CN111477079A - 一种无刷直流电机演示教具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及教学设备技术领域，尤其涉及一种无刷直流电机演示教具。包括：电机展示部、驱动展示部、控制芯片；电机展示部包括：定子、转子、第一位置传感器；转子上设置有与转子磁极相对应的标示物，定子上设置有与标示物相对应的展示窗；第一位置传感器，用于获取转子的转轴的位置信息；驱动展示部包括：驱动电路，指示灯；驱动电路与定子、转子、指示灯电连接；控制芯片，用于依据所述位置信息控制驱动电路。现有技术中的无刷直流电机为一体化设计，不便于进行教学展示。相较于现有技术，本发明电机展示部、驱动展示部清楚的展示了电机的运行状态与驱动电路的运行状态，从而更好的展示了电机的运行原理。

Description

一种无刷直流电机演示教具

技术领域

本发明涉及教学设备技术领域，尤其涉及一种无刷直流电机演示教具。

背景技术

目前对于无刷直流电机运行原理的教学只能通过理论文字或者理论图片进行教学，但这种教学方式不够直观，导致学员难以理解其中的知识点，而市场上销售的无刷直流电机又是一体设计，难以用于教学演示，可见，设计一种用于演示无刷直流电机运行原理的教具是十分有必要的。

发明内容

针对现有技术的技术问题，本发明提供了一种无刷直流电机演示教具。

为解决上述技术问题，本发明提供了以下的技术方案：

一种无刷直流电机演示教具，包括：电机展示部、驱动展示部、控制芯片；电机展示部包括：定子、转子、第一位置传感器；转子上设置有与转子的磁极相对应的标示物，定子上设置有与标示物相对应的展示窗；第一位置传感器，用于获取转子的转轴的位置信息；驱动展示部包括：驱动电路，指示灯；驱动电路与所述定子、所述转子、指示灯电连接；控制芯片，用于依据位置信息控制驱动电路。

电机展示部的转子可转动的嵌入在定子内，由驱动电路向转子、定子提供运转所需的电能，第一位置传感器则用于获取转子的转轴的位置信息，控制芯片依据位置信息控制驱动电路中的电流流通方向，从而调节定子上的电流流通方向，进而为转子的转动提供所需的变换磁场。在转子转动时，使用人员可以通过设置在定子上的展示窗观察到设置在转子上的标示物，从而通过标示物判断当前转子上磁极所在的位置。同时，使用人员可以依据设置在驱动电路上的指示灯的亮灭判断驱动电路电流的流通状态。由此，通过电机展示部与驱动展示部的配合可有效展示电机的运行远离。

进一步的，第一位置传感器包括：转动磁轴、磁感传感器；转动磁轴设置在转子上，转动磁轴与转轴相对应；磁感传感器与转动磁轴相对应。

进一步的，磁感传感器为多个，磁感传感器沿转子的周向设置。

进一步的，磁感传感器为六个，相邻的两个磁感传感器之间的夹角为30°。

进一步的，指示灯为多个，指示灯与驱动电路的晶体管相对应。

进一步的，驱动展示部还包括转轴剖面展示板，转轴剖面展示板的一侧设置有电机，电机与驱动电路电连接。

进一步的，转轴剖面展示板设置有第二位置传感器，第二位置传感器与控制芯片电连接，第二位置传感器用于获取转轴剖面展示板的转轴的位置信息。

进一步的，第二位置传感器包括光线发生器、光电传感器；光线发生器设置在转轴剖面展示板上，光线发生器与转轴剖面展示板的转轴相对应；光电传感器环绕在转轴剖面展示板的四周。

进一步的，驱动展示部还包括磁极指示灯；磁极指示灯为多个；磁极指示灯分别与驱动电路的三相相对应；位于驱动电路中同一相的磁极指示灯的电极连接方向相反。

进一步的，还包括演示板；电机展示部固定设置在演示板上；驱动展示部固定设置在演示板上。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

通过设置在定子上的展示窗，使用人员能够直接观察到当前转子的磁极所在的位置。

通过设置在驱动电路上的指示灯，使用人员可以通过指示灯的亮灭判断驱动电路中晶体管上的电流流通方向。

电机展示部与转轴剖面展示板同时由驱动电路进行驱动，使得电机展示部与转轴剖面展示板能够同步运转，从而形成对比参照，使得使用人员更方便的理解无刷直流电机的运行远离。

设置在转轴剖面展示板的第二位置传感器能够获取转轴剖面展示板的转轴的位置信息，使得电机展示部与驱动展示部具备独立运转的能力，方便使用人员进行使用或调试。

在驱动电路上还设置有磁极指示灯，通过磁极指示灯进一步便于使用人员了解当前定子的各相极性。

附图说明

图1：电机展示部俯视图。

图2：电机展示部前视图。

图3：驱动展示部俯视图。

图4：驱动电路图。

图中：1-电机展示部、11-定子、12-转子、13-第一位置传感器、111-展示窗、131-转动磁轴、132-磁感传感器、2-驱动展示部、21-驱动电路、22-指示灯、23-转轴剖面展示板、24-磁极指示灯、25-第二位置传感器、251-光线发生器、252-光电传感器、3-演示板。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

一种无刷直流电机演示教具，包括电机展示部1、驱动展示部2、控制芯片。电机展示部1与驱动展示部2均固定设置在演示板3上，以便于使用人员搬运本教具。电机展示部1包括定子11、转子12。定子11包括六个定子线圈，定子线圈呈蜂窝状排布从而组合成定子绕组。其中，相对的两个定子线圈为一组，定子11共A、B、C三组。转子12由4块永磁体组成。其中，相对的两块永磁体磁极极性相同，转子12的磁极极性分为N极、S极。以两块N极永磁体之间的连线定义为转子12的转轴。转子12可转动的嵌入在定子11内。转子12上设置有与磁极极性相对应的标示物，标示物可以为凸起、凹槽，例如：转子12的N极处设置有凸起，转子的S极处设置有凹槽，使得使用人员能够通过标示物分辨转子12的磁极极性。标示物上还可以设置有标示文字、标示颜色，进一步使得使用人员分辨转子12的磁极极性。定子线圈上设置有与转子12的标示物相对应的展示窗111，使得使用人员能够通过展示窗111观察到当前转子12各磁极位置。

电机展示部1还包括第一位置传感器，第一位置传感器包括转动磁轴131、磁感传感器132。转动磁轴131固定设置在转子12上且平行于转子12的转轴，转动磁轴131的两端设置有磁铁。磁感传感器132为六个，磁感传感器132沿转子12的周向设置，相邻两个磁感传感器132之间的夹角为30°。当转动磁轴131上的磁铁随转子12转动到磁感传感器132的位置时，磁感传感器132能够输出相应的位置信息至控制芯片。

驱动展示部2包括驱动电路21，驱动电路21包括A、B、C三相，分别为定子中相应的定子组供电，定子组产生的磁场极性随驱动电路21电流的流动方向变化而变化。例如：A相驱动电路21对应定子中的A组定子组，当A相驱动电路21中的电流流向发生变化时，流经A组定子组的电流会同步发生变化，使得A组定子组产生的磁场极性发生变化。

在实际使用过程中，当驱动电路21为定子11供电时，定子11共会产生六个磁场，既每个定子线圈产生一个磁场，其中同一组的定子线圈产生的磁场极性相同。由此，定子11产生的六个磁场与转子的四个磁场共同组成一个偏角为30°的组合磁场，在转子12磁场与定子11磁场之间的相互吸引下，转子12进行转动。当转子12进行转动时会带动转动磁轴131转动，从而使得设置在转动磁轴131上的磁铁运动，当磁铁运动至其中一个磁感传感器132时，磁感传感器向控制芯片输出相应的位置信息，当控制芯片接收到位置信息时，控制芯片控制驱动电路21中A、B、C三相的电流流动方向进行变化，从而使得定子线圈上的电流流向发生变化，进而使得定子线圈产生的磁场极性发生变化，由此，使得定子11的磁场与转子的磁场之间再次出现30°的夹角，从而使得转子12能够持续转动。

在转子12转动的过程中，使用人员能够通过设置在定子线圈上的展示窗111观察到转子12，并通过标示物判断当前转子12各磁极所在的位置。由此，使用人员能够直观的观察到无刷直流电机的转动过程。

综上，第一位置传感器13一方面为转子12的持续转动提供位置信息，另一方面，只有当第一位置传感器13提供的位置信息发生变化时，定子11的磁场极性才会发生变化，而定子11的磁场极性的变化速率将影响到转子12的转动速率，由此，第一位置传感器有效的限制了转子12的转速，从而进一步的方便了使用人员观察转子12各磁极所在的位置。

驱动展示部2还包括指示灯22，指示灯22采用发光二极管，指示灯22为六个，与驱动电路21中的晶体管一一对应，当A、B、C三相中的电流由指示灯22的正极流向指示灯22的负极时，电流能够正常点亮指示灯22，反之，电流不能点亮指示灯22。由此，使用人员能够通过指示灯22的亮灭判断驱动电路21中的电流流动方向。

驱动展示部2还包括磁极指示灯24,磁极指示灯24采用发光二极管，磁极指示灯24可以为3个，分别对应驱动电路21中的A、B、C三相，当其中一相的电流由磁极指示灯24的正极流向负极时，便能够点亮磁极指示灯24，其中一相的电流流向会影响到定子11中相应定子线圈组生成的磁场极性，从而使得实用人员能够通过当前磁极指示灯24的亮灭判断相应定子线圈组的磁场极性。磁极指示灯24可以为6个，在驱动电路21中每一相均设置有两个磁极指示灯24，位于同一相电路中的两个磁极指示灯24的电极连接方向相反，使得同一相电路中的电流只能够点亮其中一个磁极指示灯24，从而使得使用人员能够通过磁极指示灯24的点亮情况判断相应定子线圈组的磁场极性。磁极指示灯24可以为12个，设置在驱动电路21的Y型节点处，每两个磁极指示灯24为一组，每组磁极指示灯24对应定子中的一个定子线圈，同一组的磁极指示灯24的电极连接方向相反，使得使用人员能够通过磁极指示灯24的点亮情况判断一个定子线圈的磁场极性。作为优选，磁极指示灯24上设置有标示物，可以为凸起、凹槽、标示文字、标示颜色等，进一步便于使用人员判断当前定子线圈组或定子线圈的磁场极性。

驱动展示部2还包括转轴剖面展示板23，转轴剖面展示板23的一侧设置有电机，转轴剖面展示板23的另一侧设置有用于表示转子各磁极极性的标示物。电机与驱动电路21电连接，使得电机与电机展示部1能够由驱动电路21同步驱动。从而使得使用人员能够通过转轴剖面展示板23观察到转子12的磁极的转动状态。同时转轴剖面展示板23还设置有第二位置传感器25，第二位置传感器25包括光线发生器251、光电传感器252，光线发生器251设置在转轴剖面展示板23上，转轴剖面展示板23上两个用于表示N极的标示物之间的连线定义为转轴剖面展示板23的转轴。光线发生器251的光线的射出方向与转轴剖面展示板23的转轴位于同一直线上，从而与转轴剖面展示板23的转轴相对应。在转轴剖面展示板23的四周还环绕有多个光电传感器252，光电传感器252沿转轴剖面展示板23的周向设置，相邻两个光电传感器252之间的夹角为30°，当光线发生器251射出的光线照射在光电传感器252上时，光电传感器252向控制芯片输出转轴剖面展示板23转轴的位置信息。利用第二位置传感器25一方面可使得转轴剖面展示板23能够独立于电机展示部1运转，从而便于使用人员操作，另一方面，通过对比转轴剖面展示板23的转轴位置信息与转子12的转轴位置信息，可有效判断转轴剖面展示板23与转子12之间是否正常同步运转，若两个位置信息不匹配，则表明转轴剖面展示板23不能正常表现当前转子12磁极所在的位置，此时向使用人员发出提示。

作为优选，控制芯片上设置有单步运行按钮，当按压单步运行按钮时，控制芯片控制驱动电路21驱动电机展示部1与转轴剖面展示板23同步运转，当转动磁轴131转动至磁感传感器处132时，磁感传感器132向控制芯片输出位置信息，控制芯片接收到位置信息时，控制芯片控制驱动电路21维持当前的电流流向，使得定子11的产生的磁场维持当前的极性，从而停止转子12的转动。同时，停止转轴剖面展示板23的转动。控制芯片维持驱动电路21当前的电流流向直至再次按压单步运行按钮。由此，使得转子12与转轴剖面展示板23能够分阶段运转，从而进一步便于使用人员观察无刷直流电机的运转过程以及驱动电路的变化过程。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种无刷直流电机演示教具，其特征在于：包括：电机展示部（1）、驱动展示部（2）、控制芯片；

所述电机展示部（1）包括：定子（11）、转子（12）、第一位置传感器（13）；所述转子（12）上设置有与转子（12）的磁极相对应的标示物，所述定子（11）上设置有与所述标示物相对应的展示窗（111）；

所述第一位置传感器（13），用于获取所述转子（12）的转轴的位置信息；

所述驱动展示部（2）包括：驱动电路（21），指示灯（22）；所述驱动电路（21）与所述定子（11）、所述转子（12）、所述指示灯（22）电连接；

所述控制芯片，用于依据所述位置信息控制所述驱动电路（21）。

2.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机演示教具，其特征在于：所述第一位置传感器包括：转动磁轴（131）、磁感传感器（132）；

所述转动磁轴（131）设置在所述转子（12）上，所述转动磁轴（131）与所述转子（12）的转轴相对应；

所述磁感传感器（132）与所述转动磁轴（131）相对应。

3.根据权利要求2所述的一种无刷直流电机演示教具，其特征在于：所述磁感传感器（132）为多个，所述磁感传感器（132）沿所述转子（12）的周向设置。

4.根据权利要求3所述的一种无刷直流电机演示教具，其特征在于：所述磁感传感器（132）为六个，相邻的两个所述磁感传感器（132）之间的夹角为30°。

5.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机演示教具，其特征在于：所述指示灯（22）为多个，所述指示灯（22）与所述驱动电路（21）的晶体管相对应。

6.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机演示教具，其特征在于：所述驱动展示部（2）还包括转轴剖面展示板（23），所述转轴剖面展示板（23）的一侧设置有电机，所述电机与所述驱动电路（21）电连接。

7.根据权利要求6所述的一种无刷直流电机演示教具，其特征在于：所述转轴剖面展示板（23）设置有第二位置传感器（25），所述第二位置传感器（25）与所述控制芯片电连接，所述第二位置传感器（25）用于获取所述转轴剖面展示板（23）的转轴的位置信息。

8.根据权利要求7所述的一种无刷直流电机演示教具，其特征在于：所述第二位置传感器（25）包括光线发生器（251）、光电传感器（252）；

所述光线发生器（251）设置在所述转轴剖面展示板（23）上，所述光线发生器（251）与所述转轴剖面展示板（23）的转轴相对应；

所述光电传感器（252）环绕在所述转轴剖面展示板（23）的四周。

9.根据权利要求6所述的一种无刷直流电机演示教具，其特征在于：所述驱动展示部（2）还包括磁极指示灯（24）；

所述磁极指示灯（24）为多个；

所述磁极指示灯（24）分别与所述驱动电路（21）的三相相对应；

位于所述驱动电路（21）中同一相的磁极指示灯（24）的电极连接方向相反。

10.根据权利要求1至9任意一项权利要求所述的一种无刷直流电机演示教具，其特征在于：还包括演示板（3）；

所述电机展示部（1）固定设置在所述演示板（3）上；

所述驱动展示部（2）固定设置在所述演示板（3）上。

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