直流有刷電機調(diào)速裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種直流有刷電機調(diào)速裝置。它包括可調(diào)電源、直流有刷電機和電流傳感器。其特點是電流傳感器電連接有測速電路，測速電路電連接有控制器，控制器與可調(diào)電源呈電連接。測速電路包括濾波放大電路和信號比較電路。控制器內(nèi)置邏輯運算單元。該調(diào)速裝置通過電流傳感器采集到的電流信號，經(jīng)濾波放大電路過濾、放大，經(jīng)信號比較電路轉(zhuǎn)變成速度信號，控制器結(jié)合該速度信號及電機換向器中云母片的數(shù)量，計算電機轉(zhuǎn)速并向可調(diào)電源發(fā)送指令信號，控制電壓幅度以達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。該調(diào)速裝置通過簡單的電路組合就能夠?qū)﹄姍C進行調(diào)速，無需額外的大型器件，成本較低，且對使用環(huán)境和電機機械結(jié)構(gòu)沒有限制，測速結(jié)果精確，調(diào)節(jié)控制便利。
【專利說明】
直流有刷電機調(diào)速裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及一種調(diào)速裝置，具體說是針對直流有刷電機的換向器（即轉(zhuǎn)子)的 旋轉(zhuǎn)進行調(diào)速的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 直流有刷電機在工業(yè)民用行業(yè)中得到廣泛地使用。為了實現(xiàn)直流有刷電機轉(zhuǎn)速的 調(diào)整，需要先檢測電機的旋轉(zhuǎn)速度，然后再加以控制。當前對于有刷電機的速度檢測主要還 是使用測速發(fā)電機、光電編碼器、霍爾傳感器等方法為主，用這些方法通常都需要在電機上 增加額外的設(shè)備，不僅大大增加了成本，而且對使用環(huán)境和電機機械結(jié)構(gòu)還有更高的要求。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 本實用新型要解決的問題是提供一種直流有刷電機調(diào)速裝置，該裝置通過簡單的 電路組合就能夠?qū)﹄姍C進行測速，進而實現(xiàn)調(diào)速的功能，無需在電機上增加額外的大型器 件，成本較低，且對使用環(huán)境和電機機械結(jié)構(gòu)沒有限制，測速結(jié)果更加精確，能夠更好的對 電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)控制。
[0004] 為解決上述問題，采取以下技術(shù)方案：
[0005] 本實用新型的直流有刷電機調(diào)速裝置包括可調(diào)電源，該可調(diào)電源的正極端和負極 端間通過導線依次串聯(lián)有直流有刷電機和電流傳感器。其特點是所述電流傳感器通過導線 連接有測速電路，測速電路通過導線連接有控制器，控制器通過導線與所述可調(diào)電源相連。 所述測速電路包括濾波放大電路和信號比較電路，濾波放大電路和信號比較電路通過導線 相連接，濾波放大電路通過導線與電流傳感器相連，信號比較電路通過導線與控制器相連。 所述控制器內(nèi)置邏輯運算單元。
[0006] 其中，所述可調(diào)電源是調(diào)壓直流電源。
[0007]或者所述可調(diào)電源包括直流電源和開關(guān)電路，直流電源的一端通過導線與開關(guān)電 路相連，開關(guān)電路通過導線與直流有刷電機相連，直流電源的另一端通過導線與所述電流 傳感器相連。所述控制器通過導線與開關(guān)電路相連。所述直流有刷電機和電流傳感器的串 聯(lián)電路兩端并聯(lián)有續(xù)流電路。
[0008]所述濾波放大電路包括低通濾波電路、信號放大電路和高通濾波電路。所述低通 濾波電路、信號放大電路、高通濾波電路三者呈任意先后順序依次串聯(lián)連接。所述低通濾波 電路包括第一電阻，該第一電阻的輸入端即為所述低通濾波電路的輸入端，第一電阻的輸 出端即為所述低通濾波電路的輸出端，且第一電阻的輸出端通過一第一電容接地。所述信 號放大電路包括第一運算放大器，該第一運算放大器的正極輸入端即為所述信號放大電路 的輸入端，第一運算放大器的輸出端即為所述信號放大電路的輸出端，第一運算放大器的 負極輸入端與輸出端間并聯(lián)有第二電阻，且第一運算放大器的負極輸入端通過一第三電阻 接地。所述高通濾波電路包括第二電容、第三電容和第二運算放大器，第二電容的輸入端即 為所述高通濾波電路的輸入端，第二電容的輸出端與第三電容的輸入端通過導線相連，第 三電容的輸出端與第二運算放大器的正極輸入端通過導線相連，第二運算放大器的輸出端 即為所述高通濾波電路的輸出端。所述第二電容的輸出端與第二運算放大器的輸出端間通 過導線相連，且該段導線上有第四電阻。所述第二運算放大器的負極輸入端與輸出端間通 過導線相連，第二運算放大器的正極輸入端通過導線連接有第五電阻。所述第二運算放大 器是雙電源運算放大器或單電源運算放大器。當?shù)诙\算放大器是雙電源運算放大器時， 所述第五電阻通過導線接地。當?shù)诙\算放大器是單電源運算放大器時，所述第五電阻通 過導線連接有基準電平電路。
[0009] 所述信號比較電路包括第三運算放大器，該第三運算放大器的正極輸入端即為所 述信號比較電路的輸入端，第三運算放大器的輸出端即為所述信號比較電路的輸出端。所 述第三運算放大器的正極輸入端與輸出端間并聯(lián)有第六電阻，第三運算放大器的輸出端通 過一第七電阻連接有供電電源。所述第三運算放大器是雙電源運算放大器或單電源運算放 大器。當?shù)谌\算放大器是雙電源運算放大器時，第三運算放大器的負極輸入端接地。當?shù)?三運算放大器是單電源運算放大器時，第三運算放大器的負極輸入端通過導線連接有基準 電平電路。
[0010] 或者所述信號比較電路包括比較器，該比較器的正極輸入端即為所述信號比較電 路的輸入端，比較器的輸出端即為所述信號比較電路的輸出端。所述比較器的正極輸入端 與輸出端間并聯(lián)有第六電阻，比較器的輸出端通過一第七電阻連接有供電電源。所述比較 器是雙電源比較器或單電源比較器。當比較器是雙電源比較器時，比較器的負極輸入端接 地。當比較器是單電源比較器時，比較器的負極輸入端通過導線連接有基準電平電路。
[0011] 所述基準電平電路包括第九電阻、第十電阻、第十一電阻、第五電容、第六電容和 第四運算放大器。所述第九電阻的輸入端通過導線連接有供電電源，第九電阻的輸出端與 第十電阻的輸入端間通過導線相連，第十電阻的輸出端通過導線接地。所述第九電阻的輸 出端與第四運算放大器的正極輸入端間通過導線相連，第四運算放大器的輸出端與第十一 電阻的輸入端間通過導線相連，第十一電阻的輸出端與第六電容的輸入端間通過導線相 連，第六電容的輸出端通過導線接地。所述第四運算放大器的正極輸入端與第五電容的輸 入端相連，第五電容的輸出端通過導線接地。所述第四運算放大器的負極輸入端與輸出端 間通過導線相連。所述第十一電阻的輸出端通過導線與高通濾波電路的第五電阻、信號比 較電路第三運算放大器的負極輸入端或比較器的負極輸入端相連。
[0012] 采取上述方案，具有以下優(yōu)點：
[0013] 本實用新型的直流有刷電機調(diào)速裝置包括可調(diào)電源，該可調(diào)電源的正極端和負極 端間通過導線依次串聯(lián)有直流有刷電機和電流傳感器。所述電流傳感器通過導線連接有測 速電路，測速電路通過導線連接有控制器，控制器通過導線與所述可調(diào)電源相連。所述測速 電路包括濾波放大電路和信號比較電路，濾波放大電路和信號比較電路通過導線相連接， 濾波放大電路通過導線與電流傳感器相連，信號比較電路通過導線與控制器相連。所述控 制器內(nèi)置邏輯運算單元。在直流有刷電機中，換向片之間間隔著起絕緣作用的云母片，所以 電機電樞電流的波形中，除了與負載大小有關(guān)的直流成分外，還存在微小的周期性的脈動 成分。這個脈動成分的周期與電機的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，而云母片的數(shù)量又與電樞電流的脈動 數(shù)相對應。利用該裝置對直流有刷電機進行調(diào)速的方法是:首先，利用電流傳感器感應直流 有刷電機的電流信號;然后，利用濾波放大電路濾去電流信號中的高頻噪聲、直流分量，并 對電流信號進行放大處理，得到前述直流有刷電機電樞電流的脈動分量;接著，將該脈動分 量輸入到信號比較電路中，生成一個高低交變的形狀為方波的速度信號，速度信號的方波 頻率或周期與電機轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系；之后，控制器內(nèi)置的邏輯運算單元可以方便地檢測方 波的頻率或周期，結(jié)合電機換向器中云母片的數(shù)量，通過簡單的計算得到對應的電機轉(zhuǎn)速； 最后，控制器根據(jù)測得的直流有刷電機旋轉(zhuǎn)速度，向可調(diào)電源發(fā)送指令信號，控制輸出電 壓，調(diào)節(jié)直流有刷電機的轉(zhuǎn)速。由此可知，本實用新型通過簡單的電路配合就可以對直流有 刷電機的進行測速，進而實現(xiàn)調(diào)速功能，且其測速結(jié)果非常精確，能夠更好的對電機轉(zhuǎn)速進 行調(diào)節(jié)控制。同時，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，無需在電機上增加額外的大型器件，成本較低，而且對 使用環(huán)境和電機機械結(jié)構(gòu)也沒有限制。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型的直流有刷電機調(diào)速裝置實施例一的原理圖；
[0015] 圖2是本實用新型的直流有刷電機調(diào)速裝置實施例二的原理圖；
[0016] 圖3是圖1、圖2中測速電路的原理圖；
[0017] 圖4是對圖3細化后的電路結(jié)構(gòu)I不意圖；
[0018] 圖5是對圖3細化后的電路結(jié)構(gòu)II示意圖；
[0019] 圖6是電流傳感器采集到的直流有刷電機的電樞電流信號的波形圖；
[0020] 圖7是電流信號經(jīng)低通濾波電路過濾后的波形圖；
[0021 ]圖8是電流信號經(jīng)信號放大電路放大后的波形圖；
[0022] 圖9是電流信號經(jīng)含有雙電源運算放大器的高通濾波電路過濾后的波形圖；
[0023] 圖10是電流信號經(jīng)含有單電源運算放大器的高通濾波電路過濾后的波形圖；
[0024] 圖11是電流信號經(jīng)信號比較電路處理后的速度信號波形圖。
【具體實施方式】
[0025] 以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細描述。
[0026] 實施例一
[0027] 如圖1和圖3所示，本實用新型的直流有刷電機調(diào)速裝置包括可調(diào)電源，該可調(diào)電 源的正極端和負極端間通過導線依次串聯(lián)有直流有刷電機和電流傳感器。所述電流傳感器 通過導線連接有測速電路，測速電路通過導線連接有控制器，控制器通過導線與所述可調(diào) 電源相連。所述測速電路包括濾波放大電路和信號比較電路，濾波放大電路和信號比較電 路通過導線相連接，濾波放大電路通過導線與電流傳感器相連，信號比較電路通過導線與 控制器相連。所述控制器內(nèi)置邏輯運算單元。
[0028] 其中，所述可調(diào)電源是調(diào)壓直流電源。
[0029] 該裝置中，調(diào)壓直流電源用于向直流有刷電機供電，使其轉(zhuǎn)動。當直流有刷電機轉(zhuǎn) 動時，電流傳感器能夠采集電機的電樞電流信號，并將該電流信號傳送給測速電路。測速電 路中的濾波放大電路先對電流信號進行過濾、放大處理，濾除信號中的高頻噪聲和直流分 量;信號比較電路再將過濾放大后的電流信號的脈動分量轉(zhuǎn)變成高低交變的、具有固定周 期且形狀為方波的速度信號，并將該速度信號傳送給控制器。控制器內(nèi)置的邏輯運算單元 對該速度信號的周期或頻率進行測量，該方波速度信號的周期、頻率即為電樞電流的波動 周期、頻率。由于每一個直流有刷電機的換向器中換向片和云母片的數(shù)量都是特定的，因此 邏輯運算單元根據(jù)電樞電流的波動周期或頻率，結(jié)合換向器中換向片和云母片的數(shù)量，即 可換算出直流有刷電機的旋轉(zhuǎn)速度?？刂破魍ㄟ^測得的電機轉(zhuǎn)速與需要控制的電機轉(zhuǎn)速進 行比較，并向調(diào)壓直流電源傳送電壓指令信號，調(diào)壓直流電源根據(jù)該電壓指令信號調(diào)整輸 出相應大小的直流電壓以驅(qū)動電機。這樣通過控制印加在電機上的直流電壓幅度來達到調(diào) 節(jié)直流有刷電機轉(zhuǎn)速的目的。
[0030] 實施例二
[0031] 如圖2和圖3所示，本實用新型的直流有刷電機調(diào)速裝置包括可調(diào)電源，該可調(diào)電 源的正極端和負極端間通過導線依次串聯(lián)有直流有刷電機和電流傳感器。所述電流傳感器 通過導線連接有測速電路，測速電路通過導線連接有控制器，控制器通過導線與所述可調(diào) 電源相連。所述測速電路包括濾波放大電路和信號比較電路，濾波放大電路和信號比較電 路通過導線相連接，濾波放大電路通過導線與電流傳感器相連，信號比較電路通過導線與 控制器相連。所述控制器內(nèi)置邏輯運算單元。
[0032] 其中，所述可調(diào)電源包括直流電源和開關(guān)電路，直流電源的一端通過導線與開關(guān) 電路相連，開關(guān)電路通過導線與直流有刷電機相連，直流電源的另一端通過導線與所述電 流傳感器相連。所述控制器通過導線與開關(guān)電路相連。所述直流有刷電機和電流傳感器的 串聯(lián)電路兩端并聯(lián)有續(xù)流電路。
[0033] 該裝置中，直流電源用于向直流有刷電機供電，使其轉(zhuǎn)動。當直流有刷電機轉(zhuǎn)動 時，電流傳感器能夠采集電機的電樞電流信號，并將該電流信號傳送給測速電路。測速電路 中的濾波放大電路先對電流信號進行過濾、放大處理，濾除信號中的高頻噪聲和直流分量； 信號比較電路再將過濾放大后的電流信號的脈動分量轉(zhuǎn)變成高低交變的、具有固定周期且 形狀為方波的速度信號，并將該速度信號傳送給控制器。控制器內(nèi)置的邏輯運算單元對該 速度信號的周期或頻率進行測量，該方波速度信號的周期、頻率即為電樞電流的波動周期、 頻率。由于每一個直流有刷電機的換向器中換向片和云母片的數(shù)量都是特定的，因此邏輯 運算單元根據(jù)電樞電流的波動周期或頻率，結(jié)合換向器中換向片和云母片的數(shù)量，即可換 算出直流有刷電機的旋轉(zhuǎn)速度?？刂破魍ㄟ^測得的電機轉(zhuǎn)速與需要控制的電機轉(zhuǎn)速進行比 較，并向開關(guān)電路發(fā)送P麗(脈寬調(diào)制)開關(guān)信號，以控制開關(guān)電路導通和關(guān)斷的時間，使得 印加在電機上的電壓可變，從而達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。其中的續(xù)流電路可以為電機在 關(guān)斷期間提供電流的流通路徑，達到續(xù)流的目的。
[0034] 如圖3、圖4和圖5所示，上述兩個實施例中的濾波放大電路包括低通濾波電路、信 號放大電路和高通濾波電路。
[0035] 所述低通濾波電路包括第一電阻1，該第一電阻1的輸入端即為所述低通濾波電路 的輸入端，第一電阻1的輸出端即為所述低通濾波電路的輸出端，且第一電阻1的輸出端通 過一第一電容2接地。
[0036]所述信號放大電路包括第一運算放大器4,該第一運算放大器4的正極輸入端即為 所述信號放大電路的輸入端，第一運算放大器4的輸出端即為所述信號放大電路的輸出端， 第一運算放大器4的負極輸入端與輸出端間并聯(lián)有第二電阻3,且第一運算放大器4的負極 輸入端通過一第三電阻5接地。
[0037] 所述高通濾波電路包括第二電容6、第三電容7和第二運算放大器9,第二電容6的 輸入端即為所述高通濾波電路的輸入端，第二電容6的輸出端與第三電容7的輸入端通過導 線相連，第三電容7的輸出端與第二運算放大器9的正極輸入端通過導線相連，第二運算放 大器9的輸出端即為所述高通濾波電路的輸出端。所述第二電容6的輸出端與第二運算放大 器9的輸出端間通過導線相連，且該段導線上有第四電阻8。所述第二運算放大器9的負極輸 入端與輸出端間通過導線相連，第二運算放大器9的正極輸入端通過導線連接有第五電阻 10。所述第二運算放大器9可以是雙電源運算放大器或單電源運算放大器。如圖4所示，當?shù)?二運算放大器9是雙電源運算放大器時，所述第五電阻10通過導線接地。如圖5所示，當?shù)诙?運算放大器9是單電源運算放大器時，所述第五電阻10通過導線連接有基準電平電路。 [0038]低通濾波電路能夠濾去電流信號中的高頻噪聲;信號放大電路能夠?qū)㈦娏餍盘柗?大至適當?shù)臄?shù)值以供后級電路使用；高通濾波電路能夠濾去電流信號中的直流成分，得到 直流有刷電機電樞電流的脈動分量。這三組電路對電流信號的處理作用是各自獨立的，它 們之間不存在相互的協(xié)同作用。因此，低通濾波電路、信號放大電路、高通濾波電路三者可 以呈任意先后順序依次串聯(lián)連接。即三者的串聯(lián)順序可以是:低通濾波電路-信號放大電 路-高通濾波電路，或低通濾波電路-高通濾波電路-信號放大電路，或信號放大電路- 低通濾波電路-高通濾波電路，或信號放大電路-高通濾波電路-低通濾波電路，或高通 濾波電路-低通濾波電路-信號放大電路，或高通濾波電路-信號放大電路-低通濾波電 路。圖4和圖5中均是采用低通濾波電路、信號放大電路、高通濾波電路依次串聯(lián)的順序來構(gòu) 成所述濾波放大電路的。同時，為了提高濾波放大電路對電流信號的過濾作用，可以根據(jù)不 同場合的具體情況和要求，對三種電路進行重復設(shè)置。如當電流信號中的高頻噪聲干擾較 多時，可在串聯(lián)電路中增加設(shè)置一組以上的低通濾波電路；當電流信號中脈動分量的波動 幅度較小時，可在串聯(lián)電路中增加設(shè)置一組以上的信號放大電路；當電流信號中的直流成 分數(shù)值較高時，可在串聯(lián)電路中增加設(shè)置一組以上的高通濾波電路。圖4、圖5的濾波放大電 路在高通濾波電路的輸出端再次接入了一組低通濾波電路，其目的是為了進一步濾去電流 信號中殘留的高頻噪聲，同時還可濾去由前級電路產(chǎn)生的高頻噪聲，以達到更好的效果。 [0039]如圖4和圖5所示，實施例一和實施例二中的信號比較電路包括第三運算放大器 12,該第三運算放大器12的正極輸入端即為所述信號比較電路的輸入端，第三運算放大器 12的輸出端即為所述信號比較電路的輸出端。所述第三運算放大器12的正極輸入端與輸出 端間并聯(lián)有第六電阻11，第三運算放大器12的輸出端通過一第七電阻13連接有供電電源 Vcc。所述第三運算放大器12可以是雙電源運算放大器或單電源運算放大器。如圖4,當?shù)谌?運算放大器12是雙電源運算放大器時，第三運算放大器12的負極輸入端接地。如圖5,當?shù)?三運算放大器12是單電源運算放大器時，第三運算放大器12的負極輸入端通過導線連接有 基準電平電路。
[0040]信號比較電路中的第三運算放大器12也可以采用比較器來替代，其電路符號及工 作原理均與運算放大器相同，在本實用新型中的連接關(guān)系也與第三運算放大器12相同。即 所述信號比較電路包括比較器，該比較器的正極輸入端即為所述信號比較電路的輸入端， 比較器的輸出端即為所述信號比較電路的輸出端。所述比較器的正極輸入端與輸出端間并 聯(lián)有第六電阻11，比較器的輸出端通過一第七電阻13連接有供電電源Vcc。所述比較器也可 以是雙電源比較器或單電源比較器。當比較器是雙電源比較器時，比較器的負極輸入端接 地。當比較器是單電源比較器時，比較器的負極輸入端通過導線連接有基準電平電路。
[0041 ] 如圖5所示，所述基準電平電路包括第九電阻14、第十電阻15、第十一電阻18、第五 電容16、第六電容19和第四運算放大器17。所述第九電阻14的輸入端通過導線連接有供電 電源Vcc，第九電阻14的輸出端與第十電阻15的輸入端間通過導線相連，第十電阻15的輸出 端通過導線接地。所述第九電阻14的輸出端與第四運算放大器17的正極輸入端間通過導線 相連，第四運算放大器17的輸出端與第十一電阻18的輸入端間通過導線相連，第十一電阻 18的輸出端與第六電容19的輸入端間通過導線相連，第六電容19的輸出端通過導線接地。 所述第四運算放大器17的正極輸入端與第五電容16的輸入端相連，第五電容16的輸出端通 過導線接地。所述第四運算放大器17的負極輸入端與輸出端間通過導線相連。所述第十一 電阻18的輸出端通過導線與高通濾波電路的第五電阻10、信號比較電路第三運算放大器12 的負極輸入端或比較器的負極輸入端相連。
[0042]第二運算放大器9和第三運算放大器12均采用單電源運算放大器，與采用雙電源 運算放大器相比，可大大降低成本，但此時就需要在高通濾波電路和信號比較電路上接入 基準電平電路?；鶞孰娖诫娐纺軌蜉敵鲆粋€恒定的中間電平，將高通濾波電路的基準電平 輸出上抬至單電源運算放大器可正常工作的電平。
[0043] 圖4、圖5中，i_in為電流傳感器輸入端口，低通濾波電路使用了簡單的電阻和電容 組成，按需要也可采用運放單元組成低通濾波電路;信號放大電路使用運放電路構(gòu)成;高通 濾波電路由運放電路構(gòu)成;信號比較電路通過電機電樞電流的脈動成分與基準電壓比較， 生成一個高低交變的方波速度信號f_M 〇t〇K如圖9所示），并輸送給控制器;控制器通過內(nèi) 置的邏輯運算單元計算速度信號的周期或頻率。由于直流有刷電機電樞電流信號中脈動分 量的脈動數(shù)與換向器中云母片的數(shù)量是對應的，即信號比較電路生成的速度信號的方波頻 率或周期與電機轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系，其比例值與云母片數(shù)量對應。因此，控制器結(jié)合速度信號 的周期或頻率，以及直流有刷電機換向器中云母片的數(shù)量，通過簡單的計算就可以得到對 應的電機轉(zhuǎn)速。
[0044] 電機轉(zhuǎn)諫與方波諫度信號f Motor的關(guān)系按下式計算：
[0045]
[0046] 式中，rpm為電機轉(zhuǎn)速，f_motor為測速電路輸出的方波速度信號的頻率，K為直流 有刷電機換向器云母片數(shù)。
[0047] 利用本實用新型的直流有刷電機調(diào)速裝置調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的方法包括以下步驟：
[0048] 第一步，在如實施例一或?qū)嵤├锌烧{(diào)電源、直流有刷電機和電流傳感器組成 的串聯(lián)電路中，利用電流傳感器采集直流有刷電機的電樞電流信號。
[0049] 直流有刷電機通過電刷和換向器的接觸實現(xiàn)運行時的換向，其換向器由換向片和 絕緣用的云母片組成，換向片和云母片沿電機轉(zhuǎn)子的外周間隔布置。由于云母片的存在，隨 著電機的旋轉(zhuǎn)，電刷刷過一個換向片切換到另一個換向片時就會有間隙，相應的造成電樞 電流的脈動，在電機旋轉(zhuǎn)一周后則會出現(xiàn)固定個數(shù)的脈動。同時，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的時候， 電刷上不可避免的帶有電弧等高頻噪音，這些高頻噪音會混入電樞電流中，使得電流傳感 器采集的電流信號的脈動波形的上下兩側(cè)出現(xiàn)很多不規(guī)則的毛刺。
[0050] 電流傳感器采集到的直流有刷電機的電樞電流信號如圖6所示。
[0051 ]第二步，利用濾波放大電路對電流信號進行過濾、放大處理。
[0052 ]所述濾波放大電路包括低通濾波電路、信號放大電路和高通濾波電路。
[0053] 所述低通濾波電路能夠?qū)㈦娏鱾鞲衅鞑杉碾娏餍盘栔械母哳l噪音信號濾除，即 濾去電流信號脈動波形中的毛刺成分，使得該電流信號的脈動波形呈規(guī)則的鋸齒形。
[0054] 經(jīng)低通濾波電路過濾后的電流信號波形如圖7所示。
[0055] 所述信號放大電路能夠?qū)﹄娏餍盘栠M行放大處理。由于直流有刷電機的轉(zhuǎn)子在使 用時大都處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，且換向器中換向片和云母片的厚度都非常小，因此其實際 的電樞電流為一個混有脈動波形的直流電流，該直流電流與電機負載大小有關(guān)。與直流電 流相比，脈動波形的振幅非常小，很難直接處理。通過信號放大電路能夠?qū)㈦娏餍盘柗糯笾?適當?shù)臄?shù)值，以供后級電路使用。
[0056] 經(jīng)信號放大電路放大后的電流信號波形如圖8所示。
[0057] 所述高通濾波電路能夠濾去電流信號中的直流成分，得到直流有刷電機電樞電流 信號的脈動分量。直流有刷電機電樞電流中的直流分量與電機負載的大小有關(guān)，屬于不確 定因素，將該不確定因素濾去有利于后級電路的處理。
[0058] 經(jīng)含有雙電源運算放大器的高通濾波電路過濾后的電流信號波形如圖9所示，經(jīng) 含有單電源運算放大器的高通濾波電路過濾后的電流信號波形如圖10所示。
[0059]上述低通濾波電路、信號放大電路、高通濾波電路對電流信號的處理作用都是各 自獨立的，它們之間不存在相互的協(xié)同作用。因此，低通濾波電路、信號放大電路、高通濾波 電路三者以任意先后順序?qū)﹄娏餍盘栠M行過濾或放大處理均可。即可以是電流信號先經(jīng)過 低通濾波電路，再經(jīng)過信號放大電路，最后經(jīng)過高通濾波電路處理;或者電流信號先經(jīng)過低 通濾波電路，再經(jīng)過高通濾波電路，最后經(jīng)過信號放大電路處理;或者電流信號先經(jīng)過信號 放大電路，再經(jīng)過低通濾波電路，最后經(jīng)過高通濾波電路處理;或者電流信號先經(jīng)過信號放 大電路，再經(jīng)過高通濾波電路，最后經(jīng)過低通濾波電路處理;或者電流信號先經(jīng)過高通濾波 電路，再經(jīng)過低通濾波電路，最后經(jīng)過信號放大電路處理;或者電流信號先經(jīng)過高通濾波電 路，再經(jīng)過信號放大電路，最后經(jīng)過低通濾波電路處理。本實施例的方法是將電流信號先經(jīng) 過低通濾波電路濾除高頻噪聲，再經(jīng)過信號放大電路放大，最后經(jīng)過高通濾波電路濾去直 流分量。
[0060] 第三步，利用信號比較電路對電樞電流信號的脈動分量進行方波處理。
[0061] 通過信號比較電路將電樞電流信號的脈動分量轉(zhuǎn)變成高低交變的、具有固定周期 且形狀為方波的速度信號。
[0062] 電流信號經(jīng)信號比較電路處理后的速度信號波形如圖11所示。
[0063] 第四步，控制器對方波的速度信號進行運算處理，并換算成直流有刷電機的旋轉(zhuǎn) 速度。
[0064]控制器接收經(jīng)信號比較電路轉(zhuǎn)換后的方波的速度信號，其內(nèi)置的邏輯運算單元對 該速度信號的周期或頻率進行測量，該方波速度信號的周期、頻率即為電樞電流的波動周 期、頻率。由于每一個直流有刷電機的換向器中換向片和云母片的數(shù)量都是特定的，因此邏 輯運算單元根據(jù)電樞電流的波動周期或頻率，結(jié)合換向器中換向片和云母片的數(shù)量，即可 換算出直流有刷電機的旋轉(zhuǎn)速度。
[0065]第五步，控制器根據(jù)測得的直流有刷電機旋轉(zhuǎn)速度，向可調(diào)電源發(fā)送指令信號，控 制輸出電壓，調(diào)節(jié)直流有刷電機轉(zhuǎn)速。
[0066] 當可調(diào)電源為調(diào)壓直流電源時，控制器根據(jù)測得的直流有刷電機旋轉(zhuǎn)速度，生成 電壓指令信號并輸出至調(diào)壓直流電源，調(diào)壓直流電源根據(jù)電壓指令信號輸出相應大小的直 流電壓以驅(qū)動直流有刷電機，即通過控制印加在直流有刷電機上的直流電壓幅度達到調(diào)節(jié) 直流有刷電機轉(zhuǎn)速的目的；
[0067] 當可調(diào)電源由直流電源和開關(guān)電路串聯(lián)而成時，控制器根據(jù)測得的直流有刷電機 旋轉(zhuǎn)速度，生成的電壓指令信號為一個高低交變的方波信號(脈寬調(diào)制開關(guān)信號），該方波 信號直接控制所述開關(guān)電路的導通、關(guān)斷時間，使得印加在直流有刷電機上的電壓可變，從 而達到調(diào)節(jié)直流有刷電機轉(zhuǎn)速的目的。
【主權(quán)項】
1. 直流有刷電機調(diào)速裝置，包括可調(diào)電源，該可調(diào)電源的正極端和負極端間通過導線 依次串聯(lián)有直流有刷電機和電流傳感器;其特征在于所述電流傳感器通過導線連接有測速 電路，測速電路通過導線連接有控制器，控制器通過導線與所述可調(diào)電源相連;所述測速電 路包括濾波放大電路和信號比較電路，濾波放大電路和信號比較電路通過導線相連接，濾 波放大電路通過導線與電流傳感器相連，信號比較電路通過導線與控制器相連;所述控制 器內(nèi)置邏輯運算單元。2. 如權(quán)利要求1所述的直流有刷電機調(diào)速裝置，其特征在于所述可調(diào)電源是調(diào)壓直流 電源。3. 如權(quán)利要求1所述的直流有刷電機調(diào)速裝置，其特征在于所述可調(diào)電源包括直流電 源和開關(guān)電路，直流電源的一端通過導線與開關(guān)電路相連，開關(guān)電路通過導線與直流有刷 電機相連，直流電源的另一端通過導線與所述電流傳感器相連;所述控制器通過導線與開 關(guān)電路相連;所述直流有刷電機和電流傳感器的串聯(lián)電路兩端并聯(lián)有續(xù)流電路。4. 如權(quán)利要求1所述的直流有刷電機調(diào)速裝置，其特征在于所述濾波放大電路包括低 通濾波電路、信號放大電路和高通濾波電路;所述低通濾波電路、信號放大電路、高通濾波 電路二者呈任意先后順序依次串聯(lián)連接。5. 如權(quán)利要求4所述的直流有刷電機調(diào)速裝置，其特征在于所述低通濾波電路包括第 一電阻（1)，該第一電阻（1)的輸入端即為所述低通濾波電路的輸入端，第一電阻（1)的輸出 端即為所述低通濾波電路的輸出端，且第一電阻（1)的輸出端通過一第一電容(2)接地;所 述信號放大電路包括第一運算放大器(4)，該第一運算放大器(4)的正極輸入端即為所述信 號放大電路的輸入端，第一運算放大器(4)的輸出端即為所述信號放大電路的輸出端，第一 運算放大器(4)的負極輸入端與輸出端間并聯(lián)有第二電阻（3)，且第一運算放大器(4)的負 極輸入端通過一第三電阻(5)接地;所述高通濾波電路包括第二電容(6)、第三電容(7)和第 二運算放大器(9)，第二電容(6)的輸入端即為所述高通濾波電路的輸入端，第二電容(6 )的 輸出端與第三電容（7)的輸入端通過導線相連，第三電容（7)的輸出端與第二運算放大器 (9)的正極輸入端通過導線相連，第二運算放大器(9)的輸出端即為所述高通濾波電路的輸 出端;所述第二電容(6)的輸出端與第二運算放大器(9)的輸出端間通過導線相連，且該段 導線上有第四電阻(8);所述第二運算放大器(9)的負極輸入端與輸出端間通過導線相連， 第二運算放大器(9)的正極輸入端通過導線連接有第五電阻（10);所述第二運算放大器(9) 是雙電源運算放大器或單電源運算放大器；當?shù)诙\算放大器(9)是雙電源運算放大器時， 所述第五電阻（10)通過導線接地；當?shù)诙\算放大器(9)是單電源運算放大器時，所述第五 電阻（10)通過導線連接有基準電平電路。6. 如權(quán)利要求1所述的直流有刷電機調(diào)速裝置，其特征在于所述信號比較電路包括第 三運算放大器（12)，該第三運算放大器（12)的正極輸入端即為所述信號比較電路的輸入 端，第三運算放大器（12)的輸出端即為所述信號比較電路的輸出端;所述第三運算放大器 (12)的正極輸入端與輸出端間并聯(lián)有第六電阻（11)，第三運算放大器（12)的輸出端通過一 第七電阻（13)連接有供電電源(Vcc);所述第三運算放大器（12)是雙電源運算放大器或單 電源運算放大器；當?shù)谌\算放大器（12)是雙電源運算放大器時，第三運算放大器（12)的 負極輸入端接地；當?shù)谌\算放大器（12)是單電源運算放大器時，第三運算放大器（12)的 負極輸入端通過導線連接有基準電平電路。7. 如權(quán)利要求1所述的直流有刷電機調(diào)速裝置，其特征在于所述信號比較電路包括比 較器，該比較器的正極輸入端即為所述信號比較電路的輸入端，比較器的輸出端即為所述 信號比較電路的輸出端;所述比較器的正極輸入端與輸出端間并聯(lián)有第六電阻（11)，比較 器的輸出端通過一第七電阻（13)連接有供電電源(Vcc);所述比較器是雙電源比較器或單 電源比較器；當比較器是雙電源比較器時，比較器的負極輸入端接地；當比較器是單電源比 較器時，比較器的負極輸入端通過導線連接有基準電平電路。8. 如權(quán)利要求5至7中任一項所述的直流有刷電機調(diào)速裝置，其特征在于所述基準電平 電路包括第九電阻（14)、第十電阻（15)、第十一電阻（18)、第五電容（16)、第六電容（19)和 第四運算放大器(17);所述第九電阻（14)的輸入端通過導線連接有供電電源(Vcc)，第九電 阻（14)的輸出端與第十電阻（15)的輸入端間通過導線相連，第十電阻（15)的輸出端通過導 線接地;所述第九電阻（14)的輸出端與第四運算放大器（17)的正極輸入端間通過導線相 連，第四運算放大器（17)的輸出端與第十一電阻（18)的輸入端間通過導線相連，第十一電 阻（18)的輸出端與第六電容（19)的輸入端間通過導線相連，第六電容（19)的輸出端通過導 線接地;所述第四運算放大器（17)的正極輸入端與第五電容（16)的輸入端相連，第五電容 (16)的輸出端通過導線接地;所述第四運算放大器（17)的負極輸入端與輸出端間通過導線 相連;所述第十一電阻（18)的輸出端通過導線與高通濾波電路的第五電阻（10)、信號比較 電路第三運算放大器(12)的負極輸入端或比較器的負極輸入端相連。
【文檔編號】H02P7/06GK205509905SQ201620174265
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月8日
【發(fā)明人】季欣杰, 孔小明, 戴政
【申請人】江蘇仁源電氣有限公司