一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)，涉及一種直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)。為了解決現(xiàn)有冗余直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的體積大、重量重、且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題。它包括主份控制單元、備份控制單元和具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)和三相數(shù)字霍爾位置傳感器，具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)的三相繞組同時(shí)與主份控制單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端和備份控制單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接，三相數(shù)字霍爾位置傳感器用于采集具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息，并將轉(zhuǎn)子位置信息同時(shí)送至主份控制單元和備份控制單元，主份控制單元和備份控制單元結(jié)構(gòu)相同，且均具有電氣隔離功能，主份控制單元包括控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)隔離電路、數(shù)字霍爾采集電路、電源電路。用于電機(jī)控制領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]直流無(wú)刷電機(jī)是基于電磁感應(yīng)原理工作的一類(lèi)動(dòng)力輸出裝置，一般由定子、轉(zhuǎn)子、三相對(duì)稱(chēng)星型繞組和三相數(shù)字霍爾位置傳感器組成。具有體積小、重量輕、輸出力矩大、無(wú)級(jí)調(diào)速、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在空間飛行器和空間機(jī)器人等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]隨著對(duì)設(shè)備可靠性要求的提高，系統(tǒng)常常采用冗余設(shè)計(jì)技術(shù)，即在系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)采用兩套或兩套以上的功能相同的元件，當(dāng)某一套元件出現(xiàn)故障時(shí)，備份元件仍能保證系統(tǒng)正常工作。例如，在空間機(jī)器人關(guān)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)械本體對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)了兩套相同的電氣部件及其控制系統(tǒng)，每套系統(tǒng)都能夠獨(dú)立完成機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制的所有工作。為了和冗余的控制系統(tǒng)相配套，直流無(wú)刷電機(jī)為關(guān)節(jié)的動(dòng)力輸出單元也需要進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，于是出現(xiàn)了雙繞組直流無(wú)刷電機(jī)，即在直流無(wú)刷電機(jī)內(nèi)部具有完全相同的兩套繞組和相應(yīng)的數(shù)字霍爾位置傳感器，每套繞組分別對(duì)應(yīng)一套關(guān)節(jié)控制器。然而，兩套獨(dú)立繞組的應(yīng)用增加了電機(jī)的體積和重量，相應(yīng)的機(jī)器人關(guān)節(jié)就需要更大的體積來(lái)安裝直流無(wú)刷電機(jī)，那么對(duì)于整個(gè)空間機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，體積和重量增加的代價(jià)是巨大的。
[0004]直流無(wú)刷電機(jī)是一種驅(qū)動(dòng)部件，它還需要驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)采集電路配合工作，而驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)采集電路都是由多個(gè)元器件組成的，從可靠性角度來(lái)分析，直流無(wú)刷電機(jī)的繞組是否冗余不是制約整個(gè)系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0005]因此，由驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)采集電路等組成的控制系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)，電機(jī)繞組不采用冗余設(shè)計(jì)或采用局部冗余設(shè)計(jì)，就能夠在系統(tǒng)級(jí)的可靠性與體積和重量之間形成一種平衡。需要說(shuō)明的是，這種控制結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)需要解決一套繞組所對(duì)應(yīng)的兩套電子電路之間的相互影響的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有冗余直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的體積大、重量重、且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)。
[0007]一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)，它包括主份控制單元、備份控制單元和具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)和三相數(shù)字霍爾位置傳感器，
[0008]所述的具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)的三相繞組同時(shí)與主份控制單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端和備份控制單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接，三相數(shù)字霍爾位置傳感器用于采集具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息，并將該轉(zhuǎn)子位置信息同時(shí)送至主份控制單元和備份控制單元，其特征在于，
[0009]主份控制單元和備份控制單元結(jié)構(gòu)相同，且主份控制單元、備份控制單元均具有電氣隔離功能，
[0010]主份控制單元包括控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)隔離電路、數(shù)字霍爾采集電路和電源電路，
[0011]電源電路的電源輸出端通過(guò)二極管與三相數(shù)字霍爾位置傳感器的電源輸入端連接，三相數(shù)字霍爾位置傳感器的三相數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端分別通過(guò)3個(gè)二極管與數(shù)字霍爾采集電路的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接，數(shù)字霍爾采集電路用于將采集的信號(hào)送至控制器，控制器根據(jù)接收的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)控制器的I號(hào)控制端口發(fā)出控制信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端通過(guò)開(kāi)關(guān)隔離電路與具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)的三相繞組連接，控制器的2號(hào)控制端口與開(kāi)關(guān)隔離電路的控制信號(hào)輸入端連接。
[0012]所述的具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)的三個(gè)繞組具有相同的電氣參數(shù)，三個(gè)繞組相差120°電角度。
[0013]三相數(shù)字霍爾位置傳感器由三個(gè)相差120°電角度的霍爾效應(yīng)位置傳感器構(gòu)成。
[0014]所述的主份控制單元和備份控制單元不同時(shí)工作。
[0015]所述的霍爾效應(yīng)位置傳感器采用集電極開(kāi)路輸出結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
[0016]現(xiàn)有的冗余直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)中包括兩個(gè)控制單元和兩個(gè)電機(jī)(或者一個(gè)電機(jī)本體中有兩套獨(dú)立繞組)，使一個(gè)控制單元對(duì)應(yīng)控制一個(gè)電機(jī)(或一套獨(dú)立的繞組)，而本發(fā)明簡(jiǎn)化了冗余直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了一個(gè)電機(jī)(或減少了一套繞組)，使兩個(gè)控制單元分別控制同一個(gè)電機(jī)繞組，且提高了冗余系統(tǒng)的可靠性。
[0017]本發(fā)明帶來(lái)的有益效果是，本發(fā)明提供了一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)，并能夠相互獨(dú)立工作，能夠有效的減小直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的體積和重量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并對(duì)系統(tǒng)的可靠性基本無(wú)影響。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的所述的一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]【具體實(shí)施方式】一:參見(jiàn)圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)，它包括主份控制單元1、備份控制單元2和具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)3和三相數(shù)字霍爾位置傳感器3-2，
[0020]所述的具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)3的三相繞組同時(shí)與主份控制單元I的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端和備份控制單元2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接，三相數(shù)字霍爾位置傳感器3-2用于采集具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)3的轉(zhuǎn)子位置信息，并將該轉(zhuǎn)子位置信息同時(shí)送至主份控制單元I和備份控制單元2，主份控制單元I和備份控制單元2結(jié)構(gòu)相同，且主份控制單元1、備份控制單元2均具有電氣隔離功能，
[0021]主份控制單元I包括控制器1-1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路1-2、開(kāi)關(guān)隔離電路1-3、數(shù)字霍爾采集電路1-4和電源電路1-5，
[0022]電源電路1-5的電源輸出端通過(guò)二極管與三相數(shù)字霍爾位置傳感器3-2的電源輸入端連接，三相數(shù)字霍爾位置傳感器3-2的三相數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端分別通過(guò)3個(gè)二極管與數(shù)字霍爾采集電路1-4的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接，數(shù)字霍爾采集電路1-4用于將采集的信號(hào)送至控制器1-1，控制器1-1根據(jù)接收的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)控制器1-1的I號(hào)控制端口發(fā)出控制信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路1-2，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路1-2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端通過(guò)開(kāi)關(guān)隔離電路1-3與具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)3的三相繞組連接，控制器1-1的2號(hào)控制端口與開(kāi)關(guān)隔離電路1-3的控制信號(hào)輸入端連接。
[0023]本實(shí)施方式中，主份控制單元1、備份控制單元2均具有電氣隔離功能主要從接入的二極管上體現(xiàn)出來(lái)。
[0024]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一所述的一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)3的三個(gè)繞組具有相同的電氣參數(shù)，三個(gè)繞組相差120°電角度。
[0025]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一所述的一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，三相數(shù)字霍爾位置傳感器3-2由三個(gè)相差120°電角度的霍爾效應(yīng)位置傳感器構(gòu)成。
[0026]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一所述的一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的主份控制單元I和備份控制單元2不同時(shí)工作。
[0027]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】三所述的一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述的霍爾效應(yīng)位置傳感器采用集電極開(kāi)路輸出結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
[0028]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】三所述的一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，數(shù)字霍爾采集電路1-4采用電路上拉結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)，它包括主份控制單元(1)、備份控制單元(2)和具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)(3)和三相數(shù)字霍爾位置傳感器(3-2), 所述的具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)(3)的三相繞組同時(shí)與主份控制單元(1)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端和備份控制單元(2)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接，三相數(shù)字霍爾位置傳感器(3-2)用于采集具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子位置信息，并將該轉(zhuǎn)子位置信息同時(shí)送至主份控制單元(1)和備份控制單元(2),其特征在于， 主份控制單元(1)和備份控制單元(2)結(jié)構(gòu)相同，且主份控制單元(1)、備份控制單元(2)均具有電氣隔離功能， 主份控制單元(1)包括控制器(1-11電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(1-21開(kāi)關(guān)隔離電路(1-3)、數(shù)字霍爾米集電路(1-4)和電源電路(1-5), 電源電路(1-5)的電源輸出端通過(guò)二極管與三相數(shù)字霍爾位置傳感器(3-2)的電源輸入端連接，三相數(shù)字霍爾位置傳感器(3-2)的三相數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端分別通過(guò)3個(gè)二極管與數(shù)字霍爾采集電路(1-4)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接，數(shù)字霍爾采集電路(1-4)用于將采集的信號(hào)送至控制器(1-1),控制器(1-1)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)控制器(1-1)的1號(hào)控制端口發(fā)出控制信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(1-2),電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(1-2)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端通過(guò)開(kāi)關(guān)隔離電路(1-3)與具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)(3)的三相繞組連接，控制器(1-1)的2號(hào)控制端口與開(kāi)關(guān)隔離電路(1-3)的控制信號(hào)輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的具有單繞組的直流無(wú)刷電機(jī)(3)的三個(gè)繞組具有相同的電氣參數(shù)，三個(gè)繞組相差120。電角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，三相數(shù)字霍爾位置傳感器(3-2)由三個(gè)相差120。電角度的霍爾效應(yīng)位置傳感器構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的主份控制單元(1)和備份控制單元(2)不同時(shí)工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的霍爾效應(yīng)位置傳感器采用集電極開(kāi)路輸出結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冗余的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)字霍爾采集電路(1-4)采用電路上拉結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H02P6/08GK104467564SQ201410850384
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】郭闖強(qiáng), 高海波, 吳春亞, 鄒添, 張子健, 倪風(fēng)雷, 劉宏 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)