CN203014630U - 无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无刷直流电机，包括塑封定子及永磁转子，塑封定子具有定子铁芯，无刷直流电机还具有控制器，控制器具有控制芯片以及由控制芯片控制的功率驱动电路，其中，定子铁芯上缠绕有两相绕组，每一相绕组具有多个线圈，同一相绕组的多个线圈间隔设置，功率驱动电路包括驱动第一相绕组的第一功率驱动电路以及驱动第二相绕组的第二功率驱动电路。本实用新型提供的无刷直流电机启动转矩较大，且运行平稳、噪声较小。

Description

无刷直流电机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，尤其是涉及两相无刷直流电机。

背景技术

无刷直流电机因其具备连续调速的优点，越来越受到人们的青睐，已经广泛应用在各种电器设备中。参见图1，现有的无刷直流电机具有壳体10以及位于壳体10两端的端盖11、12，壳体10以及端盖11、12围成一个腔体，腔体内安装有定子15以及转子18，定子15具有定子铁芯16以及嵌入到在定子铁芯16上的线圈17。转子18安装在定子15内，并可相对于定子15旋转。转子轴19安装在转子18内，且与转子18过盈配合，转子轴19在转子18的带动下旋转，从而向外输出动力。

缠绕在定子铁芯16上的多个线圈17构成了电机的绕组，且现有的无刷直流电机均为单相绕组设计，即缠绕在定子铁芯16上的多个线圈依次串联连接。

为了控制电机的工作，需要设置控制器控制输入到定子绕组的电流。参见图2，现有的控制器具有控制芯片20、驱动芯片21以及功率驱动电路，控制芯片20为单片机或者专用控制芯片，其通过驱动芯片21向功率驱动电路输出信号，如PWM信号或方波信号。

功率驱动电路具有四个可控的场效应管Q1、Q2、Q3、Q4，且四个场效应管桥式连接。每一个场效应管可以在PWM信号的控制下通断，并向电机的绕组输出驱动信号，驱动电机工作，并由转子带动转子轴旋转，向外输出动力。当然，功率驱动电路还可以向控制芯片20输出反馈的信号，控制芯片20根据反馈的信号判断功率驱动电路中各个场效应管的工作状态，包括场效应管是否过热等。

此外，现有的部分无刷直流电机的控制器还设置位置检测电路等，用于检测转子的位置，并将检测的信号反馈至控制芯片20，以便控制芯片21精确地控制电机的工作。

但是，现有的无刷直流电机均采用单相绕组的设计方案，电机启动时转矩波动较大，在电机低速运行时电机的振动较大，容易引起负载的振动。同时，电机运行时产生噪声较大，难以满足对噪声有严格要求的场合使用需要。

此外，由于现有的单相无刷直流电机运行时存在死点，即单绕组所产生的电磁力矩会在某一时段为零，当电机处于那时段启动时，电机无法自启动。为了避免这一情况的发生，现有的无刷直流电机通常使用偏心气隙的设计，即永磁转子的外圆周与定子铁芯的内圆周之间距离并不是均匀的，而是部分区域的间距大，部分区域的间距小，以增大电机的启动转矩。然而，这样的设计降低了电机的运行效率，且制造工艺难度大，电机运行时噪声也大。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种运行平稳、振动小且启动性能好的无刷直流电机。

本实用新型的另一目的是提供一种运行转矩波动小、噪声小的无刷直流电机。

为实现本实用新型的主要目的，本实用新型提供的无刷直流电机包括塑封定子及永磁转子，塑封定子具有定子铁芯，无刷直流电机还具有控制器，控制器具有控制芯片以及由控制芯片控制的功率驱动电路，其中，定子铁芯上缠绕有两相绕组，每一相绕组具有多个线圈，同一相绕组的多个线圈间隔设置，功率驱动电路包括驱动第一相绕组的第一功率驱动电路以及驱动第二相绕组的第二功率驱动电路。

由上述方案可见，无刷直流电机的定子铁芯上缠绕有两相绕组，且每一相绕组的多个线圈与另一相绕组的多个线圈间隔设置，控制器设置两组功率驱动电路分别驱动两相绕组，这样无刷直流电机启动时转矩波动较小，电机振动不明显，因此产生的噪声也较小，运行平稳。

一个优选的方案是，定子铁芯具有轭部以及自轭部向定子铁芯中心方向延伸的多个齿，线圈缠绕在齿上，且同一相绕组的线圈缠绕在相间设置的齿上。

由此可见，将同一相绕组的多个线圈缠绕在相间的齿上，确保两组绕组的线圈均为间隔设置，有利于在定子铁芯上产生均匀的磁场，确保电机的平稳运行。

进一步的方案是，定子铁芯的中部具有内圆孔，永磁转子位于内圆孔内，且永磁转子的外圆周与内圆孔的内圆周之间的距离均匀设置。

可见，由于无刷直流电机为两相绕组设计，因此电机可以采用均匀气隙的设计，且可以确保电机的启动转矩，电机运行效率较高，噪声较小。

更进一步的方案是，无刷直流电机具有端盖，永磁转子安装在端盖内，且端盖内还安装有电路板，电路板上设有位置传感器，位置传感器安装在电路板靠近永磁转子的表面上。

由此可见，在靠近永磁转子处设置位置传感器能够精确地检测转子的转速以及转子位置，位置传感器将检测的信号反馈至控制芯片，由控制芯片精确地输出控制信号。

更进一步的方案是，塑封定子的内周壁上开设有安装槽，位置传感器位于安装槽内。

可见，将位置传感器设置在塑封定子内壁的安装槽内，有利于位置传感器的固定，避免位置传感器发生偏移的情况。

附图说明

图1是现有一种无刷直流电机的半剖图。

图2是现有无刷直流电机控制器的电原理框图。

图3是本实用新型实施例的半剖图。

图4是本实用新型实施例的定子铁芯结构图。

图5是本实用新型实施例控制器的电原理框图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参见图3，本实施例的无刷直流电机具有塑封定子31以及永磁转子36，并且设置有端盖37，永磁转子36位于端盖37内。端盖37内还设置有电路板38，电路板38上设有两个位置传感器39，用于检测永磁转子36的位置。转子轴40安装在永磁转子36内，并且与永磁转子36过盈配合，随永磁转子36的转动而转动，向外输出动力。

塑封定子31具有定子铁芯35，在定子铁芯35外套有绝缘骨架34，并且在定子铁芯35上缠绕有绕组的线圈33。从图3可见，永磁转子36的厚度大于定子铁芯35的厚度。本实施例中，定子铁芯35上缠绕的线圈37包括两相绕组，即所有的线圈37并不是依次串联连接，而是相间地串联连接。

参见图4，定子铁芯35由多层形状相同的硅钢片叠压而成，其大致呈圆环状，并且具有轭部41，轭部41位于定子铁芯35靠近外圆周一侧。定子铁芯35还设有自轭部41向定子铁芯35中部延伸的多个齿45，相邻的两个齿45之间形成槽44，并且定子铁芯35的中部设有内圆孔42，永磁转子36安装在内圆孔42中。

永磁转子36的外圆周与内圆孔42的内圆周之间存在间隙，这个间隙被称为气隙，本实施例中，永磁转子36与定子铁芯35为同轴线设置，且永磁转子36的外圆周与定子铁芯35内圆周之间的距离均匀设计，也就是无刷直流电机采样均匀气隙的设计，以提升电机运行的效率，降低振动和噪音。

线圈37缠绕在定子铁芯35的轭部41或者齿45上，本实施例中，线圈37缠绕在轭部41上。由于无刷直流电机为两相设计，因此两相绕组的线圈需要间隔布置。定子铁芯35的轭部41的不同区域对应于不同的槽44，因此同一相绕组的多个线圈缠绕在相间设置的槽44对应的轭部41上。例如，第一相绕组的线圈缠绕在图4中标有“A”或“-A”的槽44对应的轭部41区域上，且第一相绕组的多个线圈依次串联连接。第二相绕组的多个线圈缠绕在图4中标有“B”或“-B”的槽44对应的轭部41区域上，且第二相绕组的多个线圈依次串联连接。因此，第一相绕组的多个线圈与第二相绕组的多个线圈均是两两相间布置的。

当然，绕组37不一定缠绕在轭部41上，也可以是缠绕在齿45上，并且同一相绕组的多个线圈缠绕在相间设置的齿上，这样可以确保两相绕组的线圈间隔布置。

无刷直流电机还设有用于控制电机工作的控制器，如图5所示，控制器具有控制芯片50、两个驱动芯片51、52以及功率驱动电路，功率驱动电路由第一组功率驱动电路53以及第二组功率驱动电路54构成，第一组功率驱动电路53用于驱动第一相绕组，第二组功率驱动电路54用于驱动第二相绕组。

当然，为了更好地对电机进行控制，还可以设置位置传感器以检测永磁转子36的位置信号，并将检测的位置信号传送至控制芯片50，控制芯片50根据反馈的位置信号计算永磁转子36的位置并计算出永磁转子36的转速。

如图3所示的，塑封定子31的内壁上开设有安装槽32，位置传感器39位于安装槽32内。当然，本实施例的位置传感器39的数量为两个，通过两个位置传感器39精确地检测出永磁转子36的位置。并且，每一个位置传感器39均设置在电路板38靠近永磁转子36的表面上，以方便位置传感器39检测永磁转子36的位置。

图5中，控制芯片50输出的PWM信号经过驱动芯片51输出至第一功率驱动电路53，第一功率驱动电路53由四个桥式连接的场效应管Q11、Q12、Q13、Q14组成，电感L1为第一相绕组的等效感抗。驱动芯片51的四个管脚分别向四个场效应管Q11、Q12、Q13、Q14的栅极输出控制信号，分别控制四个场效应管Q11、Q12、Q13、Q14的通断。例如，在检测永磁转子36的位置对应的电角度为0°到90°之间时，场效应管Q11、Q14导通，场效应管Q12、Q13截止。在永磁转子36的位置对应的电角度为90°到180°之间时，场效应管Q12、Q13导通，场效应管Q11、Q14截止。如此类推，四个场效应管Q11、Q12、Q13、Q14中两两轮流导通、截止。

控制芯片50输出的PWM信号经过驱动芯片52输出至第二功率驱动电路54，第二功率驱动电路54也是由四个桥式连接的场效应管Q15、Q16、Q17、Q18构成，电感L2为第二相绕组的多个线圈的等效感抗。与第一功率驱动电路53的四个场效应管通断方式相同，第二功率驱动电路54的四个场效应管Q15、Q16、Q17、Q18也是在不同的电角度下两两导通、截止。

由于本实施例的无刷直流电机采用两相绕组的设计，且两相绕组同时通电，因此启动转矩较大，对永磁转子36以及定子铁芯35的设计时可以采样均匀气隙的设计，提高电机的运行效率，也降低电机的制造难度。并且，由于电机启动、运行更为平稳，振动较小，产生的噪声也较小。

最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如绕组的线圈缠绕位置的改变、位置传感器安装在端盖内位置的改变等变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.无刷直流电机，包括

塑封定子及永磁转子，所述塑封定子具有定子铁芯；

控制器，所述控制器具有控制芯片以及由所述控制芯片控制的功率驱动电路；

其特征在于：

所述定子铁芯上缠绕有两相绕组，每一相所述绕组具有多个线圈，同一相绕组的多个所述线圈间隔设置；

所述功率驱动电路包括驱动第一相绕组的第一功率驱动电路以及驱动第二相绕组的第二功率驱动电路。

2.根据权利要求1所述的无刷直流电机，其特征在于：

所述定子铁芯具有轭部以及自所述轭部向所述定子铁芯中心方向延伸的多个齿，所述线圈缠绕在所述齿上，且同一相绕组的所述线圈缠绕在相间设置的所述齿上。

3.根据权利要求1所述的无刷直流电机，其特征在于：

所述定子铁芯具有轭部以及自所述轭部向所述定子铁芯中心方向延伸的多个齿，相邻的两个齿之间形成槽，所述线圈缠绕在所述轭部上，且同一相绕组的所述线圈缠绕在相间设置的所述槽对应的所述轭部上。

4.根据权利要求1至3任一项所述的无刷直流电机，其特征在于：

所述定子铁芯的中部具有内圆孔，所述永磁转子位于所述内圆孔内，且所述永磁转子的外圆周与所述内圆孔的内圆周之间的距离均匀设置。

5.根据权利要求1至3任一项所述的无刷直流电机，其特征在于：

所述永磁转子的厚度大于所述定子铁芯的厚度。

6.根据权利要求1至3任一项所述的无刷直流电机，其特征在于：

所述无刷直流电机具有端盖，所述永磁转子安装在所述端盖内，且所述端盖内还安装有电路板，所述电路板上设有位置传感器，所述位置传感器安装在所述电路板靠近所述永磁转子的表面上。

7.根据权利要求6所述的无刷直流电机，其特征在于：

所述位置传感器的数量为二个。

8.根据权利要求6所述的无刷直流电机，其特征在于：

所述塑封定子的内周壁上开设有安装槽，所述位置传感器位于所述安装槽内。

9.根据权利要求1至3任一项所述的无刷直流电机，其特征在于：

所述第一功率驱动电路及所述第二功率驱动电路均设有四个桥式连接的场效应管。

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