CN102403865B - 一种非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机，包括外转子（6）和内定子（7），内定子（7）位于外转子（6）之中，内定子（7）与外转子（6）之间套设有磁铁（5），电机轴（2）穿过内定子（7）后与外转子（6）进行固定，在汽车空调无刷直流电机上还设有外转子运转位置传感器。本发明非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机优于其他种类的非接触式检测装置，检测转子转动的步进角度精确，反应速度快，可以控制直流电机的精确换向和运转控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种无刷直流电机，尤其是涉及一种非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机。
背景技术
目前汽车空调用鼓风电机为了提高效率和减轻重量都在高端车型上面推广使用无刷直流电动机，每个电机厂家的设计原理差别不大，一般区别主要在于电机转子的位置检测这块设计。大体可以分为两大类：有位置传感器控制方式和无位置传感器控制方式。典型的有位置传感器控制方式是使用霍尔传感器控制方式。无位置传感器控制方式是目前比较广泛使用且较为新颖的一类控制方式，包含有：反电动势控制方法、磁链计算法、状态观测器法和人工神经网络(ANN)控制法等。
上面几种无位置传感器控制方式存在以下缺点：比如低速时检测位置不准以及控制软件设计的复杂等。
发明内容
本发明设计了一种非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机，其解决的技术问题是现有无刷直流电机的无位置传感器控制方式无法准确测出转子的位置，从而会影响到无刷直流电机内部的过流、过压以及换向保护。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机，包括外转子（6）和内定子（7），内定子（7）位于外转子（6）之中，内定子（7）与外转子（6）之间套设有磁铁（5），电机轴（2）穿过内定子（7）后与外转子（6）进行固定，其特征在于：在汽车空调无刷直流电机上还设有外转子运转位置传感器。
进一步，所述外转子运转位置传感器包括磁性金属环（1）、磁感应电路（3）以及连接控制电路，磁性金属环（1）安装在电机轴（2）上，而对应的磁感应电路（3）安装在电机端盖（8）上，磁性金属环（1）与磁感应电路（3）之间存在间隙，随着外转子（6）永磁体的转动，磁性金属环（1）也随着转动起来，磁性金属环（1）作用于PCB板上面的磁感应电路（3）相互发生电磁感应，转动的磁性金属环（1）相对转动一个角度，在对应的磁感应电路（3）上面就感应出不同数量的电磁脉冲，再由反馈电路将信号发给电机本身的控制模块的芯片，由软件进行计算，从而准确测出转子的此时位置，再控制开关电源的导通换向角，来实现直流电机的精确换向和运转控制。
进一步，所述外转子运转位置传感器随着外转子（6）的磁场方向N-S极发生变换，使所述外转子运转位置传感器产生不同角度相位差为的方波编码信号，产生六个功率开关管按一定顺序两两导通的控制信号，外转子（6）每转过一转，六个功率开关管及按固定组合成的6种状态依次导通，及时保证内定子（7）里面电流及时转换成对应外转子（6）磁极的方向电流，保证电机的正常运转。
进一步，六个功率开关管分为三组，每组两个功率开关管串联连接，三组并联在整车直流电源两端，汽车空调无刷直流电机的三个触头分别连接在每组两个功率开关管的公共端；汽车空调无刷直流电机另一端通过所述外转子运转位置传感器与电机自身控制模块连接，电机自身控制模块控制六个功率开关管。
进一步，所述磁性金属环（1）包括多个齿轮结构（11），在相邻两个齿轮结构（11）之间有空隙（12）。
进一步，磁感应电路（3）也包括多个齿轮结构（31），在相邻两个齿轮结构（31）之间有空隙（32）。
该非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机具有以下有益效果：
（1）本发明非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机优于其他种类的非接触式检测装置，检测转子转动的步进角度精确，反应速度快，可以控制直流电机的精确换向和运转控制。
（2）本发明避免了利用检测反向电动势和变压器式感应等种类的电机转速低速时信号弱以及需要利用软件进行换向保护的问题。
（3）本发明电路工艺简单、成本低、体积小、噪音小以及重量轻易于实现。
附图说明
图1：本发明中磁性金属环的结构示意图；
图2：本发明中磁性金属环的安装结构示意图；
图3：本发明磁感应电路连接示意图；
图4：本发明非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机剖视图；
图5：本发明中电路连接示意图。
附图标记说明：
1—磁性金属环；11—齿轮结构；12—空隙；2—电机轴；3—磁感应电路；31—齿轮结构；32—空隙；4—PCB板；5—磁铁；6—外转子；7—内定子；8—电机端盖。
具体实施方式
下面结合图1至图5，对本发明做进一步说明：
如图1所示，磁性金属环1包括多个齿轮结构11，在相邻两个齿轮结构11之间有空隙12。
如图2所示，磁性金属环1安装在电机轴2上，两者相互垂直。
如图3所示，磁感应电路3安装上PCB板4。磁感应电路3也包括多个齿轮结构31，在相邻两个齿轮结构31之间有空隙32。磁性金属环1与磁感应电路3相互电磁感应。
如图4所示，非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机，包括外转子6和内定子7，内定子7位于外转子6之中，内定子7与外转子6之间套设有磁铁5，电机轴2穿过内定子7后与外转子6进行固定，在汽车空调无刷直流电机上还设有外转子运转位置传感器。外转子运转位置传感器包括磁性金属环1、磁感应电路3以及连接控制电路，磁性金属环1安装在电机轴2上，而对应的磁感应电路3安装在电机端盖8上，磁性金属环1与磁感应电路3之间存在间隙，随着外转子6永磁体的转动，磁性金属环1也随着转动起来，磁性金属环1作用于PCB板上面的磁感应电路3相互发生电磁感应，转动的磁性金属环1相对转动一个角度，在对应的磁感应电路3上面就感应出不同数量的电磁脉冲，再由反馈电路将信号发给电机本身的控制模块的芯片，由软件进行计算，从而准确测出转子的此时位置，再控制开关电源的导通换向角，来实现直流电机的精确换向和运转控制。
如图5所示，六个功率开关管分为三组，每组两个功率开关管串联连接，三组并联在整车直流电源两端，汽车空调无刷直流电机的三个触头分别连接在每组两个功率开关管的公共端；汽车空调无刷直流电机另一端通过所述外转子运转位置传感器与电机自身控制模块连接，电机自身控制模块控制六个功率开关管。
磁性金属环1装在电机轴2上，而对应的磁感应电路3及PCB板4安装在电机本体的电机端盖8处，二者之间的间隙在0.8mm，随着电动机转子永磁体的转动，磁性金属环1也随着转动起来，它作用于PCB板4上面的磁感应电路3，相互发生电磁感应，外转子运转位置传感器随着外转子的磁场方向N-S极发生变换，使外转子运转位置传感器产生不同角度相位差为的方波编码信号，产生控制开关器件MOSFET或IGBT等功率开关管按一定顺序两两导通的控制信号，这样转子每转过一转，6个功率开关管及按固定组合成的6种状态依次导通，及时保证定子里面电流及时转换成对应转子磁极的方向电流，保证电机的正常运转。
整个无刷电机的硬件结构 基本和其他的无刷直流电机一样，包括空调鼓风机电源模块、电机内部MC68HC908MR16 单片机控制模块、PC33896 前置驱动模块、三相FET 全桥模块、以及电机里面连接导线和位置检测装置。 整个电机封装成一个整体，外面装上风轮，由一个对接插件和外部车身线束进行对接或者安装在空调蒸发器里面由空调线束直接供给电源和传输反馈信号。具体调节转子转速和启停等都由空调的ECU进行程序控制。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机，包括外转子（6）和内定子（7），内定子（7）位于外转子（6）之中，内定子（7）与外转子（6）之间套设有磁铁（5），电机轴（2）穿过内定子（7）后与外转子（6）进行固定，其特征在于：在汽车空调无刷直流电机上还设有外转子运转位置传感器,所述外转子运转位置传感器包括磁性金属环（1）、磁感应电路（3）以及连接控制电路，磁性金属环（1）安装在电机轴（2）上，而对应的磁感应电路（3）安装在电机端盖（8）上，磁性金属环（1）与磁感应电路（3）之间存在间隙，随着外转子（6）永磁体的转动，磁性金属环（1）也随着转动起来，磁性金属环（1）作用于PCB板上面的磁感应电路（3）相互发生电磁感应，转动的磁性金属环（1）相对转动一个角度，在对应的磁感应电路（3）上面就感应出不同数量的电磁脉冲，再由反馈电路将信号发给电机本身的控制模块的芯片，由软件进行计算，从而准确测出转子的此时位置，再控制开关电源的导通换向角，来实现直流电机的精确换向和运转控制。
2.根据权利要求1所述非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机，其特征在于：所述外转子运转位置传感器随着外转子（6）的磁场方向N-S极发生变换，使所述外转子运转位置传感器产生不同角度相位差为的方波编码信号，产生六个功率开关管按一定顺序两两导通的控制信号，外转子（6）每转过一转，六个功率开关管及按固定组合成的6种状态依次导通，及时保证内定子（7）里面电流及时转换成对应外转子（6）磁极的方向电流，保证电机的正常运转。
3.根据权利要求2所述非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机，其特征在于：六个功率开关管分为三组，每组两个功率开关管串联连接，三组并联在整车直流电源两端，汽车空调无刷直流电机的三个触头分别连接在每组两个功率开关管的公共端；汽车空调无刷直流电机另一端通过所述外转子运转位置传感器与电机自身控制模块连接，电机自身控制模块控制六个功率开关管。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机，其特征在于：所述磁性金属环（1）包括多个齿轮结构（11），在相邻两个齿轮结构（11）之间有空隙（12）。
5.根据权利要求1至3中任何一项所述非接触式位置检测的汽车空调无刷直流电机，其特征在于：磁感应电路（3）也包括多个齿轮结构（31），在相邻两个齿轮结构（31）之间有空隙（32）。
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