CN104967253A - 高速无霍尔三相吸尘器电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其具有由电机出风冷却的无霍尔传感器电路，且无霍尔传感器电路控制的电机转速大于80000转/分钟。本发明采用无霍尔和电机出风冷却电路板结构，结构简单，外形美观，可靠性高，同时电子元器件的换相次数减小，减小了电子元器件的换相损耗，而且定子结构简单，方便绕线，生产效率提高，并具有转速高、体积小、性能高、携带方便、节能、寿命长等优点，应用于吸尘器上，可得到超高的吸尘性能。

Description

高速无霍尔三相吸尘器电机
技术领域
本发明涉及一种高速无霍尔三相吸尘器电机。
背景技术
目前吸尘器走进千家万户，越来越多的中国家庭在使用吸尘器，常规吸尘器电机中，一般分为串激吸尘器电机和小直流吸尘器电机，常采用有刷电机，转速在20000-40000转/分钟；然而有刷电机体积大，性能低，携带不方便，使用范围有限制，且寿命短，而采用无刷电机则需要较高的硬件和电路控制来实现，大部分采用的霍尔来检测磁位置以实现磁场定向控制，霍尔元件在使用中经常出现以下问题：1、价格高，不易为客户接受；2、安装困难，若安装不当，则容易损坏霍尔造成故障或启动不良；3、增加了电机与控制系统的接口和连线，容易引入干扰，降低可靠性；4、使用环境要求苛刻，在高温、高湿、振动大、有尘埃或有害化学物质的环境中，极易受到损坏；5、增大了电机体积、对电机空间要求苛刻。基于以上缺点，业内也有采用无霍尔的技术来替代有霍尔的结构，但是由于无霍尔技术的难度，目前市场上出现的无霍尔的电机转速都不高，通常低于40000转/分钟，而且换相次数多，换相损耗大，定子结构复杂，不便于绕线。
而且市场上目前无刷电机的电路板大多有两种冷却方式，一种是采用大的散热片进行冷却；一种是采用冷却风叶对电路板进行冷却，两种冷却方式都对无刷电机的结构限制较多，而且成本较高。
发明内容
本发明目的是：提供一种高速无霍尔三相吸尘器电机，以实现电机无霍尔传感器结构，电机转速大于8万转/分钟，且应用于吸尘器上，可得到超高的吸尘性能。
本发明的第一技术方案是：一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其具有由电机出风冷却的无霍尔传感器电路，且无霍尔传感器电路控制的电机转速大于80000转/分钟。
在第一技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：
优选地，所述无霍尔传感器电路采用模拟电子电路检测电机反电动势，通过反电动势作为转子磁极位置的反馈信号。
优选地，其还包括：具有中心圆的铁芯、穿过中心圆的转子、用于固定铁芯一端的第一端盖、与第一端盖配合并固定铁芯另一端的第二端盖、位于第二端盖的一侧且由转子驱动的动叶轮、收容动叶轮且与第二端盖固定的叶轮罩、位于第二端盖和动叶轮之间的定叶轮、以及位于第一端盖外侧且具有无霍尔传感器电路的电路板。
本发明的第二技术方案是：一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其包括具有中心圆的铁芯、穿过中心圆的转子、用于固定铁芯一端的第一端盖、与第一端盖配合并固定铁芯另一端的第二端盖、位于第二端盖的一侧且由转子驱动的动叶轮、收容动叶轮且与第二端盖固定的叶轮罩、位于第二端盖和动叶轮之间的定叶轮、以及位于第一端盖外侧的电路板，所述电路板具有由电机出风冷却的无霍尔传感器电路，且无霍尔传感器电路控制的电机转速大于80000转/分钟。
在第二技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：
优选地，所述铁芯包括呈圆形的铁芯外缘、以及由铁芯外缘内壁向中心径向延伸而成的若干个凸出部，而每个凸出部靠中心一端形成有极靴，且所述每个极靴的极靴角a在90-100°范围内。
优选地，所述每个极靴的弧长均在同一中心圆上，所述中心圆的直径范围为10-15毫米，每个极靴与转子的单边气隙为0.5毫米。
优选地，所述铁芯外缘外壁向外凸出有若干个凸缘，其中凸缘与相应的凸出部对应，并设置有定位孔、和与定位孔相邻的螺钉孔，其中定位孔与螺钉孔的圆心在同一圆上。
优选地，所述第一端盖包括端盖外缘、与端盖外缘相连的支撑部、以及位于端盖外缘和支撑部之间的若干个散热间隙，其中支撑部包括具有轴孔的中心、以及一端与中心相连而另一端则与端盖外缘相连的若干个支臂，散热间隙与弧形间隙在轴向方向上至少部分对齐。
优选地，所述电路板包括设置在散热间隙中的若干个摩斯管。
优选地，所述无霍尔传感器电路包括控制器、向控制器提供电源的电源单元、与控制器输出相连的前置驱动单元、与前置驱动单元输出相连并与电机相连的三相桥功率电路单元、以及设置在控制器和三相桥功率电路单元之间的电流采样单元。
本发明优点是：
本发明采用无霍尔和电机出风冷却电路板结构，结构简单，外形美观，可靠性高，同时电子元器件的换相次数减小，减小了电子元器件的换相损耗，而且定子结构简单，方便绕线，生产效率提高，并具有转速高、体积小、性能高、携带方便、节能、寿命长等优点，应用于吸尘器上，可得到超高的吸尘性能。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的立体分解图；
图2为本发明的组装剖视图；
图3为本发明中铁芯的俯视图；
图4为本发明另一视角下的立体图，其中电路板被移除；
图5与图4类似，为本发明的立体图。
图6为本发明中电路板的立体图。
图7为本发明中无霍尔传感器电路的电路原理图。
图8为本发明中铁芯的极靴角为85度角的实验数据图。
图9为本发明中铁芯的极靴角为92度角的实验数据图。
图10为本发明中铁芯的极靴角为98度角的实验数据图。
图11为本发明中铁芯的极靴角为105度角的实验数据图。
具体实施方式
实施例：如图1-5所示，本发明提供了一种高速无霍尔三相吸尘器电机的具体实施例，优选为无刷直流电机，其包括具有中心圆18的铁芯1、穿过中心圆18的转子2、用于固定铁芯1一端的第一端盖3、与第一端盖3配合并固定铁芯1另一端的第二端盖4、位于第二端盖4的一侧且由转子2驱动的动叶轮5、收容动叶轮5且与第二端盖4固定的叶轮罩7、位于第二端盖4和动叶轮5之间的定叶轮8、以及位于第一端盖3外侧的电路板6，电路板6具有由电机出风冷却的无霍尔传感器电路，且无霍尔传感器电路控制的电机转速大于80000转/分钟。其中中心圆18的直径范围为10-15毫米，每个极靴120与转子2的单边气隙为0.5毫米。
结合图3所示，铁芯1包括呈圆形的铁芯外缘10、由铁芯外缘10内壁向中心径向延伸而成的若干个凸出部12、以及由铁芯外缘10外壁向外凸出的若干个凸缘14，其中凸出部12的一端形成有极靴120，每个极靴120的极靴角a在90-100°范围内，而且每个极靴120的弧长均在同一中心圆18上，以减小电子元器件的换相损耗。相邻凸出部12之间形成有弧形间隙16，凸缘14设置有螺钉孔140、和与螺钉孔140相邻的定位孔142，其中螺钉孔140与定位孔142的圆心在同一圆上。凸出部12的个数优选为3个，且相邻两个凸出部12圆周方向的中心夹角为120度，凸缘14的个数优选为3个，且凸缘14的中心线与相对应的凸出部12中心线在同一直线上。螺钉孔140与定位孔142用于铁芯安装和定位，而螺钉孔140独立于铁芯磁路，不影响磁路，不影响铁芯的损耗。
为进一步论证极靴120的极靴角a在90-100°范围内的有效性和进步性，申请人参照IEC标准60312-2000的实验方法，选择了85度角、92度角、98度角和105度角进行对比实验，相应的实验数据表如图8-11所示，所获得电机最大效率分别为45.49、48.03、47.29、44.16，由此表明极靴角a在90-100°范围内，电机的效率更优。
结合图4所示，第一端盖3包括呈圆形的端盖外缘30、与端盖外缘30相连的支撑部32、以及位于端盖外缘30和支撑部32之间的若干个散热间隙34。支撑部32包括具有轴孔322的中心320、以及一端与中心320相连而另一端则与端盖外缘30相连的若干个支臂324，其中轴孔322允许转子2的穿过。相邻两支臂324间隔有一散热间隙34。每个支臂324设置有线路板螺钉孔326、和端盖螺钉孔322，其中线路板螺钉孔326和端盖螺钉孔322所在平面之间存在一台阶，而螺钉孔140和端盖螺钉孔322在同一方向上并通过长螺钉来实现第一、二端盖3、4和铁芯1的固定连接。支臂324的个数优选为3个，且轴向方向与铁芯1的凸出部12大致相对应，散热间隙34为电机的出风口，同时散热间隙34与弧形间隙16在轴向方向上对齐，由此避免因支臂324阻挡而导致冷却风吹不到电路板6上的摩斯管而影响散热，结构简单，缩小了电机体积，又不增加成本。
结合图5-6所示，电路板6包括设置在散热间隙34中的若干个摩斯(MOS)管60、覆盖在摩斯管60上的一个或多个散热片62、以及用于固定电路板6到第一端盖3上并固定到端盖螺钉孔322的螺钉64。由此把摩斯管等发热元器件排布在电机的出风口上进行冷却，并通过在摩斯管上加2MM厚的散热片62，进行更好的冷却。
如图7所示，无霍尔传感器电路又称电机控制电路，采用模拟电子控制电路检测电机反电动势，通过反电动势作为转子磁极位置的反馈信号替代霍尔，由此实现电机无霍尔传感器结构，其包括控制器510、向控制器510提供电源的电源单元520、与控制器510输出相连的前置驱动单元520、与前置驱动单元520输出相连并与电机BLDC相连的三相桥功率电路单元530、设置在控制器510和三相桥功率电路单元530之间的电流采样单元511、与控制器510双向相连的电压采样单元512、与控制器510双向相连的调速控制单元514、与控制器510双向相连的电机控制单元516、以及与控制器510双向相连的温度采样单元516。其中三相桥功率电路单元530包括若干个摩斯管60。电源单元520也分别向前置驱动单元520、三相桥功率电路单元530提供电源，其中输入直流电压21.6V，前置驱动单元520将控制器510输出的PWM信号转换为有足够驱动能力的、适合于驱动三相桥的信号。三相桥功率电路单元530为功率转换单元，受控于前置驱动单元520，驱动电机BLDC正常工作。控制器510为电机控制器核心单元，接受UI输入电路信号(调速控制、启停控制等)、检测工作环境(工作电流、工作电压、环境温度等)、根据UI输入及环境输入条件，输出适合的PWM控制信号。电流采样单元511实时检测整个电路工作电流，以实现过电流保护、负载短路保护。电压采样单元512实时检测整个电路工作电压，以实现过压/欠压保护。调速控制单元514为UI控制电路，控制电机运行于高速或低速模式。电机控制单元516为UI控制电路，控制电机启动、停止。温度采样单元516实时检测环境工作温度，以实现温度保护。
当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：其具有由电机出风冷却的无霍尔传感器电路，且无霍尔传感器电路控制的电机转速大于80000转/分钟。
2.如权利要求1所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述无霍尔传感器电路采用模拟电子电路检测电机反电动势，通过反电动势作为转子磁极位置的反馈信号。
3.如权利要求2所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于还包括：具有中心圆的铁芯、穿过中心圆的转子、用于固定铁芯一端的第一端盖、与第一端盖配合并固定铁芯另一端的第二端盖、位于第二端盖的一侧且由转子驱动的动叶轮、收容动叶轮且与第二端盖固定的叶轮罩、位于第二端盖和动叶轮之间的定叶轮、以及位于第一端盖外侧且具有无霍尔传感器电路的电路板。
4.一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于其包括：具有中心圆的铁芯、穿过中心圆的转子、用于固定铁芯一端的第一端盖、与第一端盖配合并固定铁芯另一端的第二端盖、位于第二端盖的一侧且由转子驱动的动叶轮、收容动叶轮且与第二端盖固定的叶轮罩、位于第二端盖和动叶轮之间的定叶轮、以及位于第一端盖外侧的电路板，所述电路板具有由电机出风冷却的无霍尔传感器电路，且无霍尔传感器电路控制的电机转速大于80000转/分钟。
5.如权利要求4所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述铁芯包括呈圆形的铁芯外缘、以及由铁芯外缘内壁向中心径向延伸而成的若干个凸出部，而每个凸出部靠中心一端形成有极靴，且所述每个极靴的极靴角a在90-100°范围内，相邻凸出部之间形成有弧形间隙。
6.如权利要求5所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述每个极靴的弧长均在同一中心圆上，所述中心圆的直径范围为10-15毫米，每个极靴与转子的单边气隙为0.5毫米。
7.如权利要求5或6所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述铁芯外缘外壁向外凸出有若干个凸缘，其中凸缘与相应的凸出部对应，并设置有定位孔、和与定位孔相邻的螺钉孔，其中定位孔与螺钉孔的圆心在同一圆上。
8.如权利要求5所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述第一端盖包括端盖外缘、与端盖外缘相连的支撑部、以及位于端盖外缘和支撑部之间的若干个散热间隙，其中支撑部包括具有轴孔的中心、以及一端与中心相连而另一端则与端盖外缘相连的若干个支臂，散热间隙与弧形间隙在轴向方向上至少部分对齐。
9.如权利要求8所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述电路板包括设置在散热间隙中的若干个摩斯管。
10.如权利要求4或5或6或8或9所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述无霍尔传感器电路包括控制器、向控制器提供电源的电源单元、与控制器输出相连的前置驱动单元、与前置驱动单元输出相连并与电机相连的三相桥功率电路单元、以及设置在控制器和三相桥功率电路单元之间的电流采样单元。
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CB03 Change of inventor or designer information
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