电动遮阳篷无刷电机驱动系统研究

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1、电动遮阳篷无刷电机驱动系统研究李新华，杨卫华，邴黎明，刘声华(湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北武汉430068)摘要：文章研究一种新型电动遮阳篷驱动及控制系统。遮阳篷由无刷电机驱动，控制器主电路由智能功率模块IPM构成，系统由单片机控制。与目前电动遮阳篷相比，系统结构和控制更加简单，性价比更高。关键词：电动遮阳篷；无刷电机：智能功率模块IPM0引言电动遮阳篷一般由驱动系统、制动系统、行程控制系统与基础结构四部分组成，采用管状单相异步电动机驱动。这种管状电机安装在滚筒内部，经三级行星齿轮减速器减速驱动滚筒，采用电磁制动定位，机械行程控制。首先，管状电机存在驱动系统效率低、制动不够灵敏、行

2、程控制定位精度较低，且调节复杂，噪声大，价格高等缺点；其次，单相交流管状电机额定转速一般为2600转／分，而滚筒要求额定转速为15～30转／分，这就要求行星齿轮减速器的速比达100～200，且减速器受遮阳篷滚筒外径限制，使齿轮模数很小，机械结构复杂，减速器寿命较短；再次，行星减速器安装电机内部，空间小，精度要求高，组装十分不便⋯；此外，由于单相异步电动机转速恒定，不能按客户需求或遮阳篷长度调节伸出和收回的速度，定位和控制都比较困难。本文研究一种新型遮阳篷无刷电机驱动系统。该系统由单片机控制，遮阳篷由稀土永磁无刷直流电动机(以下简称为无刷电机)驱动，霍尔定位【2】，经涡轮蜗杆减速驱动滚筒，遮

3、阳篷伸收时利用蜗轮蜗杆的自锁实现制动。这种系统可以根据天气的变化，由人工遥控，或由阳光传感和雨水传感器自动控制遮阳篷的伸收。与现有的电动遮阳篷相比，其主要优点在于：一是可将无刷电机、控制器和减速器做成一个整体，简化了系统结构，也便于安装；二是由无刷电机驱动，控制简单，不需要外加电磁制动和行程控制装置就可实现系统的制动和定位；三是能按客户需求(或遮阳篷长度)调节遮阳篷伸出和收回的速度，比较灵活；四是系统结构简单，也省去了一些硬件，成本相对较低，性价比高。系统试验表明，无刷电机遮阳篷起动平稳，伸收自如，定位准确，遥控或各种传感器信号控制正常，电机温升在预定范围内，完全达到设计要求。1系统组成无

4、刷电机驱动电动遮阳篷系统框图如图l所示。系统主要由无刷电机、涡轮蜗杆减速机及遮阳篷滚筒以及电源、智能功率模块(IntelligentPowerModule，IPM)、单片机、遥控和传感装置等组成。采用三菱公司的IPMPS21962构成控制器逆变电路。它是三菱公司第四代DIP—IPM，将功率．85．图l无刷电机驱动电动遮阳篷系统框图开关电路和驱动保护电路集成于一体的小型智能功率模块，主要用于ACl00"200V级小容量马达驱动口J。下桥臂功率开关管PWM斩波调压，改变输出电压的占空比就可改变加到电机上的电压，以改变电机转速，同时还可以控制电机的起动电流附J。PS21962内部IGBT额定电流

5、5A，额定电压600V。与普通IGBT或者MOSFET分立元件组成的控制器相比，IPM组成的控制器具有体积小，与单片机接口方便，保护完善，易于实现控制器与电机的一体化等特点。单片机是系统的控制核心，其主要作用有两个方面：第一，根据霍尔信号实现对无刷电机的换相等控制；第二，根据外部遥控或传感信号控制遮阳篷的伸收。针对电动遮阳篷外部信号处理和无刷电机控制的需要，选用Cygnal公司C8051F微控制器系列的C8051F310作为本系统的控制芯片。它有29／25个I／O口，允许3．3V／5V输入；四个通用的16位定时器，16KB可在系统编程的FLASH存储器，具有5个捕捉／比较模块和看门狗定时器

6、功能的可编程计数器／定时器阵列(PCA)。片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件及无刷电机控制需要的PWM信号发生器和其它数字外设及功能部件。这款单片机处理遮阳篷的外部控制信号和控制无刷电机是很合适，在设计控制电路时不需要接入太多的外部电路，使系统更加简单、可靠【6】。7遥控分为接受和发射两部分，可以遥控遮阳篷的伸出或者收回，且能在任何位置停留，使遮阳篷的操作更加方便。传感器部分分为阳光和雨水传感器，感知不同天气状况，当有按键按下(或有传感信号)时便给单片机送去相应的指令，使遮阳篷伸出或者收回。雨水传感器采用SSM．002型雨滴传感器，采用特殊电子浆料和先进的厚膜技术制作的专门用于

7、检测雨滴的一种新型传感元件，该元件广泛用于需要检测雨滴的各种场所。光敏传感器采用光敏电阻器，它的电阻值能随着外界光照强弱(明暗)变化而变化。它在无光照射时，里高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。t—t2无刷电机的额定功率无刷电机具有良好的起动、调速和制动性能，它是遮阳篷的理想驱动电机。由于遮阳篷的短时工作方式以及负载特点，必须合理选项择无刷电机的额定功率。遮阳篷的滚筒及支撑结构如图2所示。遮阳篷伸出时，‘‘v”型弹