技术领域

本实用新型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， 对电机的筒 单控制应用比较多。 筒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 Τ3、 开关管 Τ5组成上桥， 轮流导通完成换相； 开关管 Τ2、 开关管 Τ4、 开关管 Τ6 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 Μ内部的机械换相装置完成换相， 同样， 开关管 Τ由高频方波驱 动。

在图 1和图 2中， 当电机 Μ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是脉沖宽度， t2是脉沖周期

T。

在开关 Κ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， 本实用新型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， 本实用新型提供了如下技术方案：

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。

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， 当所述电机为直流有刷电机时， 所述电感一端连接在所述直流 有刷电机绕组的一端，所述电感的另一端连接 在所述直流有刷电机调速控制 器开关管的一端。

优选地， 在所述直无刷电机绕组的任意一个绕组的两端 还可并联有电 谷。

优选地， 在所述直流有刷电机的两端还可并联电容。 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， 本实用新型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。 附图说明 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 作筒单地介绍， 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。

图 1为现有技术中的一种直流无刷电机的调速控� �原理图；

图 2为现有技术中的一种直流有刷电机的调速控� �原理图；

图 3为现有技术中的直流电机调速控制器电路的� �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� �的示意图； 图 5为本实用新型实施例公开的直流无刷电机的� �速控制原理图； 图 6为本实用新型实施例公开的直流有刷电机的� �速控制原理图； 图 7为本实用新型实施例公开的直流无刷电机调� �控制器电路的等效电 路图；

图 8为本实用新型实施例公开的直流无刷电机调� �控制器电路中，开关 Κ的通 /断时间与电路中电流值的大小的坐标图；

图 9为本实用新型实施例公开的直流有刷电机调� �控制器电路的等效电 路图； 图 10为本实用新型实施例公开的直流有刷电机调� ��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为本实用新型实施例公开的直流无刷电机增� ��电容的示意图； 图 12为本实用新型实施例公开的直流无刷电机增� ��电容的示意图。 图 13为本实用新型实施例公开的直流无刷电机调� ��控制装置上桥的电 源控制电路图。 具体实施方式 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、 完整地描述， 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 实用新型保护的范围。

本实用新型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。

本实用新型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，本实用新型实施例公开了一种直流无� �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 T1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 Tl、 开关管 Τ3和开关管 Τ5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 Τ3和开关管 Τ5的两端并联二极管， 具体为：在开关管 T1两端并联二极管 D1 ,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 D1、 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提供脉沖方波驱动时，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是脉沖宽度， t2是脉沖周期 T，。

参照图 7和图 8, 当开关 Κ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 II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， 可以缩短开关 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。

本实用新型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是脉沖宽度， t2是脉沖周期 T，。

参照图 9和图 10, 当开关 Κ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 。

本实用新型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 本实用新型。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 脱离本实用新型的精神或范围 的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本实用新型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。