CN2054230U - 无刷直流电动机 - Google Patents

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罗杰·弗雷德里克·贝恩斯
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Abstract

一种无刷直流电动机，该电机用于驱动粘性负载，例如一个风扇,它包括一个定子(10)，一个永磁转子(11)，一个单相单极绕组(13)装在定子上，以及一个相对于定子固定的永磁铁(29)，其磁极对电动机轴线倾斜布置。该磁铁(29)的定位使磁铁(29)与永磁转子间的磁耦合形成一个转子的稳定停止位置，在电动机电源接通时绕组(13)通电并产生转矩。一个霍尔集成电路(16)用于检测转子相对于定子的位置并交替地向绕组(13)通电及不通电。

Description

本发明涉及一种用于驱动粘性负载（Viscous  load）的无刷直流电动机。
无刷电动机由于噪音低而通常优于换向器式电动机，然而无刷电动机中的电子元件使其比较昂贵。
为了降低电子元件的费用，众所周知的方法是用一个单相绕组构成电动机，采用一或二个传感器触发双极性开关，使绕组从两个方向交替通电。另一种公知的方法是用两相绕组构成电动机，其中每相绕组依次从一个方向通电，采用一或二个传感器触发两个单极开关来实现切换。
本发明试图提供一种无刷电动机，其中电子元件的费用可以进一步降低。
按照本发明所提供的用于驱动粘性负载的无刷直流电动机包括一个定子，一个永磁转子，一个装在定子上的单相绕组，用于检测转子与定子相对位置的装置，响应该检测装置使单相绕组交替地通电及不通电的装置，以及一个相对于定子固定的永磁铁，并且布置成使永磁铁与永磁转子间的磁耦合的结果产生一个每周具有高斜率和低斜率两个过零转矩线的交点的脉动转矩，其中在高斜率交点产生一个转子的不稳定停止位置，电动机电源接通时绕组不通电，以及在低斜率交点产生一个转子的稳定停止位置，电动机电源接通时绕组通电并产生转矩。
使用这种单相单极系统仅需要一个检测器和一个开关来实现电子整流，并且可以由单个霍尔集成电路来实现。
优先使永磁铁的磁极相对于电动机轴线倾斜布置。
以下通过实施例并参考附图对本发明做更加详细的描述，其中：
图1是按照本发明电机的一个实施例的部件分解透视图；
图2是该电机的霍尔集成电路的电路框图；以及
图3是转矩相对于转子的角度位置的曲线图。
参见图1，其中所示的无刷直流电动机是一种轴向气隙电动机，包括一个定子10和一个转子11。定子10包括一个通常采用塑胶材料的盘形绕组支承12，以及一个例如用粘结方法固定在支承12上的单相单极绕组13。支承12具有一个中心孔14，在其中装有轴颈轴承15。一个由霍尔集成电路16构成的位置检测器安装在支承12上。
转子11包括一个装在轴承15中旋转的轴17，以及一个盘形金属板18支撑着四个扇形磁铁19。磁铁19粘在金属板18上且相邻磁铁的磁化在轴向上相反。也可以使用一块适当磁化的环形磁铁。
定子10和转子11安装在拉制的薄金属管壳20内，一端由一个整体的端板21封闭，它为转轴17的球形端22提供一个止推表面。管壳20的另一端用一个金属端盖23封闭。
绕组13延伸穿过定子10，并且具有一个包含电动机轴线、直径D的对称面。霍尔集成电路16安装在一个包含电动机轴线且与绕组的对称面成45°角的面上，以便磁铁19中的两块的中心在位经绕组13上方时进行切换。
霍尔集成电路16的型号采用典型的Panasonic  DN6838Hall  I.C.  Swith如图2所示，它包括一个霍尔效应器件25，一个放大级26，一个施密特触发器27，以及一个集电极开路的输出级28。输出级28的集电极电流典型值为20mA，这对于驱动粘性负载，例如一个小风扇的电动机是足够的，因此绕组13连接输出级28，以避免使用会增加电动机费用的附加放大器。
绕组13在电动机每间隔四分之一转期间由霍尔集成电路16通电并产生如图3中曲线W的转矩。
在零转矩位置上，此时确保转子不停转是重要的，否则电机不能起动。
这通过在相对于定子绕组的位置上安装一小块永磁铁29来实现，并使它处于一定的方位，以致磁铁29与永磁转子间的磁耦合使转子有不变的停止位置，在向电动机供电时将霍尔集成电路定位于电动机的一个磁场内，该磁场有特定的取向，以使输出级28接通，从而允许电流通入绕组13产生转矩使转子旋转。如图所示，磁铁29安装在绕组支承12上，其磁极相对于电动机轴线倾斜配置以产生环形磁通。当切断电源时转子11将转向磁铁29与转子磁铁19之间的倾斜的磁力平衡位置。当一对相邻的转子磁铁19与磁铁29的两个磁极各自对准时，就出现了倾斜的磁力平衡位置。这样的一个位置是不稳定位置，此时相同的极性对准，转子11不会停止在该位置上；而总是停止在另一个不同极性对准的位置上。因此，相对于绕组13适当地布置磁铁29可以确保转子11在电源切断时总是转向一定的位置，当电源再次接通时绕组将通电并产生转矩。
换言之，磁铁29与转子磁铁19间的磁耦合产生一个脉动转矩，该脉动转矩每周期具有高效率和低斜率两个过零转矩线的交点。高斜率交点产生一个不稳定停止位置使绕组13不通电，反之低斜率交点产生一个稳定停止位置，当电动机电源接通时使绕组13通电。
理想的脉动转矩如图3所示的M为锯齿形，它可以由转子磁铁的几何形状来确定，也就是把转子磁铁的外沿如图所示布置成略带椭园形而不用园形，或者由转子磁铁产生的磁分布来确定。
脉动转矩在整个一周中累计为零。因此由绕组13产生的转矩既不增加也不会减少。然而它的存在改变了转矩的波形，其合成的转矩曲线如图3中R所示。
把电机布置成具有一定的停止位置有利于确保充分地加速，产生足够的冲量以通过负转矩区域。这一点可以由磁铁29的布置来实现，使脉动转矩在稳定位置处过零线的交点领先于由电场产生的峰值转矩30°电角度，如图3所示。
脉动转矩的数值可以尽量降低，仅需维持不通电的转子旋转到一个适当的起始位置。
如图所示，磁铁29装在绕组13内侧的绕组支承12上。然而，磁铁29也可以装在任何其它适当的位置上，例如装在绕组13外侧的绕组支承12上，或者装在外壳20的外表面上的一个盒内。
以上仅通过举例给出了一个实施例。熟悉本技术领域的人显然能在不超出由从属权利要求所限定的本发明的范围内做出各种变更。

Claims (7)

1、一种用于驱动粘性负载的无刷直流电动机，它包括一个定子，一个永磁转子，一个在定子上的单相绕组，其特征在于它还包括用于检测转子相对于定子位置的装置，响应上述检测装置使单相绕组交替通电及不通电的装置，以及一个相对于定子固定的永磁铁，并且布置成使磁铁与永磁铁转子间的磁耦合结果产生一个每周具有高斜率和低斜率两个过零转矩交点的脉动转矩，其中在高斜率交点产生一个转子的不稳定停止位置，电动机电源接通时绕组不通电，以及在低斜率交点产生一个转子的稳定停止位置，电动机电源接通时绕组通电并产生转矩。
2、如权利要求1所述的电动机，其特征在于永磁铁的磁极相对于电动机的轴线倾斜布置。
3、如权利要求1所述的电动机，其特征在于所述检测装置包括一个霍尔集成电路。
4、如权利要求3所述的电动机，其特征在于霍尔集成电路亦构成所述用于使单相绕组通电及不通电的装置。
5、如权利要求1所述的电动机，其特征在于在转子旋转期间由永磁铁与永磁转子间的磁耦合产生的脉动转矩是锯齿形的。
6、如权利要求1所述的电动机，其特征在于该电机在定子与转子间有一个轴向气隙。
7、如权利要求1所述的电动机，其特征在于所述单相绕组相对于电动机的轴线对称地布置。
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