專利名稱：對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及具有定子、轉(zhuǎn)子、位置檢測器、驅(qū)動(dòng)裝置的直流無刷電動(dòng)機(jī)。定子包括成對(duì)布置的兩對(duì)定子磁極和繞設(shè)在定子磁極上的繞組，每一對(duì)定子磁極的兩個(gè)繞組反相連接形成一相繞組，每一相繞組分別獨(dú)立與驅(qū)動(dòng)電路連接。
背景技術(shù)：
公知的無刷直流電動(dòng)機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、位置檢測器、驅(qū)動(dòng)裝置。定子中由一個(gè)定子磁極和一組繞組組成一相。轉(zhuǎn)子上設(shè)置有多個(gè)永磁體轉(zhuǎn)子磁極。位置檢測器用于檢測轉(zhuǎn)子位置以產(chǎn)生換向信號(hào)，位置檢測器可采用霍爾傳感器、光電傳感器等。驅(qū)動(dòng)裝置包括由多個(gè)開關(guān)元件組成的橋式逆變單元和邏輯控制單元。其不足之處是需要使用多個(gè)位置檢測器，例如常見的三相無刷直流電動(dòng)機(jī)具有三個(gè)位置檢測器。電路復(fù)雜，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述問題，提供一種轉(zhuǎn)矩大、功率大、電路簡單的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、具有直流電供給電路和逆變電路的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是還包括用于檢測轉(zhuǎn)子位置并輸出根據(jù)檢測到的位置輸出位置信號(hào)的兩個(gè)位置檢測器，所述逆變電路具有兩組開關(guān)單元，所述定子包括成對(duì)布置的兩個(gè)定子磁極和繞設(shè)在定子磁極上的繞組，每一對(duì)定子磁極的兩個(gè)繞組反相連接形成一相繞組，每一相繞組分別獨(dú)立連接在所述直流電供給電路和所述逆變電路的對(duì)應(yīng)一組開關(guān)單元之間，所述逆變電路與所述位置檢測器連接以接收所述位置檢測器輸出的所述位置信號(hào)控制同時(shí)使兩相繞組通電并依序變換電流方向。
進(jìn)一步的，所述每一對(duì)定子磁極的兩個(gè)繞組反相串聯(lián)/并聯(lián)形成一相繞組。
進(jìn)一步的，所述每一對(duì)定子磁極沿徑向?qū)ΨQ布置。
進(jìn)一步的，所述位置檢測器設(shè)置成每當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)子磁場軸線與定子磁場軸線呈90°度夾角的機(jī)械位置使所述位置檢測器輸出的位置信號(hào)發(fā)生變化。
本實(shí)用新型提供的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)，其工作原理是霍爾傳感器輸出反應(yīng)轉(zhuǎn)子位置的信號(hào)，通過控制電路使開關(guān)電路的開關(guān)管導(dǎo)通，任一時(shí)刻兩相繞組均通電激勵(lì)。每一激勵(lì)相中的兩個(gè)繞組反相連接，通電激勵(lì)使兩個(gè)定子磁極產(chǎn)生極性相反的磁場，同時(shí)作用于轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩。同時(shí)由于各相繞組在電路上互不影響、可單獨(dú)激勵(lì)，每一個(gè)通電相繞組兩端均施加全部電源電壓，也有利于提高輸出功率。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)矩大，輸出功率大，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)和噪聲小，電路簡單、驅(qū)動(dòng)和控制方便，可靠性高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
下面以具有二相繞組、四定子磁極、雙轉(zhuǎn)子磁極的直流無刷電動(dòng)機(jī)為例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說明。


圖1是本實(shí)用新型提供的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)本體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型提供的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)的一種驅(qū)動(dòng)電路原理圖，該驅(qū)動(dòng)電路采用交流供電。
圖3是本實(shí)用新型提供的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)的另一種驅(qū)動(dòng)電路原理圖，該驅(qū)動(dòng)電路采用直流單電源供電。
圖4是本實(shí)用新型提供的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)工作于二相四步拍驅(qū)動(dòng)時(shí)各個(gè)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)，包括電動(dòng)機(jī)本體、位置檢測器和驅(qū)動(dòng)裝置。
參照圖1，電動(dòng)機(jī)本體包括定子、轉(zhuǎn)子。定子具有沿圓周方向分布的二個(gè)相，每相包括沿徑向?qū)ΨQ設(shè)置的兩個(gè)定子鐵心和繞設(shè)在定子鐵心上的兩繞組，分別用1和1′、La和La′，2和2′、Lb和Lb′標(biāo)識(shí)。每相可以是單繞組，也可以是雙繞組。轉(zhuǎn)子4具有兩個(gè)對(duì)稱永磁體磁極。轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在定子內(nèi)，當(dāng)然也可采用轉(zhuǎn)子圍繞在定子外轉(zhuǎn)動(dòng)的外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)。
位置檢測器，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置檢測并根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)子位置輸出位置信號(hào)。位置檢測器可采用磁傳感器、光電傳感器等，本實(shí)施例采用二個(gè)鎖存型霍爾傳感器Ha、Hb作為轉(zhuǎn)子位置檢測器?；魻杺鞲衅饔糜跈z測轉(zhuǎn)子磁極位置，當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)子S極時(shí)霍爾傳感器輸出高電平，檢測到轉(zhuǎn)子N極時(shí)霍爾傳感器輸出低電平。霍爾傳感器Ha、Hb互成90°位于相鄰相繞組的軸線上，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過90°機(jī)械角度就有一個(gè)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)產(chǎn)生變化，二個(gè)霍爾傳感器輸出反映轉(zhuǎn)子與定子相對(duì)位置的位置信號(hào)。
驅(qū)動(dòng)裝置與相繞組和位置檢測器電連接，根據(jù)位置檢測器輸出的位置信號(hào)控制依序向相繞組提供電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。驅(qū)動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路至少包括直流電供給電路、逆變電路和控制電路。當(dāng)然，根據(jù)供電方式是交流供電或直流供電、用于驅(qū)動(dòng)單繞組或雙繞組電動(dòng)機(jī)、逆變電路接受位置檢測器控制方式的不同等，驅(qū)動(dòng)電路的具體構(gòu)成略有不同。例如，圖2示出交流供電驅(qū)動(dòng)電路。圖3示出直流單電源供電驅(qū)動(dòng)電路。
參照圖2，交流供電的驅(qū)動(dòng)電路包括直流電供給電路61、橋式逆變電路62、反相電路63。
直流電供給電路61，包括由整流管D1～D4構(gòu)成的整流電路、由濾波電容C1、C2構(gòu)成的濾波電路，濾波電容C1、C2的中點(diǎn)形成一個(gè)分壓輸出端。該部分電路用于將交流電變換成直流電，供給直流母線。
橋式逆變電路62，包括四個(gè)開關(guān)管V1～V4和四個(gè)續(xù)流二極管D5～D8，分為二組，每組開關(guān)電路包括一對(duì)上、下橋臂開關(guān)管及其續(xù)流二極管。每相的兩個(gè)繞組La和La′、Lb和Lb′反相串聯(lián)構(gòu)成相繞組，每一相繞組的一端連接直流電供給電路的分壓輸出端、另一端分別連接在相應(yīng)一組開關(guān)電路的上、下橋臂開關(guān)管之間。當(dāng)一組開關(guān)電路中的上、下橋臂開關(guān)管任一個(gè)導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)的相繞組通過正向/反向電流，在該相的兩定子鐵心分別激勵(lì)產(chǎn)生相反極性的磁場，共同作用于轉(zhuǎn)子。
反相電路63的輸入端分別與兩個(gè)位置傳感器的輸出端連接、其輸出端分別連接開關(guān)電路的上、下橋臂開關(guān)管的基極。對(duì)于位置傳感器的一種輸出狀態(tài)，反相電路63輸出使相應(yīng)的開關(guān)電路的一個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通、一個(gè)開關(guān)管截止，任何時(shí)刻兩相繞組均處于通電激勵(lì)狀態(tài)，各個(gè)開關(guān)管隨位置傳感器的輸出信號(hào)變化而依序?qū)?，從而變換相繞組電流方向。
參照圖4，電子換向電動(dòng)機(jī)工作于二相四步拍驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，兩個(gè)霍爾傳感器輸出反應(yīng)轉(zhuǎn)子位置的信號(hào)，通過反相電路63使相應(yīng)開關(guān)電路的開關(guān)管導(dǎo)通，為相應(yīng)的相繞組提供電流方向。每一相中的兩個(gè)繞組反相連接，通電激勵(lì)時(shí)兩個(gè)定子磁極產(chǎn)生極性相反的磁場，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生作用，因此具有最大的轉(zhuǎn)矩和效率，能輸出最大功率。每當(dāng)定子、轉(zhuǎn)子處于如圖1所示的相對(duì)位置時(shí)，轉(zhuǎn)子的N/S極分界處就經(jīng)過一個(gè)霍爾傳感器的檢測窗，使該霍爾傳感器的輸出電平狀態(tài)產(chǎn)生變化，從而改變對(duì)應(yīng)相的相繞組電流方向和磁場方向，由此驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。圖中(1)至(4)分別示出定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場夾角為90°的四個(gè)狀態(tài)，此時(shí)瞬時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩最大。
以上對(duì)對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)進(jìn)行描述，但該實(shí)施例并非對(duì)本本實(shí)用新型的限制，凡依照上述原理構(gòu)成的直流無刷電動(dòng)機(jī)，均在本實(shí)用新型保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、具有直流電供給電路和逆變電路的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是還包括用于檢測轉(zhuǎn)子位置并輸出根據(jù)檢測到的位置輸出位置信號(hào)的兩個(gè)位置檢測器，所述逆變電路具有兩組開關(guān)單元，所述定子包括成對(duì)布置的兩個(gè)定子磁極和繞設(shè)在定子磁極上的繞組，每一對(duì)定子磁極的兩個(gè)繞組反相連接形成一相繞組，每一相繞組分別獨(dú)立連接在所述直流電供給電路和所述逆變電路的對(duì)應(yīng)一組開關(guān)單元之間，所述逆變電路與所述位置檢測器連接以接收所述位置檢測器輸出的所述位置信號(hào)控制同時(shí)使兩相繞組通電并依序變換電流方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)，其特征是所述每一對(duì)定子磁極的兩個(gè)繞組反相串聯(lián)/并聯(lián)形成一相繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)，其特征是所述每一對(duì)定子磁極沿徑向?qū)ΨQ布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)，其特征是所述位置檢測器設(shè)置成每當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)子磁場軸線與定子磁場軸線呈90°度夾角的機(jī)械位置使所述位置檢測器輸出的位置信號(hào)發(fā)生變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)，其特征是所述位置檢測器為兩個(gè)且呈90°度位于相鄰相繞組的軸線上。
專利摘要對(duì)極式二相直流無刷電動(dòng)機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、具有直流電供給電路和逆變電路的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是還包括用于檢測轉(zhuǎn)子位置并輸出根據(jù)檢測到的位置輸出位置信號(hào)的兩個(gè)位置檢測器，所述逆變電路具有兩組開關(guān)單元，所述定子包括成對(duì)布置的兩個(gè)定子磁極和繞設(shè)在定子磁極上的繞組，每一對(duì)定子磁極的兩個(gè)繞組反相連接形成一相繞組，每一相繞組分別獨(dú)立連接在所述直流電供給電路和所述逆變電路的對(duì)應(yīng)一組開關(guān)單元之間，所述逆變電路與所述位置檢測器連接以接收所述位置檢測器輸出的所述位置信號(hào)控制同時(shí)使兩相繞組通電并依序變換電流方向。具有電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低，輸出功率大，效率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K3/12GK2924912SQ20062008547
公開日2007年7月18日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者莊銘沛 申請人:莊銘沛