CN102480203B - 检测换向一体化无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

检测换向一体化无刷直流电机，包括定子铁心(1)、定子绕组(2)、转子磁钢(3)、转子磁轭(4)、套筒支架(5)、转轴(6)、轴承(7)、示位永磁体(8)和检测换向装置，其特点是所述检测换向装置为检测换向一体化装置，由既作检测元件又作换向元件的干簧管(G1)、(G2)、(G3)、(G4)配合示位永磁体(8)构成。本发明利用干簧管磁效应原理构成一种新型的检测换向一体化装置，并用于无刷直流电机，电机功率可达数百千瓦或者更高。

Description

检测换向一体化无刷直流电机

技术领域

本发明涉及一种机电能量转换装置，特别涉及一种集位置检测与电流换向于一体的无刷直流电机，属于无刷直流电机设计制造技术领域。

背景技术

无刷直流电机通常由位置检测装置、电子换向器和电动机本体三部分组成，即位置检测和电子换向在任务、功能和结构上完全独立的和分开的；而且，要实现电子换向与位置检测之间的协调配和工作，还需要PLC、DSP、信号处理和放大驱动等专用芯片和电路，致使整个装置体积较大、元器件多、结构复杂、可靠性差、价格昂贵、难以推广。现状是，尽管无刷直流电机研发了几十年，而且也有产品投放市场，然而真正用到该用的地方的并不多或者说不普遍。因此，开发、研制和生产结构简单、价格低廉、运行可靠的无刷直流电机是众多潜在用户所期待的和市场所需要的。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种结构简单、价格低廉、运行可靠的检测换向一体化无刷直流电机。

本发明给出的技术解决方案是：这种检测换向一体化无刷直流电机，包括定子铁心1、定子绕组2、转子磁钢3、转子磁轭4、套筒支架5、转轴6、轴承7、示位永磁体8和检测换向装置，其特点是所述检测换向装置为检测换向一体化装置，由既作检测元件又作换向元件的干簧管G1、G2、G3、G4配合示位永磁体8构成。

作为一种优选方案，本发明所述的检测换向一体化装置中，不同极向的干簧管可由同一示位永磁体驱动，以保证换向的同步性。

作为一种优选方案，本发明所述的检测换向一体化装置中，干簧管可由作为永磁体的转子磁钢驱动，从而省去示位永磁体，以简化换向装置、缩小体积、降低成本。

作为一种优选方案，本发明所述的检测换向一体化装置中，干簧管触点两端并联熄弧电路，如续流二极管或RC串联电路。

作为一种优选方案，本发明所述的检测换向一体化装置可以简化到仅由一只干簧管构成，并由作为永磁体的转子磁钢兼作示位永磁体驱动。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：提供一种结构简单、价格低廉、运行可靠的无刷直流电机技术方案，即利用干簧管磁效应原理构成一种新型的检测换向一体化装置，并用于无刷直流电机，电机功率可达数百千瓦或者更高。

附图说明

图1为采用本发明的一台四极外转子无刷直流微电机本体结构示意图；

图2为采用本发明的定子铁心、定子绕组连接结构示意图；

图3为采用本发明的四极外转子无刷微电机绕组与一体化换向器连接示意图；

图4为采用本发明的检测换向一体化换向器结构示意图；

图5为采用本发明的检测换向一体化换向器同步驱动结构示意图；

图6为采用本发明的干簧管与示位永磁体轴向平行放置的换向器结构示意图；

图7为采用本发明的带RC熄弧电路的一体化换向器连接示意图；

图8为采用本发明技术实施的无刷直流风扇电动机样机照片；

图9为采用本发明技术实施的无刷直流风扇电动机样机的电流波形；

图10为采用本发明技术实施的无刷直流风扇电动机样机转矩曲线；

图11为采用本发明技术实施的无刷直流风扇电动机样机稳态转速曲线。

图中标号说明如下：

1定子铁心，2定子绕组，3转子磁钢，4转子磁轭，5套筒支架，6转轴，7轴承，8示位永磁体，

G1、G2、G3、G4为干簧，A1和X1、A2和X2、A3和X3以及A4和X4分别为定子每槽绕组的首末端。

具体实施方式

下面结合说明书附图所示实施例对本发明做更详细地说明：

本发明的一种实施例为外转子无刷直流微电机，如图1所示，包括定子铁心1、定子绕组2、转子磁钢3、转子磁轭4、套筒支架5、转轴6及轴承7。定子绕组2属于集中式漆包线绕组，定子铁心1的极靴外轮廓与转子磁钢3的内圆为不同心结构，形成不均匀气隙以便实现起动和定向。

定子绕组2可以有多种连接和换向方式，如图2所示，是一种串联统一换向方式，适于较高的供电电压，特点是所需工作的换向干簧管数量少，绕组利用率高。定子绕组串联后形成单回路绕组，两个接线端为U和V，、经连接成桥式的干簧管G1、G2、G3和干簧管G4与直流电源相连，如图3所示，即构成两两导通直驱式永磁触发电子换向器。对应于图3所示的转子位置，指示转子磁极位置的示位磁钢8与检测换向干簧管G1、G2、G3和干簧管G4之间的位置关系如图4所示；此时，干簧管G1、G3导通，干簧管G2、G4关断，电流从电源正极经过干簧管G3由绕组V端流入U端流出经过干簧管G1回到电源负极构成回路，示位永磁体的极弧大小决定了干簧管G1、G3的导通区间。转过90度后干簧管G2、G4导通，干簧管G1、G3关断，电流从电源正极经过干簧管G2由绕组U端流入V端流出经过干簧管G4回到电源负极构成回路，实现换向保证电机连续运行。可见，干簧管既作为位置检测元件又作为换向功率元件，即检测元件与开关元件合二为一，实现了检测换向一体化。

示位磁钢8与检测换向干簧管G1、G2、G3和干簧管G4之间的位置关系也有多种形式，作为一种优选方案图4所示为干簧管与示位永磁体轴向垂直相切放置；为保证两两导通和两两关断干簧管的同步性，可以将成对工作的干簧管G1和干簧管G3以及干簧管G2和干簧管G4平行平列放置，如图5所示，也是一种优选方案；干簧管与示位永磁体轴向平行放置，如图6所示，也是一种优选方案，更适用于绕组元件较多的电机。

电机绕组2有一定电感量，为了保证干簧管可靠地开断，必要时干簧管触点两端应并联适当的熄弧电路，如续流二极管或RC串联电路，如图7所示。对RC串联熄弧电路，其电阻R、电容C可按下式估算：

$\left\{\begin{array}{c}R=\frac{U}{{10I}^{(1+50/U)}}\left(\mathrm{\Ω}\right)\\ C=\frac{I^2}{10}\left(\mathrm{\μF}\right)\end{array}\right.$

干簧管的导通持续时间由示位永磁体的极弧和电源电压共同决定，并自动调节，以实现电机的稳定运行和调速需要，按照干簧管的开关频率设计电机的最高转速。

按照现有干簧管产品技术指标考虑，如HAMLIN的DRR-129型干簧管开关电压为400V，负载电流可达6A，单只干簧管馈电能力超过2kW，电机功率可达几个千瓦以上，若采取并联协同工作方式，电机功率做到几十乃至上百千瓦都是可行的。

实施实例

本发明的一种实施例为外转子无刷直流风扇电动机，模型样机照片如图8所示，图9给出了该样机的电流波形，图10为转矩曲线，图11为稳态转速曲线。风扇电动机可连续稳定运行，说明本发明技术是可行的；从图9、10和11可见，由于电流换向有间断，造成转矩有脉动，致使转速略有波动，通过调整结构和换向配置加以改善。

Claims (3)

1.一种检测换向一体化无刷直流电机，包括定子铁心（1）、定子绕组（2）、 转子磁钢（3）、转子磁轭（4）、套筒支架（5）、转轴（6）、轴承（7）、示位永磁体（8）和检测换向装置，其特征在于所述检测换向装置为检测换向一体化装置，由既作检测元件又作换向元件的干簧管G1、干簧管G2、干簧管G3、干簧管G4配合示位永磁体（8）构成,所述检测换向一体化装置中，干簧管G1、干簧管G2、干簧管G3、干簧管G4由作为永磁体的转子磁钢（3）驱动。

2.根据权利要求1所述检测换向一体化无刷直流电机，其特征在于所述检测换向一体化装置中，干簧管G1、干簧管G2、干簧管G3、干簧管G4触点两端并联熄弧电路。

3.一种检测换向一体化无刷直流电机，包括定子铁心（1）、定子绕组（2）、 转子磁钢（3）、转子磁轭（4）、套筒支架（5）、转轴（6）、轴承（7）、示位永磁体（8）和检测换向装置，其特征在于所述检测换向装置为检测换向一体化装置，该检测换向一体化装置为定子单相绕组仅由一只干簧管G1馈电，并由作为永磁体的转子磁钢（3）兼作示位永磁体（8）驱动。

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