CN107408903A - 双电压的无刷电机 - Google Patents

Abstract

一种双电压的无刷电机(30)，包括：壳体；电机轴(20)，所述电机轴可旋转地接合至所述壳体；转子，所述转子固定连接至所述电机轴(20)；以及定子(28)，所述定子被配置成面向所述电机。所述转子包括多个永久磁体，而所述定子(28)包括第一组绕组和第二组绕组。所述第一组绕组与所述第二组绕组电绝缘。所述双电压的无刷电机(30)适于当所述第一组绕组接收第一控制信号或者所述第二组绕组接收第二控制信号时被驱动。通过配置电机的两个分离的电机控制器，电机(30)可在不同的电源例如交流电源和直流电源下操作。因此，在很大程度上拓宽了电机的应用。

Description

双电压的无刷电机

技术领域

本发明涉及一种电动装置，并且具体地涉及一种直流(DC)无刷电机。

背景技术

当今，无刷直流电机由于其优于有刷类型的电机的多个优点而得以广泛地使用。例如，无刷直流电机在转子中使用永久磁体，但是在定子中使用电子控制的绕组，其中，受制于物理磨损的刷得以被淘汰并且电机的寿命可以在很大程度上得以延长。而且，由于由微控制器或者其他控制单元电子控制定子绕组，故无刷电机的旋转可以非常精确的方式控制，通过将精确的控制信号提供至电机的绕组，可以实现电机的所需速度。

然而，在传统的无刷电机中，定子中通常仅仅有一组连接至电机控制器的绕组，这意味着电机仅仅能够从外部电源接收一个直流电压。因此，该无刷电机的应用被限制，在于所需单一种类的电源必须被配置成总是为了合适操作电机。

发明内容

根据上述背景，本发明的目的是提供一种替代的无刷电机，其将不限于使用仅仅一种类型的电源。

通过主要权利要求的特征的组合实现上述目的。从属权利要求进一步公开了本发明的有利实施方式。

本领域的技术人员从以下的说明书中可以得到本发明的其他目的。因此，对目的的前述陈述是非穷尽的，并且仅仅用于示出本发明的很多目的中的一些。

因此，本发明的一个方面为双电压无刷电机，包括：壳体；电机轴，所述电机轴可旋转地接合至所述壳体；转子，所述转子固定连接至所述电机轴；以及定子，所述定子被配置成面向所述电机。所述转子包括多个永久磁体，并且所述定子包括第一组绕组和第二组绕组。所述第一组绕组与所述第二组绕组电绝缘。所述双电压的无刷电机适于当所述第一组绕组接收第一控制信号或者所述第二组绕组接收第二控制信号时被驱动。

优选地，所述第一控制信号和所述第二控制信号平均电压不同。

在一个实施方式中，所述电机还包括第一控制器和第二控制器。所述第一组绕组还包括连接到所述第一控制器的三相绕组，所述第二组绕组还包括连接到所述第二控制器的三相绕组。

优选地，所述电机还包括整流电路，所述第一控制器经由所述整流电路而连接到交流电源。

更优选地，所述整流电路适于从所述交流电源接收120V或者230V的交流电压。

在一个变型中，所述第二控制器连接到电池组。

优选地，所述第二控制器适于从所述电池组接收18V、36V、48V或者56V的直流电压。

在另一变型中，所述电机包括固定到所述电机的所述定子的一端的第一电路板。多个霍尔传感器被配置在所述第一电路板上并且连接到所述第一控制器。

优选地，所述电机还包括固定到所述电机的所述定子的另一端的第二电路板，多个霍尔传感器被配置在所述第二电路板上并且连接到所述第二控制器。

在另一变型中，所述电机包括固定到所述电机的所述定子的一端的第一电路板。多个霍尔传感器被配置在所述第一电路板上并且同时连接到所述第一控制器和所述第二控制器。

本发明有很多优点，最重要的一个优点是，本发明的双电压的无刷电机适于接收两个交替电源以用于电机的正常操作。在一个模式中，电机可连接到交流电源(如220V或110V)主电源，其中，交流电压然后被整流成直流电压并且被供给到各个电机控制器。在另一模式中，电机可连接到直流电源(如电池组)，并且电池电压直接被供应到各个电机控制器以用于驱动电机。因此，电机可在以下情况下操作：当两种类型的电源中的一者可用时，其相较于现有技术中的那些电机，这在很大程度上拓宽了电机的应用。根据操作环境，用户可以将电机连接到主电源(例如，当电机在户內使用时)并且将电机连接到电池组(当包括电机的电动工具在户外使用时)。

本发明的另一优点是，BLDC电机(其设置有两个分离的电机控制器)事实上实现了冗余控制电路设计。在电机控制器中的一者由于故障而不能正常操作时，另一电机控制器仍然可以用于控制该电机。

附图说明

从对优选实施方式的以下说明中，本发明的前述和进一步特征将变得易于理解，其通过仅仅与附图联系的示例而提供，附图中：

图1为根据本发明的一个实施方式的双电压无刷电机的侧视图；

图2示出了根据本发明的一个实施方式的连接到外部电源的双电压无刷电机的示意性电路图；

图3为根据本发明的另一实施方式的双电压无刷电机的侧视图。

具体实施方式

在本发明的以下的权利要求书和前述的说明中，除了由于语言表达或者必要的暗示上下文以其他方式需要的地方，措辞“包括”或者变型，例如“包括”或者“包括”以包容性的方式而使用，即，强调所述特征的存在，而不排除在本发明的各种实施方式中的其他特征的存在或者除了其他特征。

如在本文和在权利要求书中所使用的，除非特别说明，“接合”或者“连接”指代经由一个或多个电子装置直接或间接接合或者连接。

现在参照图1，本发明的第一实施方式是双电压的无刷直流电机(BLDC)30，包括壳体(未示出)以及通过一个以上轴承26而可旋转地接合至壳体的电机轴20。也有固定连接至电机轴20的转子(未示出)，其中，转子包括如为本领域的技术人员可以理解的多个永久磁体(未示出)。电机30还包括定子28，定子28被配置成面向转子。在示出的实施方式中，定子28基本上环绕转子部分，但是在其他实施方式中，无刷电机30还可以具有外转子和内定子设计。定子28包括在定子28的内表面上的例如以交错配置方式的第一绕组和第二绕组(未示出)。第一绕组和第二绕组中的每一者还包括三相绕组。第一绕组与第二绕组电绝缘。

如图1所示，无刷电机30还包括电路板22，其通过螺栓(未示出)或者其他紧固装置而连接至定子28的一端。在电路板22上，安装有多个霍尔效应传感器24，其通过检测由转子磁体产生的变化的磁场而被用于感测转子的角位置。霍尔传感器24同时电连接至BLDC电机30的两个电机控制器，其将在下文中详尽描述。

现在转到图2，如所述的电机30的定子28包括两组分离的绕组。第一组绕组连接到第一控制器，而接着被第一控制器32驱动，以一定时间间隔产生预定磁场以驱动转子。在所示的实施方式中，第一控制器32最终连接到交流电源40(例如，墙壁插座、插座等)，其连接至110V或者230V的电源。然而，第一控制器32本身被配置成接收仅仅直流电源并且使用直流电压以产生驱动三相绕组的三相控制信号。因此，整流电路36置于交流电源40和第一控制器32之间，以在将电功率提供至第一控制器32之前首先将输入的交流电压转换成直流电压。整流电路36的示例包括桥式整流器、电压倍增器、半导体整流器等。在优选实施方式中，整流器能够将110V或者230V的电压转换成恒定直流电压，以给第一控制器32供电。如为本领域技术人员理解的，转换器或者功率调节器还可以用在整流电路36和第一控制器32之间，如有必要，以将直流电压调节到所需水平。

另一方面，第二控制器34可连接到电机定子28，特别是第二组绕组(未示出)。类似于第一控制器32的情况，第二组绕组被第二控制器34驱动，以一定时间间隔产生预定磁场以驱动转子。注意，由于第一组绕组和第二组绕组电性绝缘，故第二控制器34还处于与第一控制器32绝缘的电路中。然而，在一些实施方式中，在第一控制器32和第二控制器34之间可以有互相连接，从而在电机控制器中的一者故障时，另一正常的工作的控制器仍然适用于驱动BLDC电机。然而，不同于第一控制器32，第二控制器适于连接到直流电源(例如，电池组38)，其将直流电压直接输出到第二控制器34，并且因此，可能不需要整流电路。例如，电池组可以具有18V、36V、48V或者54V的额定输出电压。如有必要，转换器或者功率调节器还可以用在电池组38和第二控制器34之间以将直流电压调节到所需水平。

在该实施方式中，第一控制器和第二控制器二者均连接到具有霍尔效应传感器的单个电路板上。霍尔传感器的输出将用于第一控制器和第二控制器二者的反馈控制。

尽管第一控制器和第二控制器二者均被配置成接收直流电源以驱动电机，但是它们被设计成在不同的电压下工作。例如，连接到交流电源的第一控制器可被配置成在较大的直流电压下工作，因此产生较大的控制信号。连接到直流电源的第二控制器可被配置成在较小的直流电压下工作，因此产生较小的控制信号。较大的控制信号和较小的控制信号主要不同在于其平均电压，尽管每一控制信号的波形本身是随时间改变的。

在如图3所示的本发明的另一实施方式中，电机130包括两个电路板，即第一电路板122和第二电路板123，二者物理连接到定子128。在第一电路板122和第二电路板123中的每一者上，有多个霍尔效应传感器(未示出)并且在第一电路板122上的那些霍尔效应传感器连接到电机的第一控制器，并且在第二电路板123上的那些霍尔效应传感器连接到电机的第二控制器。通过针对不同的电机控制器而分离霍尔传感器，可以使霍尔传感器在转子位置和速度检测中的性能更加精确，因为在每一电路板上的霍尔传感器现在被专用于或者优化以成预定电压，其被设计用于对应的电机控制器。

在上面的实施方式中描述的BLDC电机因此能够被交流电压(经由整流装置)或者直流电压驱动。优选地，为了获得恒定的电机输出性能，第一组绕组和第二组绕组被设计成，所产生的电机速度和扭矩(当电机被第一组绕组或者第二组绕组致动时)相等或者仅仅差很小的误差。

因此完全描述了本发明的示例性实施方式。尽管本说明书指代了具体实施方式，为本领域的技术人员清楚的是，通过对这些具体细节的差異，可以实施本发明。因此，本发明应当不被视为限制到本文中提出的实施方式。

尽管已经在附图和前述说明书中详尽地示出并且描述了本发明，但是同样在本质上被视为是示意性的而非限制性的，可以理解的是，已经显示并且描述了仅仅示意性的实施方式，并且不以任何方式限制本发明的范围。可以理解的是，本文中描述的任何特征可以用在其他实施方式中。示意性实施方式彼此不排斥或者不与本文中记载的其他实施方式排斥。因此，本发明还提供了这样的实施方式，其包括前面描述的一个或多个示意性实施方式的组合。在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对如本文中所提出的本发明进行修改和变型，并因此，仅仅该限制应当被视为由所附权利要求书表示。

例如，尽管上面给出电机操作的直流/交流模式的具体电压(例如，110V，230V交流或者18/36/48/54V直流)，本领域的技术人员可以理解，这些额定电压仅仅为示例性值，并且本发明不限于这些具体值。具有不同额定输出的其他类型的电源也可被实施以用于驱动BLDC电机，并且控制器和其他驱动电路也可被配置成从该电源接收电功率。

在上述的实施方式中，BLDC电机被描述成能够连接到交流电源或者直流电源。然而，在其他实施方式中，还可以将电机配置成仅仅使用直流，例如，电机连接到具有不同输出电压的两个不同的电池组。同样，电机可被配置成仅仅使用交流电，并且电机连接到具有不同输出电压的两个不同交流电源。

Claims (10)

1.一种双电压的无刷电机，包括：a)壳体；b)电机轴，所述电机轴可旋转地接合至所述壳体；c)转子，所述转子固定连接至所述电机轴；所述转子包括多个永久磁体；以及d)定子，所述定子被配置成面向所述转子，其中，所述定子包括第一组绕组和第二组绕组，所述第一组绕组与所述第二组绕组电绝缘，其中，所述双电压的无刷电机适于当所述第一组绕组接收第一控制信号或者所述第二组绕组接收第二控制信号时被驱动。

2.如权利要求1所述的双电压的无刷电机，其中，所述第一控制信号和所述第二控制信号平均电压不同。

3.如权利要求1所述的双电压的无刷电机，还包括第一控制器和第二控制器，所述第一组绕组还包括连接到所述第一控制器的三相绕组，所述第二组绕组还包括连接到所述第二控制器的三相绕组。

4.如权利要求3所述的双电压的无刷电机，还包括整流电路，所述第一控制器经由所述整流电路而连接到交流电源。

5.如权利要求4所述的双电压的无刷电机，其中，所述整流电路适于从所述交流电源接收120V或者230V的交流电压。

6.如权利要求3所述的双电压的无刷电机，其中，所述第二控制器连接到电池组。

7.如权利要求6所述的双电压的无刷电机，其中，所述第二控制器适于从所述电池组接收18V、36V、48V或者56V的直流电压。

8.如权利要求1所述的双电压的无刷电机，还包括固定到所述电机的所述定子的一端的第一电路板，多个霍尔传感器被配置在所述第一电路板上并且连接到所述第一控制器。

9.如权利要求9所述的双电压的无刷电机，还包括固定到所述电机的所述定子的另一端的第二电路板，多个霍尔传感器被配置在所述第二电路板上并且连接到所述第二控制器。

10.如权利要求1所述的双电压的无刷电机，还包括固定到所述电机的所述定子的一端的第一电路板，多个霍尔传感器被配置在所述第一电路板上并且连接到所述第一控制器和所述第二控制器。