一种节省能耗的磁阻电机驱动电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种磁阻电机的驱动器，尤其是指一种节省能耗的磁阻电机驱动电路。


背景技术：

2.开关磁阻电机是一种定转子双凸极结构、基于磁阻原理产生电磁转矩、实现将电能转换为机械能的电动机。
3.一般而言，三相及三相以上的开关磁阻电动机，在工作过程中，定转子磁极瞬时闲置的多，出力做功的少，影响了电机的效率和力能指标；与此同时，凡是可逆运行的三相及三相以上的磁阻电机，在设计和控制措施方面，为了兼顾电机的正反转两方面的工作特性，一般是采取折中方案。
4.中国实用新型专利申请（申请号：201810448297.6）披露了一种倍极式多磁极两相开关磁阻电机的功率驱动电路。上述开关磁阻电机的功率驱动电路在实际使用过程中存在有下列不足之处：1、电路元件多且较为复杂，制造成本较高；2、输出力矩波动大，不能快起快停。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种节省能耗的磁阻电机驱动电路，其主要目的在于克服现有磁阻电机功率驱动电路存在的电路元件多且较为复杂，制造成本较高、输出力矩波动大，不能快起快停等缺陷。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种节省能耗的磁阻电机驱动电路，包括电源vcc、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、n沟道mos管q1、n沟道mos管q2、n沟道mos管q3、n沟道mos管q4、igbt驱动电路u1、igbt驱动电路u2、igbt驱动电路u3、igbt驱动电路u4、电机绕组l1、电机绕组l2、电机绕组l3，其中二极管d1的阳极、n沟道mos管q2的源极、二极管d3的阳极、n沟道mos管q4的源极、igbt驱动电路u2的第一端以及igbt驱动电路u4的第一端共同并联于电源vcc的负极，二极管d2的阴极、n沟道mos管q1的漏极、二极管d4的阴极、n沟道mos管q3的漏极共同并联于电源vcc的正极，二极管d1的阴极、n沟道mos管q1的源极以及igbt驱动电路u1的第一端共同并联于电机绕组l1的第一端，二极管d2的阳极、n沟道mos管q2的漏极以及电机绕组l2的第一端共同并联于电机绕组l1的第二端，二极管d3的阴极、n沟道mos管q3的源极、igbt驱动电路u3的第一端以及电机绕组l3的第一端共同并联于电机绕组l2的第二端，二极管d4的阳极以及n沟道mos管q4的漏极共同并联于电机绕组l3的第二端，igbt驱动电路u1的第二端与所述n沟道mos管q1的栅极相连，igbt驱动电路u2的第二端与所述n沟道mos管q2的栅极相连，igbt驱动电路u3的第二端与所述n沟道mos管q3的栅极相连， igbt驱动电路u4的第二端与所述n沟道mos管q4的栅极相连。
8.一种节省能耗的磁阻电机驱动电路，包括电源vcc、二极管d1、二极管d2、二极管
d3、二极管d4、二极管d5、n沟道mos管q1、n沟道mos管q2、n沟道mos管q3、n沟道mos管q4、n沟道mos管q5、igbt驱动电路u1、igbt驱动电路u2、igbt驱动电路u3、igbt驱动电路u4、igbt驱动电路u5、电机绕组l1、电机绕组l2、电机绕组l3、电机绕组l4，其中二极管d1的阳极、n沟道mos管q2的源极、二极管d3的阳极、n沟道mos管q4的源极、二极管d5的阳极、igbt驱动电路u2的第一端以及igbt驱动电路u4的第一端共同并联于电源vcc的负极，二极管d2的阴极、n沟道mos管q1的漏极、二极管d4的阴极、n沟道mos管q3的漏极以及n沟道mos管q5的漏极共同并联于电源vcc的正极，二极管d1的阴极、n沟道mos管q1的源极以及igbt驱动电路u1的第一端共同并联于电机绕组l1的第一端，二极管d2的阳极、n沟道mos管q2的漏极以及电机绕组l2的第一端共同并联于电机绕组l1的第二端，二极管d3的阴极、n沟道mos管q3的源极、igbt驱动电路u3的第一端以及电机绕组l3的第一端共同并联于电机绕组l2的第二端，二极管d4的阳极以及n沟道mos管q4的漏极以及电机绕组l3的第二端共同并联于电机绕组l4的第一端，二极管d5的阴极、n沟道mos管q5的源极、igbt驱动电路u5的第一端共同并联于电机绕组l4的第二端，igbt驱动电路u1的第二端与所述n沟道mos管q1的栅极相连，igbt驱动电路u2的第二端与所述n沟道mos管q2的栅极相连，igbt驱动电路u3的第二端与所述n沟道mos管q3的栅极相连， igbt驱动电路u4的第二端与所述n沟道mos管q4的栅极相连，igbt驱动电路u5的第二端与所述n沟道mos管q5的栅极相连。
9.一种节省能耗的磁阻电机驱动电路，包括电源vcc、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6、n沟道mos管q1、n沟道mos管q2、n沟道mos管q3、n沟道mos管q4、n沟道mos管q5、n沟道mos管q6、igbt驱动电路u1、igbt驱动电路u2、igbt驱动电路u3、igbt驱动电路u4、igbt驱动电路u5、igbt驱动电路u6、电机绕组l1、电机绕组l2、电机绕组l3、电机绕组l4、电机绕组l5，其中二极管d1的阳极、n沟道mos管q2的源极、二极管d3的阳极、n沟道mos管q4的源极、二极管d5的阳极、igbt驱动电路u2的第一端以及igbt驱动电路u4的第一端、igbt驱动电路u6的第一端以及n沟道mos管q6的源极共同并联于电源vcc的负极，二极管d2的阴极、n沟道mos管q1的漏极、二极管d4的阴极、n沟道mos管q3的漏极、二极管d6的阴极以及n沟道mos管q5的漏极共同并联于电源vcc的正极，二极管d1的阴极、n沟道mos管q1的源极以及igbt驱动电路u1的第一端共同并联于电机绕组l1的第一端，二极管d2的阳极、n沟道mos管q2的漏极以及电机绕组l2的第一端共同并联于电机绕组l1的第二端，二极管d3的阴极、n沟道mos管q3的源极、igbt驱动电路u3的第一端以及电机绕组l3的第一端共同并联于电机绕组l2的第二端，二极管d4的阳极以及n沟道mos管q4的漏极以及电机绕组l3的第二端共同并联于电机绕组l4的第一端，二极管d5的阴极、n沟道mos管q5的源极、igbt驱动电路u5的第一端以及电机绕组l4的第二端共同并联于电机绕组l5的第一端，二极管d6的阳极以及n沟道mos管q6的漏极共同并联于电机绕组l5的第二端，igbt驱动电路u1的第二端与所述n沟道mos管q1的栅极相连，igbt驱动电路u2的第二端与所述n沟道mos管q2的栅极相连，igbt驱动电路u3的第二端与所述n沟道mos管q3的栅极相连， igbt驱动电路u4的第二端与所述n沟道mos管q4的栅极相连，igbt驱动电路u5的第二端与所述n沟道mos管q5的栅极相连，igbt驱动电路u6的第二端与所述n沟道mos管q6的栅极相连。
10.和现有技术相比，本实用新型产生的有益效果在于:
11.本实用新型结构简单、实用性强，通过对现有磁阻电机的驱动电路进行改进设计，使得其应用在任意相数p电机（>=3)，所需开关管为 p 1，所以二极管为p 1，因而极大地减
少电器元件的数目，不仅降低生产成本，而且其综合性能超越以往各种传统电机，其启动力矩大，启动电流小，效率、性能、数字智能化控制等方面，都具有不可比拟的优势。
附图说明
12.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
13.图1为实施例一的电路示意图。
14.图2为图1产品应用于剑杆织机控制系统中的电路原理框图。
15.图3为实施例二的电路示意图。
16.图4为图3产品应用于剑杆织机控制系统中的电路原理框图。
17.图5为实施例三的电路示意图。
18.图6为图5产品应用于剑杆织机控制系统中的电路原理框图。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.实施例一
21.参照图1和图2。一种提高工作效率的剑杆织机控制系统1，包括电源vcc2、微控制单元6、通信与控制接口单元3、磁阻电机驱动单元4、三相磁阻电机93以及剑杆织机机械执行单元5，所述通讯与控制接口单元与所述微控制单元6双向连接，所述磁阻电机驱动单元4的使能端连接于所述微控制单元6的输出端，所述三相磁阻电机93的输出端与所述剑杆织机机械执行单元5传动连接，所述三相磁阻电机93内设置有电机绕组l1、电机绕组l2以及电机绕组l3，所述磁阻电机驱动单元4包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、n沟道mos管q1、n沟道mos管q2、n沟道mos管q3、n沟道mos管q4、igbt驱动电路u1、igbt驱动电路u2、igbt驱动电路u3、igbt驱动电路u4，igbt驱动电路u1、igbt驱动电路u2、igbt驱动电路u3、igbt驱动电路u4的使能端与所述微控制单元6的输出端相连，其中二极管d1的阳极、n沟道mos管q2的源极、二极管d3的阳极、n沟道mos管q4的源极、igbt驱动电路u2的第一端以及igbt驱动电路u4的第一端共同并联于电源vcc2的负极，二极管d2的阴极、n沟道mos管q1的漏极、二极管d4的阴极、n沟道mos管q3的漏极共同并联于电源vcc2的正极，二极管d1的阴极、n沟道mos管q1的源极以及igbt驱动电路u1的第一端共同并联于电机绕组l1的第一端，二极管d2的阳极、n沟道mos管q2的漏极以及电机绕组l2的第一端共同并联于电机绕组l1的第二端，二极管d3的阴极、n沟道mos管q3的源极、igbt驱动电路u3的第一端以及电机绕组l3的第一端共同并联于电机绕组l2的第二端，二极管d4的阳极以及n沟道mos管q4的漏极共同并联于电机绕组l3的第二端，igbt驱动电路u1的第二端与所述n沟道mos管q1的栅极相连，igbt驱动电路u2的第二端与所述n沟道mos管q2的栅极相连，igbt驱动电路u3的第二端与所
述n沟道mos管q3的栅极相连， igbt驱动电路u4的第二端与所述n沟道mos管q4的栅极相连。
22.以上剑杆织机控制系统1还包括旋转变压器7以及旋转变压器解码电路8，所述旋转变压器7装设于三相磁阻电机93内并且用于对其进行测速和测角度，所述旋转变压器解码电路8的输出端与所述微控制单元6的使能端相连，所述旋转变压器解码电路8的使能端与所述解码变压器的输出端相连。
23.参照图1和图2。本实施例的驱动原理包括如下：
24.本电路由q1，q2，q3，q4 与 d1，d2 ，d3 ，d4 以及相关电源，电机绕组构成，由于电机是三相的，因此电机绕组三个线圈轮流导通，l1,l2,l3 依次导通，依次关闭，同一时刻只能有一个绕组导通。本电路的换相顺序包括如下：
25.首先，在相位1中：当l1需要通电时，来自igbt驱动电路的开通信号使q1,q2处于导通状态，而q3,q4处于关闭状态，来自电源 的电流经过q1，绕组l1,q2,回到 电源
‑
，完成 l1导通的动作，电能由电源输出到线圈l1；当l1需要断电时：来自igbt驱动电路的关闭信号使q1,q2处于关闭状态，而q3,q4处于关闭状态，来自l1的电流不能突变，电流从电源负极连接到d1，经过l1，再经过d2，回到电源正极，电能返回到电源。
26.其次，在相位2中：当l2需要通电时，来自igbt驱动电路的开通信号使q3,q2处于导通状态，而q1,q4处于关闭状态，来自电源 的电流经过q3，绕组l2,q2,回到电源
‑
，完成 l2导通的动作，电能由电源输出到线圈l2；当l2需要断电时：来自igbt驱动电路的关闭信号使q3,q2处于关闭状态，而q1,q4处于关闭状态，来自l2的电流不能突变，电流从电源负极连接到d3，经过l2，再经过d2，回到电源正极，电能返回到电源。
27.最后，在相位3中，当3需要通电时，来自igbt驱动电路的开通信号使q3,q4处于导通状态，而q1,q2处于关闭状态，来自电源 的电流经过q3，绕组l2,q4,回到 电源
‑
，完成 l3导通的动作，电能由电源输出到线圈l3；当l3需要断电时，来自igbt驱动电路的关闭信号使q3,q4处于关闭状态，而q1,q2处于关闭状态，来自l3的电流不能突变，电流从电源负极连接到d3，经过l2，再经过d4，回到电源正极，电能返回到电源。
28.由此线圈三种电压产生， 1.正电压：q1，q3为上管，q2，q4为下管，上下管同时导通； 2，0电压：上管关闭，下管导通； 3，负电压：上下管同时关闭；正电压和0电压交替控制，可让线圈电流快速上升。负电压和0电压交替控制，可让线圈电流快速下降。
29.通过上述对磁阻电机的驱动电路进行改进设计，本实施例产生下列的显著效果：1、改进以后:减少功率管使用，降低了成本；2.使用三环闭环控制，降低了速度和力矩波动，负载应用大大增加，可替代大功率伺服；3.电机线圈采用三电压控制： 正电压，0电压，负电压，使得电机电流控制高精度，实现电机快速起停和平稳运行。
30.实施例二
31.参照图3和图4。本实施例与实施例一大体相同，其区别在于本实施例采用四相磁阻电机94，因而相比实施例一的电路多出了一个n沟道mos管q5、二极管d5以及igbt驱动电路u5。具体为：
32.参照图3和图4。一种提高工作效率的剑杆织机控制系统1，包括电源vcc2、微控制单元6、通信与控制接口单元3、磁阻电机驱动单元4、四相磁阻电机以及剑杆织机机械执行单元5，所述通讯与控制接口单元与所述微控制单元6双向连接，所述磁阻电机驱动单元4的使能端连接于所述微控制单元6的输出端，所述四相磁阻电机的输出端与所述剑杆织机机
械执行单元5传动连接，所述四相磁阻电机内设置有电机绕组l1、电机绕组l2、电机绕组l3以及电机绕组l4，所述磁阻电机驱动单元4包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、n沟道mos管q1、n沟道mos管q2、n沟道mos管q3、n沟道mos管q4、n沟道mos管q5、igbt驱动电路u1、igbt驱动电路u2、igbt驱动电路u3、igbt驱动电路u4、igbt驱动电路u5，igbt驱动电路u1、igbt驱动电路u2、igbt驱动电路u3、igbt驱动电路u4、igbt驱动电路u5的使能端与所述微控制单元6的输出端相连，其中二极管d1的阳极、n沟道mos管q2的源极、二极管d3的阳极、n沟道mos管q4的源极、二极管d5的阳极、igbt驱动电路u2的第一端以及igbt驱动电路u4的第一端共同并联于电源vcc2的负极，二极管d2的阴极、n沟道mos管q1的漏极、二极管d4的阴极、n沟道mos管q3的漏极以及n沟道mos管q5的漏极共同并联于电源vcc2的正极，二极管d1的阴极、n沟道mos管q1的源极以及igbt驱动电路u1的第一端共同并联于电机绕组l1的第一端，二极管d2的阳极、n沟道mos管q2的漏极以及电机绕组l2的第一端共同并联于电机绕组l1的第二端，二极管d3的阴极、n沟道mos管q3的源极、igbt驱动电路u3的第一端以及电机绕组l3的第一端共同并联于电机绕组l2的第二端，二极管d4的阳极以及n沟道mos管q4的漏极以及电机绕组l3的第二端共同并联于电机绕组l4的第一端，二极管d5的阴极、n沟道mos管q5的源极、igbt驱动电路u5的第一端共同并联于电机绕组l4的第二端，igbt驱动电路u1的第二端与所述n沟道mos管q1的栅极相连，igbt驱动电路u2的第二端与所述n沟道mos管q2的栅极相连，igbt驱动电路u3的第二端与所述n沟道mos管q3的栅极相连， igbt驱动电路u4的第二端与所述n沟道mos管q4的栅极相连，igbt驱动电路u5的第二端与所述n沟道mos管q5的栅极相连。
33.参照图3和图4。以上剑杆织机控制系统1还包括旋转变压器7以及旋转变压器解码电路8，所述旋转变压器7装设于四相磁阻电机内并且用于对其进行测速和测角度，所述旋转变压器解码电路8的输出端与所述微控制单元6的使能端相连，所述旋转变压器解码电路8的使能端与所述解码变压器的输出端相连。
34.本实施例的驱动原理与实施例一大体相同，因而此处不再详细对其进行叙述。
35.实施例三
36.参照图5和图6。本实施例与实施例一大体相同，其区别在于本实施例采用五相磁阻电机95，因而相比实施例一的电路多出了一个n沟道mos管q5、二极管d5、igbt驱动电路u5、一个n沟道mos管q6、二极管d6以及igbt驱动电路u6。具体为：
37.参照图5和图6。一种提高工作效率的剑杆织机控制系统1，包括电源vcc2、微控制单元6、通信与控制接口单元3、磁阻电机驱动单元4、五相磁阻电机以及剑杆织机机械执行单元5，所述通讯与控制接口单元与所述微控制单元6双向连接，所述磁阻电机驱动单元4的使能端连接于所述微控制单元6的输出端，所述五相磁阻电机的输出端与所述剑杆织机机械执行单元5传动连接，所述五相磁阻电机内设置有电机绕组l1、电机绕组l2、电机绕组l3、电机绕组l4以及电机绕组l5，所述磁阻电机驱动单元4包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6、n沟道mos管q1、n沟道mos管q2、n沟道mos管q3、n沟道mos管q4、n沟道mos管q5、n沟道mos管q6、igbt驱动电路u1、igbt驱动电路u2、igbt驱动电路u3、igbt驱动电路u4、igbt驱动电路u5、igbt驱动电路u6，igbt驱动电路u1、igbt驱动电路u2、igbt驱动电路u3、igbt驱动电路u4、igbt驱动电路u5、igbt驱动电路u6的使能端与所述微控制单元6的输出端相连，其中二极管d1的阳极、n沟道mos管q2的源极、二极管d3的阳极、n沟
道mos管q4的源极、二极管d5的阳极、igbt驱动电路u2的第一端以及igbt驱动电路u4的第一端、igbt驱动电路u6的第一端以及n沟道mos管q6的源极共同并联于电源vcc2的负极，二极管d2的阴极、n沟道mos管q1的漏极、二极管d4的阴极、n沟道mos管q3的漏极、二极管d6的阴极以及n沟道mos管q5的漏极共同并联于电源vcc2的正极，二极管d1的阴极、n沟道mos管q1的源极以及igbt驱动电路u1的第一端共同并联于电机绕组l1的第一端，二极管d2的阳极、n沟道mos管q2的漏极以及电机绕组l2的第一端共同并联于电机绕组l1的第二端，二极管d3的阴极、n沟道mos管q3的源极、igbt驱动电路u3的第一端以及电机绕组l3的第一端共同并联于电机绕组l2的第二端，二极管d4的阳极以及n沟道mos管q4的漏极以及电机绕组l3的第二端共同并联于电机绕组l4的第一端，二极管d5的阴极、n沟道mos管q5的源极、igbt驱动电路u5的第一端以及电机绕组l4的第二端共同并联于电机绕组l5的第一端，二极管d6的阳极以及n沟道mos管q6的漏极共同并联于电机绕组l5的第二端，igbt驱动电路u1的第二端与所述n沟道mos管q1的栅极相连，igbt驱动电路u2的第二端与所述n沟道mos管q2的栅极相连，igbt驱动电路u3的第二端与所述n沟道mos管q3的栅极相连， igbt驱动电路u4的第二端与所述n沟道mos管q4的栅极相连，igbt驱动电路u5的第二端与所述n沟道mos管q5的栅极相连，igbt驱动电路u6的第二端与所述n沟道mos管q6的栅极相连。
38.参照图5和图6。以上剑杆织机控制系统1还包括旋转变压器7以及旋转变压器解码电路8，所述旋转变压器7装设于五相磁阻电机内并且用于对其进行测速和测角度，所述旋转变压器解码电路8的输出端与所述微控制单元6的使能端相连，所述旋转变压器解码电路8的使能端与所述解码变压器的输出端相连。
39.综上所述，和现有技术相比，本实用新型产生的有益效果在于:
40.本实用新型结构简单、实用性强，通过针对现有剑杆织机系统中对磁阻电机的驱动电路进行改进设计，使得在任意相数p电机（>=3)，所需开关管为 p 1，所以二极管为p 1，因而极大地减少电器元件的数目，不仅降低生产成本，而且其综合性能超越以往各种传统电机，其启动力矩大，启动电流小，效率、性能、数字智能化控制等方面，都具有不可比拟的优势。
41.以上对本实用新型所提供的一种提高工作效率的剑杆织机控制系统1进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。