CN205622361U - 直流电机及驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种直流电机及驱动电路，该无刷直流电机包括壳体、转子磁芯、至少两个驱动线圈、至少两个电刷以及至少两个换向器。本实用新型还包括用于该无刷直流电机的驱动电路。本实用新型的无刷直流电机及驱动电路通过设置两个电刷以及相应的驱动线圈，降低了驱动线圈的内阻损耗及无刷直流电机的制作成本。

Description

直流电机及驱动电路

技术领域

本实用新型涉及电机驱动领域，特别是涉及一种直流电机及驱动电路。

背景技术

现有的直流电机的驱动线圈自身均存在一定的内阻，当直流电机在较低转速运行时，由于驱动线圈的内阻的存在，导致直流电机的输出功率较小。当然可以通过在保持驱动线圈的线圈圈数不变的基础上，增加驱动线圈的线径来减少驱动线圈的内阻，但是这样会大大增加驱动线圈的制作成本，从而增加直流电机的制作成本。

故，有必要提供一种新的直流电机以及驱动电路，以解决上述的技术问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种制作成本低以及输出功率较大的直流电机及驱动电路，以解决现有的直流电机和驱动电路的制作成本较高或输出功率较小的技术问题。

本实用新型实施例提供一种直流电机，其包括：

壳体，包括一容纳空间；

转子磁芯，通过转轴可转动的设置在所述容纳空间内；

至少两个驱动线圈，缠绕于所述转子磁芯上；

至少两个电刷，固定在所述壳体的内侧，用于引入以及引出驱动电流；以及

至少两个换向器，设置在所述容纳空间内，包括若干导电体，用于连接所述电刷以及相应的驱动线圈；

其中所述至少两个电刷分别设置在所述转轴的两端，所述至少两个换向器也分别设置在所述转轴的两端。

在本实用新型所述的直流电机中，所述至少两个驱动线圈包括：

第一驱动线圈，缠绕于所述转子磁芯上；以及

第二驱动线圈，缠绕于所述第一驱动线圈上；

所述至少两个电刷包括：

第一电刷，用于引入以及引出第一驱动电流；以及

第二电刷，用于引入以及引出第二驱动电流；

所述至少两个换向器包括：

第一换向器，用于连接所述第一驱动线圈以及第一电刷；

第二换向器，用于连接所述第二驱动线圈以及第二电刷。

在本实用新型所述的直流电机中，所述第一驱动线圈的缠绕圈数等于所述第二驱动线圈的缠绕圈数。

在本实用新型所述的直流电机中，如所述第一驱动线圈和所述第二驱动线圈的缠绕方向相同。

在本实用新型所述的直流电机中，所述第一驱动线圈和所述第二驱动线圈的缠绕方向相反。

本实用新型还提供一种直流电机的驱动电路，该驱动电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管以及第六二极管；

所述第一二极管的正极分别与所述第一驱动线圈的负极以及所述第六二极管的正极连接；所述第一二极管的负极分别与电源负极以及第二二极管的负极连接；

所述第二二极管的正极分别与所述第二驱动线圈的负极以及所述第三二极管的正极连接；

所述三二极管的负极分别与第四二极管的负极以及第二驱动线圈的正极连接；

所述第四二极管的正极分别与电源正极以及所述第五二极管的正极连接；

所述第五二极管的负极分别与第六二极管的负极以及第一驱动线圈的正极连接。

本实用新型还提供一种直流电机的驱动电路，其包括：

电源控制模块，用于控制驱动电流的输入；

模式切换模块，用于切换所述直流电机的工作模式；以及

驱动模块，用于在相应的工作模式下，对所述直流电机进行驱动。

在本实用新型所述的驱动电路中，所述驱动模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管；

所述第一开关管的控制端与所述电源控制模块连接，所述第一开关管的输入端与电源连接，所述第一开关管的输出端分别与所述直流电机的第一驱动线圈的正极、所述第一二极管的正极以及所述第三二极管的负极连接；

所述第二开关管的控制端与所述电源控制模块连接，所述第二开关管的输入端与所述第二二极管的负极连接，所述第二开关管的输出端分别与所述直流电机的第二驱动线圈的负极、所述第三二极管的正极以及地连接；

所述第三开关管的控制端与所述模式切换模块连接，所述第三开关管的输入端与所述第一二极管的负极连接，所述第三开关管的输出端分别与所述直流电机的第二驱动线圈的正极以及所述第四开关管的输出端连接；

所述第四开关管的控制端与所述模式切换模块连接，所述第四开关管的输入端与所述第四二极管的负极连接；

所述第二二极管的正极分别与所述直流电机的第一驱动线圈的负极以及所述第四二极管的正极连接。

在本实用新型所述的驱动电路中，所述直流电机包括高转速工作模式以及低转速工作模式；

当所述直流电机处于高转速工作模式且驱动状态时，所述第一开关管和所 述第四开关管导通，所述第二开关管和所述第三开关管断开；

当所述直流电机处于高转速工作模式且续流状态时，所述第四开关管导通，所述第一开关管、所述第二开关管以及所述第三开关管断开；

当所述直流电机处于低转速工作模式且驱动状态时，所述第一开关管、所述第二开关管以及所述第三开关管导通，所述第四开关管断开；

当所述直流电机处于低转速工作模式且续流状态时，所述第二开关管以及所述第三开关管导通，所述第一开关管以及所述第四开关管断开。

在本实用新型所述的驱动电路中，所述驱动电路还包括：

保护模块，用于检测驱动电流，并根据所述驱动电流的大小对所述驱动电路进行保护操作。

相较于现有技术的直流电机及驱动电路，本实用新型的直流电机及驱动电路通过设置两个电刷以及相应的驱动线圈，降低了驱动线圈的内阻损耗，且该直流电机的制作成本较低；解决了现有的直流电机和驱动电路的制作成本较高或输出功率较小的技术问题。

附图说明

图1为本实用新型的直流电机的优选实施例的结构框图；

图2为本实用新型的直流电机的优选实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的直流电机的驱动电路的第一优选实施例的电路结构图；

图4为本实用新型的直流电机的驱动电路的第二优选实施例的结构框图；

图5为本实用新型的直流电机的驱动电路的第二优选实施例的电路结构图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本实用新型可用以实施 的特定实施例。

请参照图1和图2，图1为本实用新型的直流电机的优选实施例的结构框图，图2为本实用新型的直流电机的优选实施例的结构示意图。本优选实施例的直流电机10包括壳体11、转子磁芯12、至少两个驱动线圈、至少两个电刷以及至少两个换向器。在本优选实施例中，以两个驱动线圈、两个电刷以及两个换向器为例。

其中该壳体11包括一容纳空间，转子磁芯12通过转轴16可转动的设置在该容纳空间11内。两个驱动线圈缠绕于转子磁芯12上，如第一驱动线圈131缠绕于转子磁芯12上，第二驱动线圈132缠绕于第一驱动线圈131上。两个电刷固定在壳体11的内侧，用于引入以及引出驱动电流，如第一电刷141用于引入以及引出第一驱动电流，第二电刷142用于引入以及引出第二驱动电流。两个换向器设置在容纳空间内，包括若干导电体，用于连接电刷以及相应的驱动线圈；如第一换向器151连接第一驱动线圈131以及第一电刷141，第二换向器151用于连接第二驱动线圈132以及第二电刷142。

如图2所示，第一电刷141和第二电刷142分别设置在转轴的两端，第一换向器151和第二换向器152也分别设置在转轴的两端；这样可方便设置相应的引入电路和引出电路。为了使得第一驱动线圈131和第二驱动线圈132产生的磁场相似，优选第一驱动线圈131在转子磁芯12上的缠绕圈数等于第二驱动线圈132在转子磁芯12上的缠绕圈数。

为了保证第一驱动线圈131产生的磁场和第二驱动线圈132产生的磁场可以进行很好的叠加，如第一驱动线圈131和第二驱动线圈132的缠绕方向相同，则第一驱动线圈131中的第一驱动电流的通电方向和第二驱动线圈132中的第二驱动电流的通电方向相同。如第一驱动线圈131和第二驱动线圈132的缠绕方向相反，则第一驱动线圈131中的第一驱动电流的通电方向和第二驱动线圈132中的第二驱动电流的通电方向相反。

本优选实施例的直流电机10使用时，当直流电机10低速启动时，第一驱 动线圈131和第二驱动线圈132并联工作，此时第一驱动线圈131和第二驱动线圈132产生磁通量相互叠加。在相同的驱动电压和相同的驱动线圈长度(第一驱动线圈131的长度加第二驱动线圈132的长度)的情况下，此时的输出功率为串联工作输出的四倍。同时第一驱动线圈131和第二驱动线圈132并联时的阻抗变为串联时阻抗的四分之一，减少了第一驱动线圈131和第二驱动线圈132上的电能转化为热能的损耗。因此该直流电机10低速启动时可实现大功率、大扭矩启动，避免了现有的直流电机10输出功率较小的技术问题。

当直流电机10进行高速运行时，可将第一驱动线圈131和第二驱动线圈132串联工作或仅单驱动线圈工作，这样可以使用较小的输出功率来保持直流电机的小扭矩运行，节约了直流电机10的能耗。

因此本优选实施例的直流电机通过设置两个电刷以及相应的驱动线圈，降低了驱动线圈的内阻损耗以及直流电机的制作成本。

本实用新型还提供一种上述直流电机的驱动电路，请参照图3，图3为本实用新型的直流电机的驱动电路的第一优选实施例的电路结构图。由于上述的直流电机具有两个驱动线圈，当两个驱动线圈并联工作时，由于各线圈的内部阻抗有所不同(相同缠绕圈数的情况下，第二驱动线圈的长度大于第一驱动线圈的长度)，导致第一驱动线圈的续流电流和第二驱动线圈的续流电流会根据线圈内的阻抗进行再分配，从而使得第一驱动线圈或第二驱动线圈容易产生发热不均匀的现象。

为了避免上述发热不均匀现象的产生，采用本优选实施例的直流电机的驱动电路进行电机驱动。该驱动电路30包括第一二极管301、第二二极管302、第三二极管303、第四二极管304、第五二极管305以及第六二极管306。第一二极管301的正极分别与第一驱动线圈307的负极以及第六二极管306的正极连接，第一二极管301的负极分别与电源负极A以及第二二极管302的负极连接。第二二极管302的正极分别与第二驱动线圈308的负极以及第三二极管303 的正极连接。第三二极管303的负极分别与第四二极管304的负极以及第二驱动线圈308的正极连接。第四二极管304的正极分别与电源正极B以及第五二极管305的正极连接。第五二极管305的负极分别与第六二极管306的负极以及第一驱动线圈307的正极连接。

本优选实施例的驱动电路30工作时，电源正极B、第四二极管304、第二驱动线圈308、第二二极管302以及电源正极A构成第二驱动线圈的驱动回路。电源正极B、第五二极管305、第一驱动线圈307、第二二极管302以及电源正极A构成第一驱动线圈的驱动回路。由于第三二极管303和第六二极管306的存在，第一驱动线圈307的驱动回路和第二驱动线圈308的驱动回路之间不会相互产生影响。

当电源停止驱动时，第一驱动线圈307的负极、第六二极管306以及第二驱动线圈302的正极构成第一驱动线圈307的续流回路。第二驱动线圈308的负极、第三二极管303以及第二驱动线圈308的正极构成第二驱动线圈308的续流回路。由于第一二极管301、第二二极管302、第四二极管304和第五二极管305的存在，第一驱动线圈307的续流回路和第二驱动线圈308的续流回路之间也不会相互产生影响。

因此本优选实施例的驱动电路使用时，第一驱动线圈和第二驱动线圈各自工作，不会产生续流电流的相互影响，避免了第一驱动线圈或第二驱动线圈容易产生发热不均匀的现象。

本实用新型还提供一种上述直流电机的驱动电路，请参照图4和图5，图4为本实用新型的直流电机的驱动电路的第二优选实施例的结构框图；图5为本实用新型的直流电机的驱动电路的第二优选实施例的电路结构图。本优选实施例的驱动电路40包括电源控制模块41、模式切换模块42、驱动模块43以及保护模块44。电源控制模块41用于控制驱动电流的输入；模式切换模块42用于切换直流电机45的工作模式；驱动模块43用于在相应的工作模式下，对直流 电机45进行驱动；保护模块44用于检测驱动电流，并根据驱动电流的大小对驱动电路40进行保护操作。

请参照图5，该驱动模块包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一二极管D5、第二二极管D6、第三二极管D7以及第四二极管D8。

第一开关管Q1的控制端与电源控制模块41连接，第一开关管Q1的输入端与电源连接，第一开关管Q1的输出端分别与直流电机45的第一驱动线圈的正极、第一二极管D6的正极以及第三二极管D7的负极连接。第二开关管Q2的控制端与电源控制模块41连接，第二开关管Q2的输入端与第二二极管D6的负极连接，第二开关管Q2的输出端分别与直流电机45的第二驱动线圈的负极、第三二极管D7的正极以及地(通过保护模块44)连接。第三开关管Q3的控制端与模式切换模块42连接，第三开关管Q3的输入端与第一二极管D6的负极连接，第三开关管Q3的输出端分别与直流电机45的第二驱动线圈的正极以及第四开关管Q4的输出端连接。第四开关管Q4的控制端与模式切换模块42连接，第四开关管Q4的输入端与第四二极管D8的负极连接。第二二极管D6的正极分别与直流电机45的第一驱动线圈的负极以及第四二极管D8的正极连接。

本优选实施例的驱动电路40使用时，当直流电机45处于低转速工作模式且驱动状态(启动状态)时，这时第一开关管Q1、第二开关管Q2以及第三开关管Q3导通，第四开关管Q4断开，通过电源、第一开关管Q1、第一驱动线圈正极、第一驱动线圈的负极、第二二极管D6、第二开关管Q2以及保护模块44接地构成第一驱动线圈的驱动回路。通过电源、第一开关管Q1、第一二极管D5、第三开关管Q3、第二驱动线圈的正极、第二驱动线圈的负极以及保护模块44接地构成第二驱动线圈的驱动回路。

当直流电机45处于低转速工作模式且续流状态(启动状态)时，这时第二开关管Q2以及第三开关管Q3导通，第一开关管Q1以及第四开关管Q4断开， 通过第一驱动线圈的负极、第二二极管D6、第二开关管Q2、第三二极管D7以及第一驱动线圈的正极构成第一驱动线圈的续流回路。通过第二驱动线圈的负极、第三二极管D7、第一二极管D5、第三开关管Q3以及第二驱动线圈的正极构成第二驱动线圈的续流回路。

当直流电机45处于高转速工作模式且驱动状态时，这时第一开关管Q1和第四开关管Q4导通，第二开关管Q2以及第三开关管Q3断开，第一驱动线圈和第二驱动线圈串联驱动，通过电源、第一开关管Q1、第一驱动线圈的正极、第一驱动线圈的负极、第四二极管D8、第四开关管Q4、第二驱动线圈的正极、第二驱动线圈的负极以及保护模块44接地构成串联的驱动线圈的驱动回路。

当直流电机45处于高转速工作模式且续流状态时，这时第四开关管Q4导通，第一开关管Q1、第二开关管Q2以及第三开关管Q3断开，通过第一驱动线圈的负极、第四二极管D8、第四开关管Q4、第二驱动线圈的正极、第二驱动线圈的负极、第三二极管D7以及第一驱动线圈的正极构成串联的驱动线圈的续流回路。

本优选实施例的驱动模块43在电源控制模块41和模式切换模块42的控制下导通或断开相应的开关管，使得直流电机45可在各个工作模式下正常工作。本优选实施例的第一驱动线圈和第二驱动线圈如在低转速工作模式下并联工作，可在保证输出功率的基础上，各自的续流电流不会相互影响。本优选实施例的第一驱动线圈和第二驱动线圈如在高转速工作模式下串联工作，减小了直流电机45的输出功率，节约了直流电机45的能耗。

本优选实施例的驱动电路40还设置有保护模块44，该保护模块可根据驱动电流的大小以及驱动功率的大小对驱动电路40进行保护，即驱动电路40的输出电流超过电流阈值或驱动电路的输出功率超过功率阈值时，保护模块44使得驱动电路40停止直流电机45的驱动操作。

本实用新型的直流电机及驱动电路通过设置两个电刷以及相应的驱动线 圈，降低了驱动线圈的内阻损耗，且该直流电机的制作成本较低；解决了现有的直流电机和驱动电路的制作成本较高或输出功率较小的技术问题。

本实用新型实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的方法。

综上所述，虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本实用新型，本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种直流电机，其特征在于，包括：

壳体，包括一容纳空间；

转子磁芯，通过转轴可转动的设置在所述容纳空间内；

至少两个驱动线圈，缠绕于所述转子磁芯上；

至少两个电刷，固定在所述壳体的内侧，用于引入以及引出驱动电流；以及

至少两个换向器，设置在所述容纳空间内，包括若干导电体，用于连接所述电刷以及相应的驱动线圈；

其中所述至少两个电刷分别设置在所述转轴的两端，所述至少两个换向器也分别设置在所述转轴的两端。

2.根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于，

所述至少两个驱动线圈包括：

第一驱动线圈，缠绕于所述转子磁芯上；以及

第二驱动线圈，缠绕于所述第一驱动线圈上；

所述至少两个电刷包括：

第一电刷，用于引入以及引出第一驱动电流；以及

第二电刷，用于引入以及引出第二驱动电流；

所述至少两个换向器包括：

第一换向器，用于连接所述第一驱动线圈以及第一电刷；

第二换向器，用于连接所述第二驱动线圈以及第二电刷。

3.根据权利要求2所述的直流电机，其特征在于，所述第一驱动线圈的缠绕圈数等于所述第二驱动线圈的缠绕圈数。

4.根据权利要求2所述的直流电机，其特征在于，所述第一驱动线圈和所述第二驱动线圈的缠绕方向相同。

5.根据权利要求2所述的直流电机，其特征在于，所述第一驱动线圈和所述第二驱动线圈的缠绕方向相反。

6.一种用于权利要求1-5中任一的直流电机的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管以及第六二极管；

所述第一二极管的正极分别与第一驱动线圈的负极以及所述第六二极管的正极连接；所述第一二极管的负极分别与电源负极以及第二二极管的负极连接；

所述第二二极管的正极分别与第二驱动线圈的负极以及所述第三二极管的正极连接；

所述三二极管的负极分别与第四二极管的负极以及第二驱动线圈的正极连接；

所述第四二极管的正极分别与电源正极以及所述第五二极管的正极连接；

所述第五二极管的负极分别与第六二极管的负极以及第一驱动线圈的正极连接。

7.一种用于权利要求1-5中任一的直流电机的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括：

电源控制模块，用于控制驱动电流的输入；

模式切换模块，用于切换所述直流电机的工作模式；以及

驱动模块，用于在相应的工作模式下，对所述直流电机进行驱动；

其中所述电源控制模块和所述模式切换模块分别与所述驱动模块连接，所述驱动模块与所述直流电机连接。

8.根据权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管；

所述第一开关管的控制端与所述电源控制模块连接，所述第一开关管的输入端与电源连接，所述第一开关管的输出端分别与所述直流电机的第一驱动线 圈的正极、所述第一二极管的正极以及所述第三二极管的负极连接；

所述第二开关管的控制端与所述电源控制模块连接，所述第二开关管的输入端与所述第二二极管的负极连接，所述第二开关管的输出端分别与所述直流电机的第二驱动线圈的负极、所述第三二极管的正极以及地连接；

所述第三开关管的控制端与所述模式切换模块连接，所述第三开关管的输入端与所述第一二极管的负极连接，所述第三开关管的输出端分别与所述直流电机的第二驱动线圈的正极以及所述第四开关管的输出端连接；

所述第四开关管的控制端与所述模式切换模块连接，所述第四开关管的输入端与所述第四二极管的负极连接；

所述第二二极管的正极分别与所述直流电机的第一驱动线圈的负极以及所述第四二极管的正极连接。

9.根据权利要求8所述的驱动电路，其特征在于，所述直流电机包括高转速工作模式以及低转速工作模式；

当所述直流电机处于高转速工作模式且驱动状态时，所述第一开关管和所述第四开关管导通，所述第二开关管和所述第三开关管断开；

当所述直流电机处于高转速工作模式且续流状态时，所述第四开关管导通，所述第一开关管、所述第二开关管以及所述第三开关管断开；

当所述直流电机处于低转速工作模式且驱动状态时，所述第一开关管、所述第二开关管以及所述第三开关管导通，所述第四开关管断开；

当所述直流电机处于低转速工作模式且续流状态时，所述第二开关管以及所述第三开关管导通，所述第一开关管以及所述第四开关管断开。

10.根据权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括：

保护模块，用于检测驱动电流，并根据所述驱动电流的大小对所述驱动电路进行保护操作；

其中所述保护模块与所述驱动模块连接。