guān)管T5通過電感La連接 在直流電機(jī)的Α’點(diǎn)，同樣，開關(guān)管T1通過電感L。連接在直流電機(jī)的C’點(diǎn)，開關(guān)管T3通過電 感Lb連接在直流電機(jī)的B’點(diǎn)。該方案從理論上可以解決PWM調(diào)整時(shí)能量?jī)?chǔ)存的問題。但 是，電路中的高頻信號(hào)仍然會(huì)通過電機(jī)繞組電抗，仍然會(huì)形成渦流，只有剩余的能量才能存 儲(chǔ)在電感上。此外，該方案還存在以下缺點(diǎn)第一，由于電感串接在橋臂開關(guān)管與電機(jī)之間， 所以要有三個(gè)電感才能滿足續(xù)流需要，但是三個(gè)電感不但會(huì)增加成本，而且體積較大，在實(shí) 際生產(chǎn)和運(yùn)用中很難與普通直流電機(jī)調(diào)速控制器相容，不利于擴(kuò)大生產(chǎn)和降低成本；第二， 由于橋臂仍然采用上橋低頻驅(qū)動(dòng)，下橋高頻驅(qū)動(dòng)的方案，導(dǎo)致下橋開關(guān)管的負(fù)荷遠(yuǎn)比上橋 開關(guān)管重，不對(duì)稱；第三，要想達(dá)到較高的效率，下橋的三個(gè)開關(guān)管各自的波形都必須調(diào)整 得非常好，而這在實(shí)際運(yùn)用中是很難實(shí)現(xiàn)的。
實(shí)用新型內(nèi)容發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種可以大大降低 電路損耗，并且能夠有效解決沖擊和發(fā)熱問題從而極大地提高電路效率的直流電機(jī)調(diào)速控 制器。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的直流電機(jī)調(diào)速控制器，包括電源和電機(jī) 控制電路，所述電源直接串聯(lián)連接高頻開關(guān)，所述高頻開關(guān)采用高頻PWM制式進(jìn)行調(diào)速，電 機(jī)控制電路部分不再進(jìn)行調(diào)速；高頻開關(guān)與電機(jī)控制電路之間串聯(lián)有電感，電感兩端還分 別連接有續(xù)流元件和濾波元件。高頻開關(guān)直接與電源串聯(lián)連接，而不是設(shè)置在橋臂上，可以 將頻率提高的更高，從而減小儲(chǔ)能續(xù)流元件的體積；濾波元件把頻率和電感調(diào)整到最佳的 匹配狀態(tài)；開關(guān)電源的高頻電流，不再通過電機(jī)硅鋼片的繞組，不會(huì)形成任何渦流，不產(chǎn)生 多余熱量。作為優(yōu)選，所述續(xù)流元件為二極管，所述濾波元件為電容。二極管和電容的個(gè)數(shù)分 別為一個(gè)，可以減小體積，降低成本。作為優(yōu)選，所述電機(jī)控制電路包括電機(jī)和開關(guān)管，所述電機(jī)為直流無刷電機(jī)，所述 開關(guān)管均在低頻下工作。開關(guān)管組成上橋和下橋，各個(gè)橋臂都在低頻下工作，狀態(tài)是對(duì)稱 的，因此發(fā)熱??；同時(shí)，各個(gè)橋臂始終工作在100%導(dǎo)通角下，沒有(E- OI的沖擊和發(fā)熱問題。作為優(yōu)選，所述直流無刷電機(jī)為采用硅鋼片作磁芯繞制的直流無刷電機(jī)。作為優(yōu)選，所述電機(jī)控制電路包括電機(jī)，所述電機(jī)為直流有刷電機(jī)。作為優(yōu)選，所述直流有刷電機(jī)為采用硅鋼片作磁芯繞制的直流有刷電機(jī)。作為優(yōu)選，所述高頻開關(guān)與SG3524芯片或其它具有類似功能的芯片連接并由其 提供高頻信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。作為優(yōu)選，所述開關(guān)管與33035芯片或其它具有類似功能的芯片連接并由其提供 在PWM占空比為100%時(shí)的低頻信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。有益效果本實(shí)用新型的直流電機(jī)調(diào)速控制器，通過將高頻開關(guān)直接與電源串聯(lián) 連接，并對(duì)高頻開關(guān)采用高頻PWM制式進(jìn)行調(diào)速，而電機(jī)控制電路部分不再進(jìn)行調(diào)速，可以 將頻率提高的更高，從而減小儲(chǔ)能續(xù)流器件體積；通過濾波元件可以把頻率和電感調(diào)整到 最佳的匹配狀態(tài)；通過在高頻開關(guān)與電機(jī)控制電路之間串聯(lián)電感，可以使開關(guān)電源的高頻 電流不再通過電機(jī)硅鋼片的繞組，不會(huì)形成任何渦流，不產(chǎn)生多余熱量。本實(shí)用新型電路結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，元器件少，容易實(shí)現(xiàn)，可以大大降低成本，有利于擴(kuò)大生產(chǎn)。

圖1為現(xiàn)有的直流無刷電機(jī)的調(diào)速控制原理圖；圖2為公布號(hào)為CN101753082A的發(fā)明專利公開的技術(shù)方案原理圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例公開的直流無刷電機(jī)的調(diào)速控制原理圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例公開的直流無刷電機(jī)或直流有刷電機(jī)調(diào)速控制電路的 等效電路圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說明。本實(shí)用新型的直流電機(jī)調(diào)速控制器，可以大大降低電路損耗，并且能夠有效解決 沖擊和發(fā)熱問題從而極大地提高電路效率。本實(shí)用新型的直流電機(jī)調(diào)速控制器，可以廣泛 應(yīng)用于電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車以及電動(dòng)汽車等多種設(shè)備。如圖3所示，本實(shí)用新型的直流電機(jī)調(diào)速控制器，包括電源和電機(jī)控制電路，電源 直接串聯(lián)連接高頻開關(guān)K，高頻開關(guān)K采用高頻PWM制式進(jìn)行調(diào)速，頻率范圍為20 70KHZ， 優(yōu)選頻率為50KHz ；而電機(jī)控制電路部分不再進(jìn)行調(diào)速；高頻開關(guān)K與電機(jī)控制電路之間串 聯(lián)有電感L，電感L兩端還分別連接有續(xù)流元件和濾波元件。續(xù)流元件為二極管，濾波元件 為電容C。電感L 一端與二極管一端連接，二極管另一端與電源一端連接；電感L另一端與 電容C 一端連接，電容C另一端與電源連接。本實(shí)用新型只用一個(gè)二極管和一個(gè)電容C，就可 以實(shí)現(xiàn)續(xù)流和濾波的作用，可以減小直流電機(jī)調(diào)速控制器的體積，能夠降低成本。電機(jī)控制 電路包括電機(jī)和開關(guān)管，電機(jī)為直流無刷電機(jī)，開關(guān)管均在低頻下工作，頻率范圍為20 400Hz，優(yōu)選頻率為250Hz，且每個(gè)開關(guān)管內(nèi)部都包含二極管元件。開關(guān)管組成上橋和下橋， 各個(gè)橋臂都在低頻下工作，狀態(tài)是對(duì)稱的，因此發(fā)熱??；開關(guān)管與33035芯片連接并由其提 供在PWM占空比為100%時(shí)的低頻信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，各個(gè)橋臂始終工作在100%導(dǎo)通角下，沒 有(Ε- ε ) I的沖擊和發(fā)熱問題。高頻開關(guān)與SG3524芯片連接并由其提供高頻信號(hào)進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)。同理，當(dāng)電機(jī)控制電路中的電機(jī)為直流有刷電機(jī)時(shí)，在電源上串聯(lián)連接有高頻開 關(guān)，高頻開關(guān)與電機(jī)控制電路之間串聯(lián)有電感，電感兩端還分別連接有續(xù)流元件和濾波元 件。續(xù)流元件為二極管，濾波元件為電容。電感一端與二極管一端連接，二極管另一端與電 源一端連接；電感另一端與電容一端連接，電容另一端與電源連接。綜上，無論是采用直流無刷電機(jī)還是直流有刷電機(jī)，本實(shí)用新型的直流電機(jī)調(diào)速 控制器的調(diào)速控制電路的等效電路圖都是一樣的，如圖4所示，其中ε為電機(jī)做功時(shí)的反 電動(dòng)勢(shì)。高頻開關(guān)K直接與電源串聯(lián)連接，而不是設(shè)置在橋臂上，可以將頻率提高的更高， 從而減小儲(chǔ)能續(xù)流；濾波元件把頻率和電感調(diào)整到最佳的匹配狀態(tài)；開關(guān)電源的高頻電 流，不再通過電機(jī)硅鋼片的繞組，不會(huì)形成任何渦流。本實(shí)用新型的直流電機(jī)調(diào)速控制器適用于所有采用硅鋼片作磁芯繞制的直流電 機(jī)，包括單相有刷直流電機(jī)、三相無刷直流電機(jī)和五相無刷直流電機(jī)等。電機(jī)運(yùn)行時(shí)溫度的升高，直接影響到控制器和電機(jī)的壽命和運(yùn)行可靠性。電機(jī)各 部分的溫度成為電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中重要的性能指標(biāo)之一。在新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，詳細(xì)規(guī)定了 不同絕緣等級(jí)的電機(jī)繞組對(duì)應(yīng)的不同的繞組溫度。超過此溫度，電機(jī)壽命將會(huì)受到影響，甚 至造成電機(jī)燒毀。本實(shí)用新型的直流電機(jī)調(diào)速控制器能有效降低電機(jī)的升溫，不僅可以保 證電機(jī)的安全性能，而且對(duì)提高控制器的使用壽命、節(jié)約原材料和電能具有重要的現(xiàn)實(shí)意 義。下面通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明本實(shí)用新型確實(shí)具有以上優(yōu)越性能。取三輛普通電動(dòng)車甲、乙、丙，在保證三輛電動(dòng)車其他性能完全相同的情況下，甲 采用圖1所示的直流電機(jī)調(diào)速控制器，乙采用圖2所示的直流電機(jī)調(diào)速控制器，丙采用本實(shí) 用新型的直流電機(jī)調(diào)速控制器。在路況相同，電量充足，外界空氣溫度為20°C的情況下，甲
5車能行駛30公里，電機(jī)溫度升高60° 80° ；乙車能行駛50公里，電機(jī)溫度升高20° 40° ；而丙車能行駛68公里，電機(jī)溫度升高10° 20°。由此可見，本實(shí)用新型的直流電機(jī)調(diào)速控制器的優(yōu)越性能，不但從理論上可以實(shí) 現(xiàn)，而且在具體的使用過程中也是可以得到保證的。直流無刷電機(jī)主要由釹鐵硼永磁體與硅鋼片繞組組成。本實(shí)用新型可以有效避免 高頻電流通過電機(jī)硅鋼片的繞組形成渦流的不利因素，可以擴(kuò)大硅鋼片的使用范圍。永磁 體的主要元素為釹鐵硼(NdFeB)，釹鐵硼是目前性價(jià)比最佳的稀土永磁材料釹鐵硼具有 體積小、重量輕和磁性強(qiáng)的特點(diǎn)，預(yù)計(jì)在未來20 30年內(nèi)不可能出現(xiàn)替代釹鐵硼的磁性材 料。釹鐵硼作為節(jié)能環(huán)保的朝陽產(chǎn)業(yè)，廣泛用于信息技術(shù)、汽車、核磁共振、風(fēng)力發(fā)電和電機(jī) 等領(lǐng)域，預(yù)計(jì)未來3 5年的復(fù)合增長(zhǎng)率在20%左右。由于中國(guó)具有明顯的資源、成本和市 場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，世界釹鐵硼產(chǎn)業(yè)正在向中國(guó)轉(zhuǎn)移，本實(shí)用新型也必將為釹鐵硼更廣泛的應(yīng)用掃除 障礙，為中國(guó)乃至世界的科技發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和 潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種直流電機(jī)調(diào)速控制器，包括電源和電機(jī)控制電路，其特征在于所述電源直接串聯(lián)連接高頻開關(guān)，所述高頻開關(guān)采用高頻PWM制式進(jìn)行調(diào)速，高頻開關(guān)與電機(jī)控制電路之間串聯(lián)有電感，電感兩端還分別連接有續(xù)流元件和濾波元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)調(diào)速控制器，其特征在于所述續(xù)流元件為二極管， 所述濾波元件為電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)調(diào)速控制器，其特征在于所述電機(jī)控制電路包括 電機(jī)和開關(guān)管，所述電機(jī)為直流無刷電機(jī)，所述開關(guān)管均在低頻下工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流電機(jī)調(diào)速控制器，其特征在于所述直流無刷電機(jī)為采 用硅鋼片作磁芯繞制的直流無刷電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)調(diào)速控制器，其特征在于所述電機(jī)控制電路包括 電機(jī)，所述電機(jī)為直流有刷電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流電機(jī)調(diào)速控制器，其特征在于所述直流有刷電機(jī)為采 用硅鋼片作磁芯繞制的直流有刷電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的直流電機(jī)調(diào)速控制器，其特征在于所述高頻開 關(guān)與SG3524芯片連接并由其提供高頻信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的直流電機(jī)調(diào)速控制器，其特征在于所述開關(guān)管與33035 芯片連接并由其提供在PWM占空比為100%時(shí)的低頻信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種直流電機(jī)調(diào)速控制器，包括電源和電機(jī)控制電路，電源直接串聯(lián)連接高頻開關(guān)，高頻開關(guān)采用高頻PWM制式進(jìn)行調(diào)速，電機(jī)控制電路部分不再進(jìn)行調(diào)速；高頻開關(guān)與電機(jī)控制電路之間串聯(lián)有電感，電感兩端還分別連接有續(xù)流元件和濾波元件。本實(shí)用新型的直流電機(jī)調(diào)速控制器，通過將高頻開關(guān)直接與電源串聯(lián)連接，可以將頻率提高的更高，從而減小儲(chǔ)能續(xù)流器件體積；通過濾波元件可以把頻率和電感調(diào)整到最佳的匹配狀態(tài)；通過在高頻開關(guān)與電機(jī)控制電路之間串聯(lián)電感，可以使開關(guān)電源的高頻電流不再通過電機(jī)硅鋼片的繞組，不會(huì)形成任何渦流，不產(chǎn)生多余熱量。本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元器件少，容易實(shí)現(xiàn)，可以大大降低成本，有利于擴(kuò)大生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H02P7/29GK201766544SQ20102050262
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者李玉增 申請(qǐng)人:南京新樂能電子科技有限公司