阅读说明：本技术 无刷直流电机转速指示装置及指示方法 (Brushless direct current motor rotating speed indicating device and indicating method ) 是由 梁裕 魏海峰 王浩陈 刘维亭 张懿 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无刷直流电机转速指示装置及指示方法,包括驱动模块、无刷直流电机的三相定子绕组、控制器,驱动模块与无刷直流电机的三相定子绕组连接；控制器的6个IO接口P1-P6分别和驱动模块的6个栅极输入相连；控制器的6个IO接口P7-P12在PWM无效时间内发送脉冲,改变电机转子瞬时的受力情况,用于电机相对于初始位置振动发音。其中使用方法包括：在控制器通过PWM控制电机转速时,利用PWM无效的时间,通过控制器的接口P7-P12提供给MOS管脉冲,使电机振动发音；且PWM无效时间越长,提供给MOS管的脉冲越宽,电机振动越强烈,产生的音量越大,继而起到转速指示的作用。(The invention discloses a brushless direct current motor rotating speed indicating device and an indicating method, comprising a driving module, a three-phase stator winding of a brushless direct current motor and a controller, wherein the driving module is connected with the three-phase stator winding of the brushless direct current motor; 6 IO interfaces P1-P6 of the controller are respectively connected with 6 grid inputs of the driving module; 6 IO interfaces P7-P12 of the controller send pulses in PWM dead time, change the instantaneous stress condition of the motor rotor, and are used for vibrating and sounding the motor relative to the initial position. The using method comprises the following steps: when the controller controls the rotating speed of the motor through PWM, the invalid PWM time is provided for MOS tube pulses through interfaces P7-P12 of the controller, so that the motor vibrates and sounds; and the longer the PWM invalid time, the wider the pulse provided for the MOS tube, the stronger the motor vibration, the larger the generated sound volume, and then the rotating speed indication function is played.)

无刷直流电机转速指示装置及指示方法

技术领域

本发明属于无刷直流电机技术领域，具体地说，是一种无刷直流电机转速指示装置及指示方法。

背景技术

无刷直流电机近年来得到了广泛的应用，其具有控制简单、效率高、调速性能好、输出转矩大的特点。在机器人、航空航天、精密电子仪器与设备等对电机性能、控制精度要求较高的场合和领域，无刷直流电机的应用和研究收到了广泛的重视。

目前市面上对于一些如水泵、风机等一样采用三段转速控制的直流电机运行的设备，大多无法判断无刷直流电机的运行状态，无法定性了解电机转速状态。

为了解决这一个问题，现有的做法是在无刷直流电机的转轴上增加传感器实现测速或者在转轴上贴反光纸再用光电测速仪测量，但是前者增加硬件成本，后者会带来较大的转速测量误差。而仅利用无刷直流电机本体振动发音，可以定性的确定转速的状态，基于此，可以利用控制电机的PWM，在PWM无效时间内发送脉冲，改变产生声音的音调和声音频率，设计一个三段转速指示装置。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中无刷直流电机三段转速指示难的问题。

为了达到上述目的，本发明披露了一种无刷直流电机三段转速提示装置及指示方法，其具体技术方案如下：一种无刷直流电机转速指示装置，包括驱动模块、无刷直流电机的三相定子绕组、控制器；驱动模块与无刷直流电机的三相定子绕组连接，用于驱动电机旋转、振动；控制器的6个IO接口P1-P6分别和驱动模块的6个栅极输入相连，用于发送PWM给6个MOS管的栅极，可让电机正常转动；控制器的6个IO接口P7-P12在PWM无效时间内发送脉冲，改变电机转子瞬时的受力情况，用于电机相对于初始位置振动发音。

本发明的进一步改进，驱动模块包括直流电源VDC、MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、MOS管S4、MOS管S5、MOS管S6、MOS管S7、MOS管S8、MOS管S9、MOS管S10、MOS管S11、MOS管S12；直流电源VDC的正极分别与MOS管S1的漏极、MOS管S3的漏极、MOS管S5的漏极、MOS管S7的漏极、MOS管S9的漏极、MOS管S11的漏极连接；直流电源的负极分别和MOS管S4的源极、MOS管S6的源极、MOS管S2的源极、MOS管S8的源极、MOS管S10的源极、MOS管S12的源极连接；MOS管S1的源极、MOS管S7的源极、MOS管S4的漏极、MOS管S8的漏极和无刷直流电机三相定子绕组中的A相连接，MOS管S1的源极和MOS管S4的漏极连接，MOS管S7的源极和MOS管S8的漏极连接；MOS管S3的源极、MOS管S6的漏极、MOS管S9的源极、MOS管S10的漏极和无刷直流电机三相定子绕组中的B相连接，MOS管S3的源极和MOS管S6的漏极连接，MOS管S9的源极和MOS管S10的漏极连接；MOS管S5的源极、MOS管S2的漏极、MOS管S11的源极、MOS管S12的漏极和无刷直流电机三相定子绕组中的C相连接，MOS管S5的源极和MOS管S2的漏极连接，MOS管S11的源极和MOS管S12的漏极连接。

本发明的进一步改进，控制器包括：接口P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12；MOS管S1的栅极和控制器的接口P1连接，MOS管S7的栅极和控制器的接口P7连接；MOS管S2的栅极和控制器的接口P2连接，MOS管S12的栅极和控制器的接口P12连接；MOS管S3的栅极和控制器的接口P3连接，MOS管S9的栅极和控制器的接口P9连接；MOS管S4的栅极和控制器的接口P4连接，MOS管S8的栅极和控制器的接口P8连接；MOS管S5的栅极和控制器的接口P5连接，MOS管S11的栅极和控制器的接口P11连接；MOS管S6的栅极和控制器的接口P6连接，MOS管S10的栅极和控制器的接口P10连接。

本发明还提供了一种无刷直流电机转速指示装置的指示方法的具体步骤如下：步骤1：设置控制器PWM周期和PWM有效时间；步骤2：在PWM无效时间内通过控制器的IO接口发送脉冲，该脉冲持续时间占PWM无效时间的3%-8%，随着PWM无效时间的不同，使得IO接口发送的脉冲宽度不同，产生不同响度的声音；可选的，所发脉冲的宽度H可由如下公式计算得到：。其中，T为PWM的周期，K为PWM占空比，C为所发脉冲占PWM无效时间的百分比。

可选的，所发脉冲持续时间占PWM无效时间的3%-8%,这样选择使得这个脉冲持续时间内电机产生较为清晰的声音，因此，当转速降低时，PWM有效时间变短，无效时间变长，此刻提供给MOS管的脉冲宽度占PWM无效时间的3%-8%，电机振动，产生声音；相反，转速增加时，PWM有效时间变长，无效时间变短，提供给MOS管的脉冲宽度占PWM无效时间的3%-8%，较转速降低时的脉冲窄，电机振动减弱，产生的音量比转速降低时的音量小，从而起到转速指示的效果。

本发的有益效果：1、本发明在不使用额外转速检测装置的情况下，仅利用控制器不同的IO接口发出PWM和脉冲，让电机在正常运转时振动发音，用很简单的方法实现了转速指示的效果；2、通过利用PWM无效时间给对应MOS管脉冲，所给脉冲持续时间占PWM无效时间的3%-8%，实现的效果是：转速越慢，PWM无效时间越长，IO接口发送脉冲越宽，产生的音量越大；相反，转速增加，PWM无效时间变短，IO接口发送脉冲越窄，产生的音量越小。

附图说明

图1为本发明无刷直流电机转速指示装置的电路原理图。

图2为本发明无刷直流电机转速指示装置的指示方法流程图。

图3为本发明无刷直流电机转速指示装置PWM无效时间与单脉冲情况A的关系图。

图4为本发明无刷直流电机转速指示装置PWM无效时间与单脉冲情况B的关系图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例：如图1所示，一种无刷直流电机转速指示装置，包括驱动模块、无刷直流电机的三相定子绕组、控制器；驱动模块与无刷直流电机的三相定子绕组连接，用于驱动电机旋转、振动；控制器的6个IO接口P1-P6分别和驱动模块的6个栅极输入相连，用于发送PWM给6个MOS管的栅极，可让电机正常转动；控制器的6个IO接口P7-P12在PWM无效时间内发送脉冲，改变电机转子瞬时的受力情况，用于电机相对于初始位置振动发音。

在本实施例中，驱动模块包括直流电源VDC、MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、MOS管S4、MOS管S5、MOS管S6、MOS管S7、MOS管S8、MOS管S9、MOS管S10、MOS管S11、MOS管S12；直流电源VDC的正极分别与MOS管S1的漏极、MOS管S3的漏极、MOS管S5的漏极、MOS管S7的漏极、MOS管S9的漏极、MOS管S11的漏极连接；直流电源的负极分别和MOS管S4的源极、MOS管S6的源极、MOS管S2的源极、MOS管S8的源极、MOS管S10的源极、MOS管S12的源极连接；MOS管S1的源极、MOS管S7的源极、MOS管S4的漏极、MOS管S8的漏极和无刷直流电机三相定子绕组中的A相连接，MOS管S1的源极和MOS管S4的漏极连接，MOS管S7的源极和MOS管S8的漏极连接；MOS管S3的源极、MOS管S6的漏极、MOS管S9的源极、MOS管S10的漏极和无刷直流电机三相定子绕组中的B相连接，MOS管S3的源极和MOS管S6的漏极连接，MOS管S9的源极和MOS管S10的漏极连接；MOS管S5的源极、MOS管S2的漏极、MOS管S11的源极、MOS管S12的漏极和无刷直流电机三相定子绕组中的C相连接，MOS管S5的源极和MOS管S2的漏极连接，MOS管S11的源极和MOS管S12的漏极连接；控制器包括接口P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12；MOS管S1的栅极和控制器的接口P1连接，MOS管S7的栅极和控制器的接口P7连接；MOS管S2的栅极和控制器的接口P2连接，MOS管S12的栅极和控制器的接口P12连接；MOS管S3的栅极和控制器的接口P3连接，MOS管S9的栅极和控制器的接口P9连接；MOS管S4的栅极和控制器的接口P4连接，MOS管S8的栅极和控制器的接口P8连接；MOS管S5的栅极和控制器的接口P5连接，MOS管S11的栅极和控制器的接口P11连接；MOS管S6的栅极和控制器的接口P6连接，MOS管S10的栅极和控制器的接口P10连接。

如图2所示，一种无刷直流电机转速指示装置的指示方法，以电机正常工作时导通MOS管S1、S6为例介绍具体操作步骤：步骤一：设置所用控制器PWM周期和PWM有效时间；步骤二：在MOS管S1和管S6的PWM无效时间内通过控制器的IO接口给MOS管S7和S10各发一个脉冲，两个脉冲持续时间占PWM无效时间的3%-8%，无刷直流电机随着PWM无效时间的不同，使得IO接口发送的脉冲宽度不同，产生不同响度的声音；

可选的，所发脉冲的宽度H可由如下公式计算得到：。 其中，T为PWM的周期，K为PWM占空比，C为所发脉冲占PWM无效时间的百分比。

可选的，所发脉冲持续时间占PWM无效时间的3%-8%,这样选择使得这个脉冲持续时间内电机产生较为清晰的声音，因此，当转速降低时，PWM有效时间变短，无效时间变长，此刻提供给MOS管的脉冲宽度占PWM无效时间的3%-8%，电机振动，产生声音；相反，转速增加时，PWM有效时间变长，无效时间变短，提供给MOS管的脉冲宽度占PWM无效时间的3%-8%，较转速降低时的脉冲窄，电机振动减弱，产生的音量比转速降低时的音量小，从而起到转速指示的效果。

如图3所示，是本实施例的无刷直流电机转速指示装置的PWM无效时间和通过接口P7和P10所给脉冲情况A的关系图。此刻的转速所选PWM周期为0.1ms，占空比为0.8，则PWM有效时间为0.08ms，无效时间为0.02ms。在MOS管S1和MOS管S6导通时，转子此时受到一个磁场力，处于PWM无效时间内，通过接口P7和P10给MOS管S7和MOS管S10各发送一个脉冲，选取此脉冲的持续时间占PWM无效时间的5%，即脉冲持续时间为0.001ms，此时由于脉冲的影响改变了转子的受力情况，使得转子相对于原始位置产生了振动，继而产生声音。

如图4所示，是本实施例的无刷直流电机转速指示装置的PWM无效时间和通过接口所给脉冲情况B的关系图。此刻的转速较情况A慢，所选PWM周期为0.1ms，占空比为0.2，则PWM有效时间为0.02ms，无效时间为0.08ms。在MOS管S1和MOS管S6导通时，转子同样受一个磁场力，此时在PWM无效时间内，通过接口P7和P10给MOS管S7和MOS管S10各发送一个脉冲，选取此脉冲的持续时间占PWM无效时间的5%，即脉冲持续时间为0.004ms。和情况A相比，脉冲持续时间较长，此时脉冲对转子受力的影响更大，使得转子相对于原始位置产生的振动更强烈，继而产生的声音音量更大。

因此，在PWM有效时间内电机受到恒定磁场力旋转，在PWM无效时间内发送一个脉冲，会在瞬间改变电机转子的受力情况，使得转子在相对于初始位置振动，产生声音。同时在转速增加时，PWM无效时间较短，通过接口所给脉宽较窄，电机振动产生的声音较小；转速降低时，PWM无效时间较长，通过接口所给脉宽较宽，电机振动产生的声音较大，继而起到无刷直流电机转速指示的效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。