专利名称：直流电机调速控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及直流电机技术领域，更具体地说，涉及一种直流电机调速控制器。
背景技术：
直流电机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领 域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和 办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品(如电冰箱，空调，DVD等)中，都 大量使用着各种各样的直流电动机。电动机与人的生活息息相关，密不可分。
目前电动自行车广泛采用的是直流永磁电机，直流永磁电机按照是否采用电刷换 向可分为有刷电机和无刷电机两种，有刷电机是直流电机的主流产品，目前绝大多数电动 自行车电机都是无刷电机。无刷电机是一种特殊的直流电机，它采用内置传感器外加电子 换向器的方法进行电子换向，无刷电机主要是为了消除电刷的磨损，以及电刷接触所产生 的噪声。 在当今的电气时代，直流电机的调速控制一般采用模拟法，对电机的简单控制应 用比较多。简单控制是指对电机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过 继电器，可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电机的转速， 转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。 如图1所示，直流无刷电机的调速控制原理图中，开关管Tl、开关管T3、开关管T5 组成上桥，轮流导通完成换相；开关管T2、开关管T4、开关管T6组成下桥，由高频方波驱动； 如图2所示，直流有刷电机的调速控制原理图中，由电机M内部的机械换相装置完成换相， 同样，开关管T由高频方波驱动。 在图1和图2中，当电机M绕组获得电流产生转矩时，电路图可等效为如图3所示 的电路图，其中，r是线路损耗、电池内阻、开关损耗、电机铁损等共同构成的等效电阻，其消 耗的功率是无用功。 具体的，开关K的通/断如图4所示其中，tl是脉冲宽度，t2是脉冲周期T。
在开关K闭合时(即在tl时间内)，电机绕组得电，产生转矩； 在开关K断开时(即在tl — t2时间内)，电机绕组失电，无转矩，电机仅依靠惯
性而产生转动。 显然，如果要增加电机转矩，开关K闭合的时间要延长(即tl要增加)，电池输出 的等效电流也要增加，同时，等效电阻r上消耗的功率增加，其增量与电流增量的平方成正 比。由此可以看出，上述电路的效率很低，还会导致所述电机、电池和连接导线发热。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种直流电机调速控制器，以解决当增加直流电机转矩时，
会增加功率损耗的问题。 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案
—种直流电机调速控制器，在所述直流电机调速控制器的开关管与直流电机间串 联电感。 优选地，当所述电机为直流无刷电机时，所述电感一端连接在所述电机三角形绕 组的一端，所述电感的另一端连接在所述直流电机调速控制器两个串联的开关管之间。
优选地，所述直流电机为直流有刷电机。 优选地，在所述直无刷电机绕组的任意一个绕组的两端还并联有电容。
优选地，在所述直流有刷电机的两端还并联电容。 优选地，在所述直流无刷电机调速器上桥的各个开关管两端分别并联二极管。 优选地，在所述直流有刷电机串联电感后的两端并联二极管。 优选地，直流无刷电机调速控制器上桥使用双路半桥整流电路供电。 从上述的技术方案可以看出，本发明公开的直流电机调速控制器，在直流电机与
所述直流电机调速控制器的开关管间连接电感，当所述直流电机的绕组得电产生转矩时，
所述电感储存电能，当所述直流电机的绕组失电后，所述电感放电，继续向所述直流电机的
绕组供电，维持所述直流电机的绕组产生转矩。这样，增加了所述直流电机的转矩，而不需
要延长控制所述直流电机得电的开关的导通时间，解决了当增加直流电机转矩时，会增加
功率损耗的问题。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种直流无刷电机的调速控制原理图； 图2为现有技术中的一种直流有刷电机的调速控制原理图； 图3为现有技术中的直流电机调速控制器电路的等效电路图； 图4为现有技术中的直流电机调速控制器工作时间的示意图； 图5为本发明实施例公开的直流无刷电机的调速控制原理图； 图6为本发明实施例公开的直流有刷电机的调速控制原理图； 图7为本发明实施例公开的直流无刷电机调速控制器电路的等效电路图； 图8为本发明实施例公开的直流无刷电机调速控制器电路中，开关K的通/断时
间与电路中电流值的大小的坐标图； 图9为本发明实施例公开的直流有刷电机调速控制器电路的等效电路图； 图10为本发明实施例公开的直流有刷电机调速控制器电路中，开关K的通/断时
间与电路中电流值的大小的坐标图； 图11为本发明实施例公开的直流无刷电机增加电容的示意图； 图12为本发明实施例公开的直流无刷电机增加电容的示意图； 图13为本发明实施例公开的直流无刷电机调速控制装置上桥的电源控制电路图。
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。 本发明实施例公开了一种直流电机调速控制器，以解决当增加直流电机转矩时， 会增加功率损耗的问题。 本发明实施例公开的直流电机调速控制器可以广泛的应用在各种使用直流电机 的设备上，例如电动自行车、电动摩托车以及电动汽车。 在所述直流电机调速控制器的开关管与直流电机间连接电感，当所述直流电机的
绕组得电产生转矩时，所述电感储存电能，当所述直流电机的绕组失电后，所述电感放电，
继续向所述直流电机的绕组供电，维持所述直流电机的绕组产生转矩。这样，增加了所述直
流电机的转矩，而不需要延长控制所述直流电机得电的开关的导通时间。 具体的，以下通过两个实施例分别从直流无刷电机和直流有刷电机两方面进行论述。 如图5所示，本发明实施例公开了一种直流无刷电机的调速控制器，开关管T5通 过电感La连接在直流电机的A'点，同样，开关管Tl通过电感Lc连接在直流电机的C'点， 开关管T3通过电感Lb连接在直流电机的B'点。其中，开关管T1、开关管T3和开关管T5 组成所述直流无刷电机调速器上桥，可以分别在开关管Tl、开关管T3和开关管T5的两端并 联二极管，具体为在开关管Tl两端并联二极管Dl，在开关管T3两端并联二极管D3，在开 关管T5两端并联二极管D5。并且，为了增加电流负载能力，可以在二极管Dl 、二极管D3和 二极管D5两端分别并联多个二极管。 当开关管T5导通，开关管T2提供脉冲方波驱动时，上述电路图可以等效为如图7 所示的电路图。其中，r是线路损耗、电池内阻、开关损耗、电机铁损等构成的等效电阻。图 8为开关K的通/断时间与电路中电流值的大小的坐标图，其中，tl是脉冲宽度，t2是脉冲 周期T'。 参照图7和图8，当开关K闭合时(即在图8的tl时间内)，直流电机的绕组 A' C'得电，产生转矩，电流回路如图7中的I1所示。同时，电感La和电感Lc上有电流通 过，内部储存能量；当开关K断开时(即在图8的tl — t2时间内)，直流电机的绕组A'C' 失电，电池停止向电路供电。此时，电感La和电感Lc中储存的能量通过二极管D1释放，向 绕组A' C'供电，继续维持绕组A' C'的转矩，如图8中的tl — t'，电流回路如图7中的12 所示。 此时的直流电机绕组A'C'的转矩的时间延长至t'，但是，开关K的导通时间仍然 为tl，也可以说，当想得到现有的直流电机绕组产生转矩的时间时，因为电感La和电感Lc 储能作用，可以縮短开关K的导通时间，这样，电源输出的等效电流减小，相应的，电源输出 的功率减小。 本发明另一个实施例公开了一种直流有刷电机的调速控制器，如图6所示，在直 流电机M和开关管T间串联电感L，在直流电机M串联电感L后的两端并联二极管D。并且， 为了增加电流负载能力，同样可以在二极管D两端并联多个二级管。
具体的，等效电路图如图9所示，其中，r是线路损耗、电池内阻、开关损耗、电机铁 损等构成的等效电阻。图10为开关K的通/断时间与电路中电流值的大小的坐标图，其中， tl是脉冲宽度，t2是脉冲周期T' 参照图9和图IO，当开关K闭合(即在图10的tl时间内)，直流电机的绕组L' 得电，产生转矩。同时，电感L上有电流通过，内部储存能量；当开关K断开时(即图10的 tl — t2时间内)，直流电机的绕组L'失电，电池停止向电路供电。此时，电感L中储存的 能量通过二极管D释放，向绕组L'供电，继续维持绕组L'的转矩，如图10中的tl — t'，电 流回路如图9中的I所示。 经过上述的过程，电源输出的功率同样减小，具体的原因与上述实施例的说明的 内容相同，此处不再赘述。 综上所示，在所述直流电机和所述直流电机调速控制器的开关管之间串联电感， 当电池断电后，可以利用电感的蓄能功能为直流电机继续供电，使其绕组继续产生转矩，这 样，可以减小电源的功率损耗，提高电池的效率。并且，电池、直流电机和连接导线的发热量 也可以减小，延长了其的使用寿命。 为了提高所述直流电机的抗干扰能力，如图11所示，在所述直无刷电机绕组的任 意一个绕组的两端可以并联有电容；如图12所示，在所述直流有刷电机两端可以并联电 容。 具体的，所述电容数值的大小可以根据实际直流电机的功率值选择，一般的，在功 率较大的直流电机上使用较大数值的电容。 本发明实施例还公开了一种直流无刷电机调速控制装置上桥的电源控制电路，如 图13所示，所述直流无刷电机调速控制装置上桥采用双路半桥整流电路101进行供电，双 路半桥整流电路101可以将自举电压整流为直流电压。 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
权利要求
一种直流电机调速控制器，其特征在于，在所述直流电机调速控制器的开关管与直流电机间串联电感。
2. 根据权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征在于，当所述电机为直流无刷 电机时，所述电感一端连接在所述电机三角形绕组的一端，所述电感的另一端连接在所述 直流电机调速控制器两个串联的开关管之间。
3. 根据权利要求1所述的直流电机调速控制器，其特征在于，所述直流电机为直流有 刷电机。
4. 根据权利要求2所述的直流电机调速控制器，其特征在于，在所述直无刷电机绕组 的任意一个绕组的两端还并联有电容。
5. 根据权利要求3所述的直流电机调速控制器，其特征在于，在所述直流有刷电机的 两端还并联电容。
6. 根据权利要求2所述的直流电机调速控制器，其特征在于，在所述直流无刷电机调 速器上桥的各个开关管两端分别并联二极管。
7. 根据权利要求3所述的直流电机调速控制器，其特征在于，在所述直流有刷电机串 联电感后的两端并联二极管。
8. 根据权利要求2所述的直流电机调速控制器，其特征在于，直流无刷电机调速控制 器上桥采用双路半桥整流电路供电。
全文摘要
本发明公开了一种直流电机调速控制器，在所述直流电机调速控制器的开关管与直流电机间串联电感。当所述直流电机的绕组得电产生转矩时，所述电感储存电能，当所述直流电机的绕组失电后，所述电感放电，继续向所述直流电机的绕组供电，维持所述直流电机的绕组产生转矩。这样，增加了所述直流电机的转矩，而不需要延长控制所述直流电机得电的开关的导通时间，解决了当增加直流电机转矩时，会增加电源功率损耗的问题。
文档编号H02P7/28GK101753082SQ20101011266
公开日2010年6月23日 申请日期2010年2月4日 优先权日2010年2月4日
发明者李红旗 申请人:李红旗