CN112072882A - 一种两相无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两相无刷直流电机，包括永磁转子、第一单绕组定子、第二单绕组定子、轴承座、驱动电路板。第一单绕组定子、第二单绕组定子沿轴向层叠安装在轴承座的外围，第一单绕组定子与第二单绕组定子在空间上相差90度的电角度。该两相无刷直流电机的两个单绕组定子共用一个永磁转子，其产生的齿槽转矩刚好互相抵消，总的齿槽转矩为0。两个定子绕组的供电在相位上也相差90度，其与转子产生的转矩互相叠加，避免了单相电机转矩波动大以及起动转矩小的缺点。

Description

一种两相无刷直流电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种两相无刷直流电机。

背景技术

目前市场上最普遍使用的是单相无刷直流电机和三相无刷直流电机。单相无刷直流电机(如专利US10461590B2所示)结构简单，控制电路简单，成本低廉，广泛用于小功率风扇；其缺点是存在齿槽转矩(cogging torque)，起动力矩小，转矩波动大，长时间使用后随着摩擦阻力的增加有机会出现起动失败的可能。三相无刷直流电机虽没有单相电机的缺点，但电机绕线结构相对复杂，控制电路成本较高。

两相电机广泛存在于当今诸多应用中。如专利US4520287中提及的电容分马力电机，其定子由主、副绕组构成，两绕组在相位上相差90度，如果将该种电机的转子改为永磁转子，则该电机即变成一个两相无刷直流电机，显然这种两相无刷直流电机并未克服其定子制造复杂的缺点，并不适合低成本应用场合。作为多相步进电机(如专利US7633191B2)的特例两相步进电机(如专利US5929589)所示的结构也可以作为两相无刷直流电机来使用，但这种两相无刷直流电机虽有绕线简单的优点，仍然存在着齿槽转矩的缺点以及转速高了铁损高效率低的缺点。

两相无刷直流电机的发明如专利US8487567B2所示只是一种原理性设计，并不能克服存在齿槽转矩的缺点；其进化版本如专利US20060244333A1和专利US8183733B2所示也只是能减小齿槽转矩而不能消除之，且其辅助定子齿还会给绕线带来不便。

因此，需开发一种定子绕线简单，生产成本低廉，并能消除齿槽转矩，避免单相电机转矩波动大以及起动转矩小的两相无刷直流电机。

发明内容

本发明的目的在于针对上述的不足，提供一种两相无刷直流电机。该两相无刷直流电机的采用两个单绕组定子，两个定子共用一个永磁转子，各定子铁芯单独缠绕单相线圈绕组，绕线简单，降低生产成本。两个单绕组定子在空间上相差90度的电角度，因此两个定子产生的齿槽转矩刚好互相抵消，总的齿槽转矩为0；两个定子绕组分别供电，供电在相位上也相差90度，这样两个定子与转子产生的转矩互相叠加，从而消除了齿槽转矩，避免了单相电机转矩波动大以及起动转矩小的缺点。

其技术方案如下：

一种两相无刷直流电机，包括转子壳体、永磁体、第一单绕组定子、第二单绕组定子、驱动电路板、电机轴、轴承座，所述第一单绕组定子、第二单绕组定子沿轴向层叠安装在所述轴承座的外围，所述第一单绕组定子与所述第二单绕组定子在空间上相差90度的电角度，所述第一单绕组定子包括A相线圈绕组、第一铁芯，所述第二单绕组定子包括B相线圈绕组、第二铁芯，所述第一铁芯、第二铁芯分别包括多个第一绕线齿、多个第二绕线齿，所述第一绕线齿与所述第二绕线齿在轴向方向上相互错开，所述A相线圈绕组、B相线圈绕组分别缠绕在所述第一绕线齿、第二绕线齿上，并分别与所述驱动电路板电连接，所述电机轴的下端与所述转子壳体固定连接，所述电机轴的上端穿过所述轴承座，并与其旋转连接，所述永磁体安装在所述转子壳体内，并套在所述第一单绕组定子、第二单绕组定子的外围，所述驱动电路板安装在二个单绕组定子的上侧。

所述轴承座包括第一滚珠轴承、第二滚珠轴承、第一圆筒、第二圆筒、环状连接板，所述第一圆筒的横向半径小于所述第二圆筒的横向半径，所述第一圆筒的上端通过所述环状连接板与所述第二圆筒的下端连接，所述第一滚珠轴承安装在所述第一圆筒内的下端，所述第二滚珠轴承安装在所述第二圆筒内，所述第一滚珠轴承、第二滚珠轴承分别具有第一轴孔，第二轴孔，所述电机轴的上端依次穿过所述第一轴孔、第二轴孔，并与所述第一滚珠轴承、第二滚珠轴承旋转连接，所述电机轴的下端与所述转子外壳固定连接。

所述驱动电路板呈环形，所述驱动电路板的中间设有第一通孔，所述第一单绕组定子、第二单绕组定子的中间分别具有第二通孔、第三通孔，所述第一圆筒的下端依次穿过所述第一通孔、第二通孔、第三通孔，并与所述驱动电路板、第一单绕组定子、第二单绕组定子固定连接，所述驱动电路板的顶板面抵在所述环状连接板的底板面上。

所述驱动电路板包括A相驱动电路、B相驱动电路，所述A相线圈绕组的两端分别与所述A相驱动电路电连接，所述B相线圈绕组的两端分别与所述B相驱动电路电连接。

所述驱动电路板还包括A相霍尔位置传感器、B相霍尔位置传感器，所述A相霍尔位置传感器与所述B相霍尔位置传感器在空间上相差90度的电角度。

两相邻的所述第一绕线齿之间形成第一绕线槽，两相邻的所述第二绕线齿之间形成第二绕线槽，所述第一绕线槽与所述第二绕线齿在轴向方向相对齐，所述第二绕线槽与所述第一绕线齿在轴向方向相对齐。

所述多个第一绕线齿、多个第二绕线齿分别为2n个，所述n为大于或等于1的整数。

所述第一绕线齿、第二绕线齿分别为十个。

所述永磁体为永磁材料及辅助材料制成的磁环。

所述转子壳体采用铁质材料制成。

需要说明的是：

前述“第一、第二…”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

前述“轴向”所指示的方向是指电机轴中轴线的方向。

前述“横向”与前述“轴向”相互垂直。

下面对本发明的优点或原理进行说明：

1、本发明提供的一种两相无刷直流电机，包括转子壳体、永磁体、第一单绕组定子、第二单绕组定子、驱动电路板、电机轴、轴承座，该两相无刷直流电机的采用两个单绕组定子，两个定子共用一个磁性转子，各定子铁芯单独缠绕单相线圈绕组，绕线简单，降低生产成本，其中一个定子的绕线齿与另一个定子的绕线齿在轴向方向上相互错开，使其中一个定子的绕线齿刚好与另一个定子的绕线槽相对齐，从而使两个单绕组定子在空间上相差90度的电角度，因此两个定子产生的齿槽转矩刚好互相抵消，总的齿槽转矩为0，两个定子绕组分别供电，供电在相位上也相差90度，这样两个定子与转子产生的转矩互相叠加，从而消除了齿槽转矩，避免了单相电机转矩波动大以及起动转矩小的缺点。

2、本发明的轴承座包括第一滚珠轴承、第二滚珠轴承、第一圆筒、第二圆筒、环状连接板，用两个滚珠轴承实现电机轴与轴承座的旋转连接，其优势在于滚珠轴承的寿命长，运行噪音小，且滚珠轴承在运动时需要克服的阻力小，使电机的工作效率更高，第一圆筒小于第二圆筒，第一圆筒的上端通过环状连接板与第二圆筒的下端连接，方便两个定子的安装。

3、本发明的驱动电路板呈环形，驱动电路板的顶板面抵在环状连接板的底板面上，方便驱动电路板的安装。

4、本发明的驱动电路板包括A相驱动电路、B相驱动电路，用两相驱动电路分别驱动两个单绕组定子的单相线圈绕组，简化了控制电路，节约成本。

5、本发明的驱动电路板还包括A相霍尔位置传感器、B相霍尔位置传感器，霍尔位置传感器是一种检测物体位置的磁场传感器，霍尔位置传感器以霍尔效应原理为其工作基础，霍尔位置传感器只要用于感应转子相对应的相位位置。

6、本发明的其中一个定子的绕线槽与另一个定子的绕线齿在轴向方向相对齐，使两个单绕组定子在空间上相差90度的电角度，从而消除电机的齿槽转矩。

7、本发明两个定子的绕线齿的个数采用二个整数倍，优选的，两个单绕组定子的绕线齿为十个，提高电机的工作效率。

8、本发明的永磁体为永磁材料及辅助材料制成的磁环，便于转子装配。

9、本发明的转子壳体采用铁质材料制成，承担支撑和导磁的作用。

附图说明

图1是本发明实施例两相无刷直流电机的立体外形结构示意图。

图2是图1中两相无刷直流电机的装配结构示意图。

图3是图1的俯视图。

图4是图3的A-A剖视图。

图5是本发明实施例两单绕组定子安装结构示意图。

图6是图5的侧视图。

图7是本发明实施例两单绕组定子的绕线结构示意图。

图8是本发明实施例两相无刷直流电机的驱动电路示意图。

附图标记说明：

10、转子壳体，20、永磁体，30、第一单绕组定子，31、A相线圈绕组，32、第一铁芯，321、第一绕线齿，322、第一绕线槽，40、第二单绕组定子，41、B相线圈绕组，42、第二铁芯，421、第二绕线齿，422、第二绕线槽，50、驱动电路板，51、A相驱动电路，52、B相驱动电路，53、A相霍尔位置传感器，54、B相霍尔位置传感器，60、电机轴，70、轴承座，71、第一滚珠轴承，72、第二滚珠轴承，73、第一圆筒，74、第二圆筒，75、环状连接板。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明。

参见图1至图8所示，本发明提供的一种两相无刷直流电机，包括转子壳体10、永磁体20、第一单绕组定子30、第二单绕组定子40、驱动电路板50、电机轴60、轴承座70，第一单绕组定子30、第二单绕组定子40沿轴向层叠安装在轴承座70的外围，第一单绕组定子30与第二单绕组定子40在空间上相差90度的电角度，第一单绕组定子30包括A相线圈绕组31、第一铁芯32，第二单绕组定子40包括B相线圈绕组41、第二铁芯42，第一铁芯32、第二铁芯42分别包括多个第一绕线齿321、多个第二绕线齿421，第一绕线齿321与第二绕线齿421在轴向方向上相互错开，A相线圈绕组31、B相线圈绕组41分别缠绕在第一绕线齿321、第二绕线齿421上，并分别与驱动电路板50电连接，电机轴60的下端与转子壳体10固定连接，电机轴60的上端穿过轴承座70，并与其旋转连接，永磁体20安装在转子壳体10内，并套在第一单绕组定子30、第二单绕组定子40的外围，驱动电路板50安装在二个单绕组定子的上侧。

该两相无刷直流电机的采用两个单绕组定子，两个定子共用一个永磁转子，各定子铁芯单独缠绕单相线圈绕组，绕线简单，降低生产成本，其中一个定子的绕线齿与另一个定子的绕线齿在轴向方向上相互错开，使其中一个定子的绕线齿刚好与另一个定子的绕线槽相对齐，从而使两个单绕组定子在空间上相差90度的电角度，因此两个定子产生的齿槽转矩刚好互相抵消，总的齿槽转矩为0，两个定子绕组分别供电，供电在相位上也相差90度，这样两个定子与转子产生的转矩互相叠加，从而消除了齿槽转矩，避免了单相电机转矩波动大以及起动转矩小的缺点。

其中，轴承座70包括第一滚珠轴承71、第二滚珠轴承72、第一圆筒73、第二圆筒74、环状连接板75，第一圆筒73的横向半径小于第二圆筒74的横向半径，第一圆筒73的上端通过环状连接板75与第二圆筒74的下端连接，第一滚珠轴承71安装在第一圆筒73内的下端，第二滚珠轴承72安装在第二圆筒74内，第一滚珠轴承71、第二滚珠轴承72分别具有第一轴孔，第二轴孔，电机轴60的上端依次穿过第一轴孔、第二轴孔，并与第一滚珠轴承71、第二滚珠轴承72旋转连接，电机轴60的下端与转子外壳固定连接。用两个滚珠轴承实现电机轴60与轴承座70的旋转连接，其优势在于滚珠轴承的寿命长，运行噪音小，且滚珠轴承在运动时需要克服的阻力小，使电机的工作效率更高，第一圆筒73小于第二圆筒74，第一圆筒73的上端通过环状连接板75与第二圆筒74的下端连接，方便两个定子的安装。

驱动电路板50呈环形，驱动电路板50的中间设有第一通孔，第一单绕组定子30、第二单绕组定子40的中间分别具有第二通孔、第三通孔，第一圆筒73的下端依次穿过第一通孔、第二通孔、第三通孔，并与驱动电路板50、第一单绕组定子30、第二单绕组定子40固定连接，驱动电路板50的顶板面抵在环状连接板75的底板面上。，方便驱动电路板50的安装。

驱动电路板50包括A相驱动电路51、B相驱动电路52、A相霍尔位置传感器53、B相霍尔位置传感器54，A相线圈绕组31的两端分别与A相驱动电路51电连接，B相线圈绕组的两端分别与B相驱动电路52电连接。用两相驱动电路分别驱动两个单绕组定子的单相线圈绕组，简化了控制电路，节约成本。

A相霍尔位置传感器53与B相霍尔位置传感器54在空间上相差90度的电角度。霍尔位置传感器是一种检测物体位置的磁场传感器，霍尔位置传感器以霍尔效应原理为其工作基础，霍尔位置传感器只要用于感应转子相对应的相位位置。

两相邻的第一绕线齿321之间形成第一绕线槽322，两相邻的第二绕线齿421之间形成第二绕线槽422，第一绕线槽322与第二绕线齿421在轴向方向相对齐，第二绕线槽422与第一绕线齿321在轴向方向相对齐。本发明的其中一个定子的绕线槽与另一个定子的绕线齿在轴向方向相对齐，使两个单绕组定子在空间上相差90度的电角度，从而消除电机的齿槽转矩。

多个第一绕线齿321、多个第二绕线齿421分别为2n个，n为大于或等于1的整数。本发明两个定子的绕线齿的个数采用二个整数倍，优选的，第一绕线齿321、第二绕线齿421分别为十个。提高电机的工作效率。

优选的，永磁体20为永磁材料及辅助材料制成的磁环，便于转子装配。

优选的，转子壳体10采用铁质材料制成。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围(如本发明以外转子无刷直流马达为具体实施例，其原理同样适用于内转子无刷直流马达)；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种两相无刷直流电机，其特征在于，包括转子壳体、永磁体、第一单绕组定子、第二单绕组定子、驱动电路板、电机轴、轴承座，所述第一单绕组定子、第二单绕组定子沿轴向层叠安装在所述轴承座的外围，所述第一单绕组定子与所述第二单绕组定子在空间上相差90度的电角度，所述第一单绕组定子包括A相线圈绕组、第一铁芯，所述第二单绕组定子包括B相线圈绕组、第二铁芯，所述第一铁芯、第二铁芯分别包括多个第一绕线齿、多个第二绕线齿，所述第一绕线齿与所述第二绕线齿在轴向方向上相互错开，所述A相线圈绕组、B相线圈绕组分别缠绕在所述第一绕线齿、第二绕线齿上，并分别与所述驱动电路板电连接，所述电机轴的下端与所述转子壳体固定连接，所述电机轴的上端穿过所述轴承座，并与其旋转连接，所述永磁体安装在所述转子壳体内，并套在所述第一单绕组定子、第二单绕组定子的外围，所述驱动电路板安装在二个单绕组定子的上侧。

2.如权利要求1所述两相无刷直流电机，其特征在于，所述轴承座包括第一滚珠轴承、第二滚珠轴承、第一圆筒、第二圆筒、环状连接板，所述第一圆筒的横向半径小于所述第二圆筒的横向半径，所述第一圆筒的上端通过所述环状连接板与所述第二圆筒的下端连接，所述第一滚珠轴承安装在所述第一圆筒内的下端，所述第二滚珠轴承安装在所述第二圆筒内，所述第一滚珠轴承、第二滚珠轴承分别具有第一轴孔，第二轴孔，所述电机轴的上端依次穿过所述第一轴孔、第二轴孔，并与所述第一滚珠轴承、第二滚珠轴承旋转连接，所述电机轴的下端与所述转子外壳固定连接。

3.如权利要求2所述两相无刷直流电机，其特征在于，所述驱动电路板呈环形，所述驱动电路板的中间设有第一通孔，所述第一单绕组定子、第二单绕组定子的中间分别具有第二通孔、第三通孔，所述第一圆筒的下端依次穿过所述第一通孔、第二通孔、第三通孔，并与所述驱动电路板、第一单绕组定子、第二单绕组定子固定连接，所述驱动电路板的顶板面抵在所述环状连接板的底板面上。

4.如权利要求1至3任一项所述两相无刷直流电机，其特征在于，所述驱动电路板包括A相驱动电路、B相驱动电路，所述A相线圈绕组的两端分别与所述A相驱动电路电连接，所述B相线圈绕组的两端分别与所述B相驱动电路电连接。

5.如权利要求4所述两相无刷直流电机，其特征在于，所述驱动电路板还包括A相霍尔位置传感器、B相霍尔位置传感器，所述A相霍尔位置传感器与所述B相霍尔位置传感器在空间上相差90度的电角度。

6.如权利要求1至3任一项所述两相无刷直流电机，其特征在于，两相邻的所述第一绕线齿之间形成第一绕线槽，两相邻的所述第二绕线齿之间形成第二绕线槽，所述第一绕线槽与所述第二绕线齿在轴向方向相对齐，所述第二绕线槽与所述第一绕线齿在轴向方向相对齐。

7.如权利要求6所述两相无刷直流电机，其特征在于，所述多个第一绕线齿、多个第二绕线齿分别为2n个，所述n为大于或等于1的整数。

8.如权利要求7所述两相无刷直流电机，其特征在于，所述第一绕线齿、第二绕线齿分别为十个。

9.如权利要求6所述两相无刷直流电机，其特征在于，所述永磁体为永磁材料及辅助材料制成的磁环。

10.如权利要求9所述两相无刷直流电机，其特征在于，所述转子壳体采用铁质材料制成。

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