CN206585448U - 双绕组两相无刷直流电动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种双绕组两相无刷直流电动机，其涉及一种电动机，包括定子部件、转子部件、控制器。转子磁极数为二极、定子槽数为四槽、定子绕组为双绕组工作方式。两相绕组电流相位相差九十度电角度，不存在转矩为零的死点，不需要采用不对称气隙结构，定子铁芯中间是环形的极靴，电机气隙中无开口齿槽则无齿槽转矩。与普通微型单相无刷直流风机相比，其气隙中磁场畸变小，定子磁动势谐波损耗小，输出转矩大，电机效率高。控制器采用两个普通微型单相无刷直流风机的控制器芯片，并且采用外接功率开关管扩充电流驱动能力，具有成本低的优点。转子磁极数为二极则转子磁极极弧角度大，霍尔元件追踪转子永磁体磁极状态的精度高、不容易产生失控现象。

Description

双绕组两相无刷直流电动机

技术领域

本发明是一种双绕组两相无刷直流电动机，其涉及一种电动机，特别是涉及一种转子磁极数为二极、定子槽数为四槽、定子绕组为双绕组工作方式的两相无刷直流电动机。

背景技术

无刷直流电动机的控制器成本较大，影响控制器成本的主要因素是控制器芯片种类和生产数量。单相无刷直流电动机的定子绕组按照导通方式不同分为单绕组工作方式或双绕组工作方式。前者采用H桥式电路，需要四个功率开关管。后者采用非桥式电路，只需要两个功率开关管。在一个换相周期内（三百六十度电角度），单绕组工作方式是前半周时间正向导通，后半周时间反向导通。双绕组工作方式是前半周时间一个绕组导通，后半周时间另一个绕组导通，两个绕组交替工作。普通微型单相无刷直流风机多数采用双绕组工作方式，例如采用US79KUA控制器芯片的风机，该芯片的市场单价低至二元以下。

用于电脑、电子设备机箱通风冷却的普通微型单相无刷直流风机应用十分广泛，其控制器芯片技术的发展较为完善。以US79KUA控制器芯片为例，此芯片内不仅包含有一个霍尔传感器，还包含单相无刷直流风机绕组线圈的驱动电路和一些辅助电路，例如堵转关机和自动重起动等功能电路，该芯片不需要外接感温元件、不需要外接其它分立元件，甚至不需要专门的控制电路板。该芯片没有专用的连接电源引脚，该芯片只有三个引脚，大大减少了无刷直流电动机控制器的元件数量。当无刷直流电动机的工作电流较大时，采用外接功率开关管扩充电流驱动能力。外接功率开关管采用场效应管或三极管。P沟道结型场效应管10A芯片的市场单价低至二元以下。

普通微型单相无刷直流风机输出功率仅有1W，效率约为30%，采用风机控制器芯片外接功率开关管使其应用于较大功率负载的技术方案还需要解决以下所述技术难题。单相无刷直流电动机存在转矩为零的“死点”，只能采用不对称气隙结构。不对称气隙结构会使电动机气隙中的磁场产生畸变，使定子磁动势谐波损耗增加，导致普通微型单相无刷直流风机的输出转矩小、电机效率无法提升。不对称气隙结构不适用于需要正、反两个转向的风机。另外，定子铁芯的齿槽结构会产生齿槽转矩，引起电机振动和噪音，在电机设计中应该采取技术措施降低或消除齿槽转矩。普通微型单相无刷直流风机的不对称气隙结构所产生的齿槽转矩是该电机顺利起动的必备条件，不能消除普通微型单相无刷直流风机的齿槽转矩。普通微型单相无刷直流风机的转子磁极数为四极、定子槽数为四槽、定子绕组为双绕组工作方式。四槽定子铁芯有利于定子绕组的缠绕加工。四极转子与二极转子相比，磁极数多则转子磁极极弧角度小，霍尔元件追踪转子永磁体磁极状态的精度低，电机转子直径较小时，更容易产生失控现象。

发明内容

本发明的目的是克服普通微型单相无刷直流风机输出转矩小、电机效率无法提升的缺点，以及克服普通无刷直流电动机的控制器成本较大的缺点，提供一种控制器采用两个普通微型单相无刷直流风机的控制器芯片，电动机转子磁极数为二极、定子槽数为四槽、定子绕组为双绕组工作方式的成本低、输出转矩大、电机效率高的两相无刷直流电动机。本发明的实施方案如下：

双绕组两相无刷直流电动机包括定子部件、转子部件、控制器。所述电动机转子磁极数为二极、定子槽数为四槽、定子绕组为双绕组工作方式。定子部件中有两相绕组，每相绕组包括两个绕组线圈，同相序两个绕组线圈在空间上相差一百八十度，相邻两个绕组线圈属于不同相序，相邻两个绕组线圈在空间上相差九十度。控制器采用两个普通微型单相无刷直流风机的控制器芯片，每个控制器芯片内包含有一个霍尔传感器。或者，每个控制器芯片与一个霍尔传感器分立元件配合使用。每个霍尔传感器放置在相邻两个绕组线圈之间。两个霍尔传感器放置位置在空间上相差九十度。控制器使两相绕组的电流相位相差九十度电角度。或者，控制器采用外接功率开关管扩充电流驱动能力，该控制器中还包括四个功率开关模块。

控制器的接线图中，绕组线圈A一、绕组线圈A二组成A相绕组，A相绕组由控制器芯片A控制。绕组线圈B一、绕组线圈B二组成B相绕组，B相绕组由控制器芯片B控制。控制器芯片A的引脚Ⅱ连接接地点，控制器芯片A的引脚Ⅰ连接绕组线圈A一的首端，绕组线圈A一的尾端连接电源母线。控制器芯片A的引脚Ⅲ连接绕组线圈A二的首端，绕组线圈A二的尾端连接电源母线。控制器芯片B的引脚Ⅱ连接接地点，控制器芯片B的引脚Ⅰ连接绕组线圈B一的首端，绕组线圈B一的尾端连接电源母线。控制器芯片B的引脚Ⅲ连接绕组线圈B二的首端，绕组线圈B二的尾端连接电源母线。接地点连接直流电源负极，电源母线连接直流电源正极。

或者，控制器采用外接功率开关管扩充电流驱动能力，该控制器的接线图中，功率开关管采用场效应管或三极管，每个功率开关模块中包括功率开关管和限流偏置电阻，在采用P沟道结型场效应管的功率开关模块中，限流偏置电阻并联在功率开关管的栅极和源极之间。绕组线圈A一＇、绕组线圈A二＇组成A相绕组，A相绕组由控制器芯片A ＇控制。绕组线圈B一＇、绕组线圈B二＇20组成B相绕组，B相绕组由控制器芯片B ＇控制。控制器芯片A ＇的引脚Ⅱ连接接地点，控制器芯片A ＇的引脚Ⅰ连接功率开关模块A一的栅极，功率开关模块A一的源极连接电源母线，功率开关模块A一的漏极连接绕组线圈A一＇的尾端，绕组线圈A一＇的首端连接接地点。控制器芯片A ＇的引脚Ⅲ连接功率开关模块A二的栅极，功率开关模块A二的源极连接电源母线，功率开关模块A二的漏极连接绕组线圈A二＇的尾端，绕组线圈A二＇的首端连接接地点。控制器芯片B ＇的引脚Ⅱ连接接地点，控制器芯片B ＇的引脚Ⅰ连接功率开关模块B一的栅极，功率开关模块B一的源极连接电源母线，功率开关模块B一的漏极连接绕组线圈B一＇的尾端，绕组线圈B一＇的首端连接接地点。控制器芯片B ＇的引脚Ⅲ连接功率开关模块B二的栅极，功率开关模块B二的源极连接电源母线，功率开关模块B二的漏极连接绕组线圈B二＇的尾端，绕组线圈B二＇的首端连接接地点。接地点连接直流电源负极，电源母线连接直流电源正极。

定子部件包括定子铁芯、定子磁轭和四个定子绕组，每个定子绕组包括绕组骨架、绕组线圈，绕组骨架中间是骨架通孔，绕组线圈安装在绕组骨架上。定子磁轭呈环形，定子磁轭径向内侧边缘均布四个连接凹槽，连接凹槽的轮廓呈燕尾形。定子铁芯中间是环形的极靴，极靴的中间是圆形的定子气隙内腔，极靴径向外侧边缘均布有四个定子磁极，依次是定子磁极B二、定子磁极A二、定子磁极B一、定子磁极A一，每个定子磁极径向外侧端部各有一个连接榫头，连接榫头的轮廓呈燕尾形，并且连接榫头的轮廓与定子磁轭的连接凹槽的轮廓相啮合。极靴径向外侧边缘均布有四个隔磁凹槽，每个隔磁凹槽位于相邻两个定子磁极之间，每个隔磁凹槽与定子气隙内腔之间形成一个截面非常小的隔磁磁桥。

转子部件包括转轴、转子铁芯、隔磁衬套、永磁体，转轴呈圆柱形，隔磁衬套呈圆筒形，隔磁衬套的材质是非导磁材料，隔磁衬套安装在转轴径向外表面的中间位置。转子铁芯呈圆筒形，转子铁芯径向外表面安装有二个瓦片形的永磁体，相邻永磁体径向外表面互为异性磁极。转子铁芯安装在隔磁衬套的径向外表面。

双绕组两相无刷直流电动机在装配时，把四个定子绕组分别安装在定子铁芯的定子磁极上，把定子铁芯的连接榫头安装在定子磁轭的连接凹槽中，把控制器安装在定子部件上，并把绕组线圈与控制器用导线连接，再把转子部件安装在定子铁芯的定子气隙内腔中。

双绕组两相无刷直流电动机有四个换相状态，其控制过程是：

在换相状态一时，霍尔元件A 检测到转子磁极极性为S极，控制器芯片A的引脚Ⅲ使绕组线圈A二导通，绕组线圈A二产生的A相磁场磁通沿着绕组线圈A二磁力线路径一闭合。在电机气隙中A相绕组N极磁场方向从定子气隙内腔内表面上端向下。与此同时，霍尔元件B 检测到转子磁极极性从N极转变为S极，控制器芯片B的引脚Ⅲ使绕组线圈B二导通，绕组线圈B二产生的B相磁场磁通沿着绕组线圈B二磁力线路径一闭合。在电机气隙中B相绕组N极磁场方向从定子气隙内腔内表面左侧向右。所述电动机在换相状态一时，定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，定子气隙内腔内表面左上侧是合成磁场的n极，定子气隙内腔内表面右下侧是合成磁场的s极。

在换相状态二时，霍尔元件A 检测到转子磁极极性从S极转变为N极，控制器芯片A的引脚Ⅰ使绕组线圈A一导通，绕组线圈A一产生的A相磁场磁通沿着绕组线圈A一磁力线路径一闭合。在电机气隙中A相绕组N极磁场方向从定子气隙内腔内表面下端向上。与此同时，霍尔元件B 检测到转子磁极极性维持为S极，控制器芯片B的引脚Ⅲ维持绕组线圈B二导通，绕组线圈B二产生的B相磁场磁通沿着绕组线圈B二磁力线路径二闭合。在电机气隙中B相绕组N极磁场方向从定子气隙内腔内表面左侧向右。所述电动机在换相状态二时，定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，定子气隙内腔内表面左下侧是合成磁场的n极，定子气隙内腔内表面右上侧是合成磁场的s极。

在换相状态三时，霍尔元件A 检测到转子磁极极性维持为N极，控制器芯片A的引脚Ⅰ维持绕组线圈A一导通，绕组线圈A一产生的A相磁场磁通沿着绕组线圈A一磁力线路径二闭合。在电机气隙中A相绕组N极磁场方向从定子气隙内腔内表面下端向上。与此同时，霍尔元件B 检测到转子磁极极性从S极转变为N极，控制器芯片B的引脚Ⅰ使绕组线圈B一导通，绕组线圈B一产生的B相磁场磁通沿着绕组线圈B一磁力线路径一闭合。在电机气隙中B相绕组N极磁场方向从定子气隙内腔内表面右侧向左。所述电动机在换相状态三时，定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，定子气隙内腔内表面右下侧是合成磁场的n极，定子气隙内腔内表面左上侧是合成磁场的s极。

在换相状态四时，霍尔元件A 检测到转子磁极极性从N极转变为S极，控制器芯片A的引脚Ⅲ使绕组线圈A二导通，绕组线圈A二产生的A相磁场磁通沿着绕组线圈A二磁力线路径二闭合。在电机气隙中A相绕组N极磁场方向从定子气隙内腔内表面上端向下。与此同时，霍尔元件B 检测到转子磁极极性维持为N极，控制器芯片B的引脚Ⅰ维持绕组线圈B一导通，绕组线圈B一产生的B相磁场磁通沿着绕组线圈B一磁力线路径二闭合。在电机气隙中B相绕组N极磁场方向从定子气隙内腔内表面右侧向左。所述电动机在换相状态四时，定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，定子气隙内腔内表面右上侧是合成磁场的n极，定子气隙内腔内表面左下侧是合成磁场的s极。

所述电动机从换相状态一至换相状态四的过程中，定子部件两相绕组在电机气隙中的合成磁场形成旋转磁场，定子旋转磁场与转子永磁体磁场相互作用产生电磁转矩，使双绕组两相无刷直流电动机起动并运行。

或者，控制器采用外接功率开关管扩充电流驱动能力，还包括四个功率开关模块，从换相状态一至换相状态四的过程中，某个控制器芯片的引脚Ⅰ或引脚Ⅲ与引脚Ⅱ之间不导通时，该引脚Ⅰ或引脚Ⅲ所连接的外接功率开关模块的源极与漏极之间加载电源母线与接地点之间的电压，限流偏置电阻把电源母线的电位引导至栅极，使该功率开关模块的栅极与漏极之间的电压大于场效应管的夹断电压，该功率开关模块截止，该功率开关模块所连接的绕组线圈不导通。当该控制器芯片的引脚Ⅰ或引脚Ⅲ与引脚Ⅱ之间导通时，该引脚Ⅰ或引脚Ⅲ使功率开关模块的栅极电位下降至接地点的电位，该功率开关模块的栅极与漏极之间的电压等于零，该功率开关模块导通，该功率开关模块所连接的绕组线圈导通。外接功率开关管的额定工作电流大于控制器芯片的额定工作电流，外接功率开关管扩充了控制器芯片的电流驱动能力。

外转子式双绕组两相无刷直流电动机包括内定子部件、外转子部件、控制器。外转子式双绕组两相无刷直流电动机的控制器安装在内定子部件上，命名为内定子控制器，内定子控制器的接线图与控制器的接线图相同。所述外转子式电动机转子磁极数为二极、定子槽数为四槽、定子绕组为双绕组工作方式。内定子部件中有两相绕组，每相绕组包括两个绕组线圈，同相序两个绕组线圈在空间上相差一百八十度，相邻两个绕组线圈属于不同相序，相邻两个绕组线圈在空间上相差九十度。内定子控制器采用两个普通微型单相无刷直流风机的控制器芯片，每个控制器芯片内包含有一个霍尔传感器。或者，每个控制器芯片与一个霍尔传感器分立元件配合使用。每个霍尔传感器放置在相邻两个绕组线圈之间。两个霍尔传感器的放置位置在空间上相差九十度。内定子控制器使两相绕组的电流相位相差九十度电角度。或者，内定子控制器采用外接功率开关管扩充电流驱动能力，该内定子控制器中还包括四个功率开关模块。

内定子部件包括内定子机座、内定子绕组骨架一、内定子铁芯、内定子绕组骨架二、内定子绕组线圈、轴套。内定子铁芯中间是环形的内定子磁轭，内定子磁轭的中间是内定子通孔，内定子磁轭径向外侧边缘均布有四个内定子磁极，依次是定子磁极B二＇、定子磁极A二＇、定子磁极B一＇、定子磁极A一＇，相邻两个内定子磁极之间是内定子线槽。内定子绕组骨架一、内定子绕组骨架二的轴向截面与内定子铁芯的轴向截面相同，内定子绕组骨架一轴向外侧一端有若干个焊接柱。把内定子绕组骨架一、内定子绕组骨架二分别安装在内定子铁芯轴向两侧，并分别在四个内定子磁极上缠绕内定子绕组线圈。轴套呈圆筒形。内定子机座中间是机座筒体，机座筒体径向内侧是轴套腔，轴套安装在轴套腔内。把内定子铁芯中间的内定子通孔安装在机座筒体径向外表面。内定子机座的一端有机座法兰，机座法兰用于固定内定子部件。通过焊接柱把内定子控制器安装在内定子部件上。并把内定子绕组线圈与内定子控制器用导线连接。

外转子部件包括外转子转轴、外转子永磁体、外转子磁轭、外转子外壳、开口挡圈。外转子外壳呈一端封闭的圆筒形，外转子外壳内侧中间有一个联接凹槽。外转子转轴呈圆柱形，外转子转轴的一端表面有环形凹槽，环形凹槽处安装有开口挡圈，外转子转轴的另一端固定在外转子外壳的联接凹槽内。外转子外壳径向内侧有圆筒形的外转子磁轭，外转子磁轭径向内侧有二个瓦片形的外转子永磁体，相邻外转子永磁体径向内表面互为异性磁极。在二个瓦片形的外转子永磁体径向内侧形成转子气隙内腔。外转子转轴安装在内定子部件的轴套轴孔中，通过外转子转轴把外转子部件安装在内定子部件径向外侧。外转子式双绕组两相无刷直流电动机作为风机电动机时，风扇叶片可以直接嵌在外转子外壳径向外表面。

外转子式双绕组两相无刷直流电动机有四个换相状态。在换相状态一时，绕组线圈A二＇导通，在电机气隙中A相绕组N极磁场方向从转子气隙内腔内表面上端向上。绕组线圈B二＇导通，在电机气隙中B相绕组N极磁场方向从转子气隙内腔内表面左侧向左。所述外转子式电动机在换相状态一时，内定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，转子气隙内腔内表面左上侧是合成磁场的n极，转子气隙内腔内表面右下侧是合成磁场的s极。

在换相状态二时，绕组线圈A一＇导通，在电机气隙中A相绕组N极磁场方向从转子气隙内腔内表面下端向下。绕组线圈B二＇导通，在电机气隙中B相绕组N极磁场方向从转子气隙内腔内表面左侧向左。所述外转子式电动机在换相状态二时，内定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，转子气隙内腔内表面左下侧是合成磁场的n极，转子气隙内腔内表面右上侧是合成磁场的s极。

在换相状态三时，绕组线圈A一＇导通，在电机气隙中A相绕组N极磁场方向从转子气隙内腔内表面下端向下。绕组线圈B一＇导通，在电机气隙中B相绕组N极磁场方向从转子气隙内腔内表面右侧向右。所述外转子式电动机在换相状态三时，内定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，转子气隙内腔内表面右下侧是合成磁场的n极，转子气隙内腔内表面左上侧是合成磁场的s极。

在换相状态四时，绕组线圈A二＇导通，在电机气隙中A相绕组N极磁场方向从转子气隙内腔内表面上端向上。绕组线圈B一＇导通，在电机气隙中B相绕组N极磁场方向从转子气隙内腔内表面右侧向右。所述外转子式电动机在换相状态四时，内定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，转子气隙内腔内表面右上侧是合成磁场的n极，转子气隙内腔内表面左下侧是合成磁场的s极。

所述外转子式电动机从换相状态一至换相状态四的过程中，内定子部件两相绕组在电机气隙中的合成磁场形成旋转磁场，定子旋转磁场与转子永磁体磁场相互作用产生电磁转矩，使外转子式双绕组两相无刷直流电动机起动并运行。

双绕组两相无刷直流电动机的两相绕组电流相位相差九十度电角度，不存在转矩为零的“死点”，不需要采用不对称气隙结构，定子铁芯中间是环形的极靴，电机气隙中无开口齿槽则无齿槽转矩。与普通微型单相无刷直流风机相比，所述电动机气隙中磁场畸变小，定子磁动势谐波损耗小，输出转矩大，电机效率高。所述电动机控制器采用两个普通微型单相无刷直流风机的控制器芯片，并且采用外接功率开关管扩充电流驱动能力，具有成本低的优点。转子磁极数为二极则转子磁极极弧角度大，霍尔元件追踪转子永磁体磁极状态的精度高、不容易产生失控现象。

附图说明

说明书附图是双绕组两相无刷直流电动机的结构图和示意图。其中图1是无外接功率开关管扩充电流驱动能力的控制器或内定子控制器的接线图。图2是采用外接功率开关管扩充电流驱动能力的控制器或内定子控制器的接线图。图3是双绕组两相无刷直流电动机的轴测图。图4是双绕组两相无刷直流电动机的轴测剖视图。图5是定子磁轭的轴测图。图6是定子铁芯的轴测图。图7是定子绕组的轴测图。图8是转子部件的轴测图。图9是控制器的轴测图。图10是所述电动机换相状态一的定子磁场方向示意图。图11是所述电动机换相状态二的定子磁场方向示意图。图12是所述电动机换相状态三的定子磁场方向示意图。图13是所述电动机换相状态四的定子磁场方向示意图。

图14是外转子式双绕组两相无刷直流电动机的轴测剖视图。图15是内定子铁芯的轴测图。图16是内定子绕组骨架一的轴测图。图17是内定子绕组骨架二的轴测图。图18是内定子铁芯、内定子绕组骨架一、内定子绕组骨架二、内定子绕组线圈装配在一起的轴测图。图19是内定子机座、轴套装配在一起的轴测图。图20是内定子控制器的轴测图。图21是外转子部件的轴测图。图22是所述外转子式电动机换相状态一的定子磁场方向示意图。图23是所述外转子式电动机换相状态二的定子磁场方向示意图。图24是所述外转子式电动机换相状态三的定子磁场方向示意图。图25是所述外转子式电动机换相状态四的定子磁场方向示意图。

说明书附图中大写字母N和S代表转子磁极极性，小写字母n和s代表定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场磁极极性。*号代表定子绕组线圈标注的同名端，该标注的同名端为绕组线圈首端，另一端是绕组线圈尾端。罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表控制器芯片需要对外接线的引脚，并不代表控制器芯片实际的引脚序号。其中罗马数字Ⅰ代表霍尔元件探测到转子N极磁极时，在半个换相周期内有输出电压电流信号的控制器芯片的引脚，即该引脚与引脚Ⅱ之间导通。罗马数字Ⅲ代表霍尔元件探测到转子S极磁极时，在半个换相周期内有输出电压电流信号的控制器芯片的引脚，即该引脚与引脚Ⅱ之间导通。图中大写字母G、S、D分别代表外接功率开关模块的栅极、源极、漏极。图中接地点连接直流电源负极，电源母线连接直流电源正极。图中电压等级仅供参考。图10至图13、图22至图25中，虚线绘制的绕组线圈代表该绕组线圈在该换相状态时未导通。

图中标注有接地点1、导线2、控制器芯片A3、绕组线圈A一4、霍尔元件B 5、转子部件6、绕组线圈B二7、霍尔元件A 8、绕组线圈A二9、控制器芯片B10、电源母线11、绕组线圈B一12、功率开关模块A一13、功率开关模块A二14、功率开关管15、限流偏置电阻16、控制器芯片A ＇17、绕组线圈A一＇18、霍尔元件B＇19、绕组线圈B二＇20、霍尔元件A＇21、绕组线圈A二＇22、功率开关模块B二23、控制器芯片B ＇24、功率开关模块B一25、绕组线圈B一＇26、绕组骨架27、绕组线圈28、控制器芯片29、控制器30、定子铁芯31、定子磁轭32、连接凹槽33、连接榫头34、隔磁磁桥35、定子磁极B二36、定子磁极A二37、隔磁凹槽38、定子气隙内腔39、定子磁极B一40、定子磁极A一41、骨架通孔42、转轴43、转子铁芯44、隔磁衬套45、永磁体46、绕组线圈B二磁力线路径一47、B相绕组N极磁场方向48、A相绕组N极磁场方向49、绕组线圈A二磁力线路径一50、绕组线圈A一磁力线路径一51、绕组线圈B一磁力线路径一52、转子旋转方向53、内定子控制器54、内定子机座55、内定子绕组骨架一56、内定子铁芯57、内定子绕组骨架二58、内定子绕组线圈59、外转子转轴60、外转子永磁体61、外转子磁轭62、外转子外壳63、定子磁极A一＇64、定子磁极B一＇65、内定子磁轭66、定子磁极B二＇67、定子磁极A二＇68、内定子线槽69、焊接柱70、开口挡圈71、轴套72、绕组线圈B二＇磁力线路径一73、绕组线圈A二＇磁力线路径一74、绕组线圈A一＇磁力线路径一75、绕组线圈B一＇磁力线路径一76、绕组线圈A二磁力线路径二77、绕组线圈B二磁力线路径二78、绕组线圈A一磁力线路径二79、绕组线圈B一磁力线路径二80、绕组线圈B二＇磁力线路径二81、绕组线圈A二＇磁力线路径二82、绕组线圈A一＇磁力线路径二83、绕组线圈B一＇磁力线路径二84、极靴85、转子气隙内腔86。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步叙述。

参照图1、图2，双绕组两相无刷直流电动机包括定子部件、转子部件6、控制器30。所述电动机转子磁极数为二极、定子槽数为四槽、定子绕组为双绕组工作方式。定子部件中有两相绕组，每相绕组包括两个绕组线圈，同相序两个绕组线圈在空间上相差一百八十度，相邻两个绕组线圈属于不同相序，相邻两个绕组线圈在空间上相差九十度。控制器30采用两个普通微型单相无刷直流风机的控制器芯片29，每个控制器芯片29内包含有一个霍尔传感器。或者，每个控制器芯片29与一个霍尔传感器分立元件配合使用。每个霍尔传感器放置在相邻两个绕组线圈之间。两个霍尔传感器放置位置在空间上相差九十度。控制器30使两相绕组的电流相位相差九十度电角度。或者，控制器30采用外接功率开关管15扩充电流驱动能力，该控制器30中还包括四个功率开关模块。

控制器30的接线图中，绕组线圈A一4、绕组线圈A二9组成A相绕组，A相绕组由控制器芯片A3控制。绕组线圈B一12、绕组线圈B二7组成B相绕组，B相绕组由控制器芯片B10控制。控制器芯片A3的引脚Ⅱ连接接地点1，控制器芯片A3的引脚Ⅰ连接绕组线圈A一4的首端，绕组线圈A一4的尾端连接电源母线11。控制器芯片A3的引脚Ⅲ连接绕组线圈A二9的首端，绕组线圈A二9的尾端连接电源母线11。控制器芯片B10的引脚Ⅱ连接接地点1，控制器芯片B10的引脚Ⅰ连接绕组线圈B一12的首端，绕组线圈B一12的尾端连接电源母线11。控制器芯片B10的引脚Ⅲ连接绕组线圈B二7的首端，绕组线圈B二7的尾端连接电源母线11。接地点1连接直流电源负极，电源母线11连接直流电源正极。

或者，控制器30采用外接功率开关管15扩充电流驱动能力，该控制器30的接线图中，功率开关管15采用场效应管或三极管，每个功率开关模块中包括功率开关管15和限流偏置电阻16，在采用P沟道结型场效应管的功率开关模块中，限流偏置电阻16并联在功率开关管15的栅极和源极之间。绕组线圈A一＇18、绕组线圈A二＇22组成A相绕组，A相绕组由控制器芯片A ＇17控制。绕组线圈B一＇26、绕组线圈B二＇20组成B相绕组，B相绕组由控制器芯片B＇24控制。控制器芯片A ＇17的引脚Ⅱ连接接地点1，控制器芯片A ＇17的引脚Ⅰ连接功率开关模块A一13的栅极，功率开关模块A一13的源极连接电源母线11，功率开关模块A一13的漏极连接绕组线圈A一＇18的尾端，绕组线圈A一＇18的首端连接接地点1。控制器芯片A ＇17的引脚Ⅲ连接功率开关模块A二14的栅极，功率开关模块A二14的源极连接电源母线11，功率开关模块A二14的漏极连接绕组线圈A二＇22的尾端，绕组线圈A二＇22的首端连接接地点1。控制器芯片B ＇24的引脚Ⅱ连接接地点1，控制器芯片B ＇24的引脚Ⅰ连接功率开关模块B一25的栅极，功率开关模块B一25的源极连接电源母线11，功率开关模块B一25的漏极连接绕组线圈B一＇26的尾端，绕组线圈B一＇26的首端连接接地点1。控制器芯片B ＇24的引脚Ⅲ连接功率开关模块B二23的栅极，功率开关模块B二23的源极连接电源母线11，功率开关模块B二23的漏极连接绕组线圈B二＇20的尾端，绕组线圈B二＇20的首端连接接地点1。接地点1连接直流电源负极，电源母线11连接直流电源正极。

参照图3至图9，定子部件包括定子铁芯31、定子磁轭32和四个定子绕组，每个定子绕组包括绕组骨架27、绕组线圈28，绕组骨架27中间是骨架通孔42，绕组线圈28安装在绕组骨架27上。定子磁轭32呈环形，定子磁轭32径向内侧边缘均布四个连接凹槽33，连接凹槽33的轮廓呈燕尾形。定子铁芯31中间是环形的极靴85，极靴85的中间是圆形的定子气隙内腔39，极靴85径向外侧边缘均布有四个定子磁极，依次是定子磁极B二36、定子磁极A二37、定子磁极B一40、定子磁极A一41，每个定子磁极径向外侧端部各有一个连接榫头34，连接榫头34的轮廓呈燕尾形，并且连接榫头34的轮廓与定子磁轭32的连接凹槽33的轮廓相啮合。极靴85径向外侧边缘均布有四个隔磁凹槽38，每个隔磁凹槽38位于相邻两个定子磁极之间，每个隔磁凹槽38与定子气隙内腔39之间形成一个截面非常小的隔磁磁桥35。

转子部件6包括转轴43、转子铁芯44、隔磁衬套45、永磁体46，转轴43呈圆柱形，隔磁衬套45呈圆筒形，隔磁衬套45的材质是非导磁材料，隔磁衬套45安装在转轴43径向外表面的中间位置。转子铁芯44呈圆筒形，转子铁芯44径向外表面安装有二个瓦片形的永磁体46，相邻永磁体46径向外表面互为异性磁极。转子铁芯44安装在隔磁衬套45的径向外表面。

双绕组两相无刷直流电动机在装配时，把四个定子绕组分别安装在定子铁芯31的定子磁极上，把定子铁芯31的连接榫头34安装在定子磁轭32的连接凹槽33中，把控制器30安装在定子部件上，并把绕组线圈28与控制器30用导线2连接，再把转子部件6安装在定子铁芯31的定子气隙内腔39中。

参照图10至图13，双绕组两相无刷直流电动机有四个换相状态，其控制过程是：

在换相状态一时，霍尔元件A 8检测到转子磁极极性为S极，控制器芯片A3的引脚Ⅲ使绕组线圈A二9导通，绕组线圈A二9产生的A相磁场磁通沿着绕组线圈A二磁力线路径一50闭合。在电机气隙中A相绕组N极磁场方向49从定子气隙内腔39内表面上端向下。与此同时，霍尔元件B 5检测到转子磁极极性从N极转变为S极，控制器芯片B10的引脚Ⅲ使绕组线圈B二7导通，绕组线圈B二7产生的B相磁场磁通沿着绕组线圈B二磁力线路径一47闭合。在电机气隙中B相绕组N极磁场方向48从定子气隙内腔39内表面左侧向右。所述电动机在换相状态一时，定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，定子气隙内腔39内表面左上侧是合成磁场的n极，定子气隙内腔39内表面右下侧是合成磁场的s极。

在换相状态二时，霍尔元件A 8检测到转子磁极极性从S极转变为N极，控制器芯片A3的引脚Ⅰ使绕组线圈A一4导通，绕组线圈A一4产生的A相磁场磁通沿着绕组线圈A一磁力线路径一51闭合。在电机气隙中A相绕组N极磁场方向49从定子气隙内腔39内表面下端向上。与此同时，霍尔元件B 5检测到转子磁极极性维持为S极，控制器芯片B10的引脚Ⅲ维持绕组线圈B二7导通，绕组线圈B二7产生的B相磁场磁通沿着绕组线圈B二磁力线路径二78闭合。在电机气隙中B相绕组N极磁场方向48从定子气隙内腔39内表面左侧向右。所述电动机在换相状态二时，定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，定子气隙内腔39内表面左下侧是合成磁场的n极，定子气隙内腔39内表面右上侧是合成磁场的s极。

在换相状态三时，霍尔元件A 8检测到转子磁极极性维持为N极，控制器芯片A3的引脚Ⅰ维持绕组线圈A一4导通，绕组线圈A一4产生的A相磁场磁通沿着绕组线圈A一磁力线路径二79闭合。在电机气隙中A相绕组N极磁场方向49从定子气隙内腔39内表面下端向上。与此同时，霍尔元件B 5检测到转子磁极极性从S极转变为N极，控制器芯片B10的引脚Ⅰ使绕组线圈B一12导通，绕组线圈B一12产生的B相磁场磁通沿着绕组线圈B一磁力线路径一52闭合。在电机气隙中B相绕组N极磁场方向48从定子气隙内腔39内表面右侧向左。所述电动机在换相状态三时，定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，定子气隙内腔39内表面右下侧是合成磁场的n极，定子气隙内腔39内表面左上侧是合成磁场的s极。

在换相状态四时，霍尔元件A 8检测到转子磁极极性从N极转变为S极，控制器芯片A3的引脚Ⅲ使绕组线圈A二9导通，绕组线圈A二9产生的A相磁场磁通沿着绕组线圈A二磁力线路径二77闭合。在电机气隙中A相绕组N极磁场方向49从定子气隙内腔39内表面上端向下。与此同时，霍尔元件B 5检测到转子磁极极性维持为N极，控制器芯片B10的引脚Ⅰ维持绕组线圈B一12导通，绕组线圈B一12产生的B相磁场磁通沿着绕组线圈B一磁力线路径二80闭合。在电机气隙中B相绕组N极磁场方向48从定子气隙内腔39内表面右侧向左。所述电动机在换相状态四时，定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，定子气隙内腔39内表面右上侧是合成磁场的n极，定子气隙内腔39内表面左下侧是合成磁场的s极。

所述电动机从换相状态一至换相状态四的过程中，定子部件两相绕组在电机气隙中的合成磁场形成旋转磁场，定子旋转磁场与转子永磁体磁场相互作用产生电磁转矩，使双绕组两相无刷直流电动机起动并运行。

参照图2，或者，控制器30采用外接功率开关管15扩充电流驱动能力，从换相状态一至换相状态四的过程中，某个控制器芯片29的引脚Ⅰ或引脚Ⅲ与引脚Ⅱ之间不导通时，该引脚Ⅰ或引脚Ⅲ所连接的外接功率开关模块的源极与漏极之间加载电源母线11与接地点1之间的电压，限流偏置电阻16把电源母线11的电位引导至栅极，使该功率开关模块的栅极与漏极之间的电压大于场效应管的夹断电压，该功率开关模块截止，该功率开关模块所连接的绕组线圈28不导通。当该控制器芯片29的引脚Ⅰ或引脚Ⅲ与引脚Ⅱ之间导通时，该引脚Ⅰ或引脚Ⅲ使功率开关模块的栅极电位下降至接地点1的电位，该功率开关模块的栅极与漏极之间的电压等于零，该功率开关模块导通，该功率开关模块所连接的绕组线圈28导通。外接功率开关管15的额定工作电流大于控制器芯片29的额定工作电流，外接功率开关管15扩充了控制器芯片29的电流驱动能力。

参照图14、图21，外转子式双绕组两相无刷直流电动机包括内定子部件、外转子部件、控制器30。外转子式双绕组两相无刷直流电动机的控制器30安装在内定子部件上，命名为内定子控制器54，内定子控制器54的接线图与控制器30的接线图相同。所述外转子式电动机转子磁极数为二极、定子槽数为四槽、定子绕组为双绕组工作方式。内定子部件中有两相绕组，每相绕组包括两个绕组线圈，同相序两个绕组线圈在空间上相差一百八十度，相邻两个绕组线圈属于不同相序，相邻两个绕组线圈在空间上相差九十度。内定子控制器54采用两个普通微型单相无刷直流风机的控制器芯片29，每个控制器芯片29内包含有一个霍尔传感器。或者，每个控制器芯片29与一个霍尔传感器分立元件配合使用。每个霍尔传感器放置在相邻两个绕组线圈之间。两个霍尔传感器的放置位置在空间上相差九十度。内定子控制器54使两相绕组的电流相位相差九十度电角度。或者，内定子控制器54采用外接功率开关管15扩充电流驱动能力，该内定子控制器54中还包括四个功率开关模块。

内定子部件包括内定子机座55、内定子绕组骨架一56、内定子铁芯57、内定子绕组骨架二58、内定子绕组线圈59、轴套72。内定子铁芯57中间是环形的内定子磁轭66，内定子磁轭66的中间是内定子通孔，内定子磁轭66径向外侧边缘均布有四个内定子磁极，依次是定子磁极B二＇67、定子磁极A二＇68、定子磁极B一＇65、定子磁极A一＇64，相邻两个内定子磁极之间是内定子线槽69。内定子绕组骨架一56、内定子绕组骨架二58的轴向截面与内定子铁芯57的轴向截面相同，内定子绕组骨架一56轴向外侧一端有若干个焊接柱70。把内定子绕组骨架一56、内定子绕组骨架二58分别安装在内定子铁芯57轴向两侧，并分别在四个内定子磁极上缠绕内定子绕组线圈59。轴套72呈圆筒形。内定子机座55中间是机座筒体，机座筒体径向内侧是轴套腔，轴套72安装在轴套腔内。把内定子铁芯57中间的内定子通孔安装在机座筒体径向外表面。内定子机座55的一端有机座法兰，机座法兰用于固定内定子部件。通过焊接柱70把内定子控制器54安装在内定子部件上。并把内定子绕组线圈59与内定子控制器54用导线2连接。

外转子部件包括外转子转轴60、外转子永磁体61、外转子磁轭62、外转子外壳63、开口挡圈71。外转子外壳63呈一端封闭的圆筒形，外转子外壳63内侧中间有一个联接凹槽。外转子转轴60呈圆柱形，外转子转轴60的一端表面有环形凹槽，环形凹槽处安装有开口挡圈71，外转子转轴60的另一端固定在外转子外壳63的联接凹槽内。外转子外壳63径向内侧有圆筒形的外转子磁轭62，外转子磁轭62径向内侧有二个瓦片形的外转子永磁体61，相邻外转子永磁体61径向内表面互为异性磁极。在二个瓦片形的外转子永磁体61径向内侧形成转子气隙内腔86。外转子转轴60安装在内定子部件的轴套72轴孔中，通过外转子转轴60把外转子部件安装在内定子部件径向外侧。外转子式双绕组两相无刷直流电动机作为风机电动机时，风扇叶片可以直接嵌在外转子外壳63径向外表面。

参照图22至图25，外转子式双绕组两相无刷直流电动机有四个换相状态。在换相状态一时，绕组线圈A二＇22导通，在电机气隙中A相绕组N极磁场方向49从转子气隙内腔86内表面上端向上。绕组线圈B二＇20导通，在电机气隙中B相绕组N极磁场方向48从转子气隙内腔86内表面左侧向左。所述外转子式电动机在换相状态一时，内定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，转子气隙内腔86内表面左上侧是合成磁场的n极，转子气隙内腔86内表面右下侧是合成磁场的s极。

在换相状态二时，绕组线圈A一＇18导通，在电机气隙中A相绕组N极磁场方向49从转子气隙内腔86内表面下端向下。绕组线圈B二＇20导通，在电机气隙中B相绕组N极磁场方向48从转子气隙内腔86内表面左侧向左。所述外转子式电动机在换相状态二时，内定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，转子气隙内腔86内表面左下侧是合成磁场的n极，转子气隙内腔86内表面右上侧是合成磁场的s极。

在换相状态三时，绕组线圈A一＇18导通，在电机气隙中A相绕组N极磁场方向49从转子气隙内腔86内表面下端向下。绕组线圈B一＇26导通，在电机气隙中B相绕组N极磁场方向48从转子气隙内腔86内表面右侧向右。所述外转子式电动机在换相状态三时，内定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，转子气隙内腔86内表面右下侧是合成磁场的n极，转子气隙内腔86内表面左上侧是合成磁场的s极。

在换相状态四时，绕组线圈A二＇22导通，在电机气隙中A相绕组N极磁场方向49从转子气隙内腔86内表面上端向上。绕组线圈B一＇26导通，在电机气隙中B相绕组N极磁场方向48从转子气隙内腔86内表面右侧向右。所述外转子式电动机在换相状态四时，内定子部件两相绕组在电机气隙中合成磁场方向是，转子气隙内腔86内表面右上侧是合成磁场的n极，转子气隙内腔86内表面左下侧是合成磁场的s极。

所述外转子式电动机从换相状态一至换相状态四的过程中，内定子部件两相绕组在电机气隙中的合成磁场形成旋转磁场，定子旋转磁场与转子永磁体磁场相互作用产生电磁转矩，使外转子式双绕组两相无刷直流电动机起动并运行。

Claims (1)

1.一种双绕组两相无刷直流电动机，包括定子部件、转子部件(6)、控制器(30)；其特征在于双绕组两相无刷直流电动机转子磁极数为二极、定子槽数为四槽、定子绕组为双绕组工作方式；定子部件中有两相绕组，每相绕组包括两个绕组线圈，同相序两个绕组线圈在空间上相差一百八十度，相邻两个绕组线圈属于不同相序，相邻两个绕组线圈在空间上相差九十度；控制器(30)采用两个普通微型单相无刷直流风机的控制器芯片(29)，每个控制器芯片(29)内包含有一个霍尔传感器；或者，每个控制器芯片(29)与一个霍尔传感器分立元件配合使用；每个霍尔传感器放置在相邻两个绕组线圈之间；两个霍尔传感器放置位置在空间上相差九十度；控制器(30)使两相绕组的电流相位相差九十度电角度；或者，控制器(30)采用外接功率开关管(15)扩充电流驱动能力，该控制器(30)中还包括四个功率开关模块；

控制器(30)的接线图中，绕组线圈A一(4)、绕组线圈A二(9)组成A相绕组，A相绕组由控制器芯片A(3)控制；绕组线圈B一(12)、绕组线圈B二(7)组成B相绕组，B相绕组由控制器芯片B(10)控制；控制器芯片A(3)的引脚Ⅱ连接接地点(1)，控制器芯片A(3)的引脚Ⅰ连接绕组线圈A一(4)的首端，绕组线圈A一(4)的尾端连接电源母线(11)；控制器芯片A(3)的引脚Ⅲ连接绕组线圈A二(9)的首端，绕组线圈A二(9)的尾端连接电源母线(11)；控制器芯片B(10)的引脚Ⅱ连接接地点(1)，控制器芯片B(10)的引脚Ⅰ连接绕组线圈B一(12)的首端，绕组线圈B一(12)的尾端连接电源母线(11)；控制器芯片B(10)的引脚Ⅲ连接绕组线圈B二(7)的首端，绕组线圈B二(7)的尾端连接电源母线(11)；接地点(1)连接直流电源负极，电源母线(11)连接直流电源正极；

或者，控制器(30)采用外接功率开关管(15)扩充电流驱动能力，该控制器(30)的接线图中，功率开关管(15)采用场效应管或三极管，每个功率开关模块中包括功率开关管(15)和限流偏置电阻(16)，在采用P沟道结型场效应管的功率开关模块中，限流偏置电阻(16)并联在功率开关管(15)的栅极和源极之间；绕组线圈A一＇(18)、绕组线圈A二＇(22)组成A相绕组，A相绕组由控制器芯片A ＇(17)控制；绕组线圈B一＇(26)、绕组线圈B二＇(20)组成B相绕组，B相绕组由控制器芯片B ＇(24)控制；控制器芯片A ＇(17)的引脚Ⅱ连接接地点(1)，控制器芯片A ＇(17)的引脚Ⅰ连接功率开关模块A一(13)的栅极，功率开关模块A一(13)的源极连接电源母线(11)，功率开关模块A一(13)的漏极连接绕组线圈A一＇(18)的尾端，绕组线圈A一＇(18)的首端连接接地点(1)；控制器芯片A ＇(17)的引脚Ⅲ连接功率开关模块A二(14)的栅极，功率开关模块A二(14)的源极连接电源母线(11)，功率开关模块A二(14)的漏极连接绕组线圈A二＇(22)的尾端，绕组线圈A二＇(22)的首端连接接地点(1)；控制器芯片B ＇(24)的引脚Ⅱ连接接地点(1)，控制器芯片B ＇(24)的引脚Ⅰ连接功率开关模块B一(25)的栅极，功率开关模块B一(25)的源极连接电源母线(11)，功率开关模块B一(25)的漏极连接绕组线圈B一＇(26)的尾端，绕组线圈B一＇(26)的首端连接接地点(1)；控制器芯片B ＇(24)的引脚Ⅲ连接功率开关模块B二(23)的栅极，功率开关模块B二(23)的源极连接电源母线(11)，功率开关模块B二(23)的漏极连接绕组线圈B二＇(20)的尾端，绕组线圈B二＇(20)的首端连接接地点(1)；接地点(1)连接直流电源负极，电源母线(11)连接直流电源正极；

定子部件包括定子铁芯(31)、定子磁轭(32)和四个定子绕组，每个定子绕组包括绕组骨架(27)、绕组线圈(28)，绕组骨架(27)中间是骨架通孔(42)，绕组线圈(28)安装在绕组骨架(27)上；定子磁轭(32)呈环形，定子磁轭(32)径向内侧边缘均布四个连接凹槽(33)，连接凹槽(33)的轮廓呈燕尾形；定子铁芯(31)中间是环形的极靴(85)，极靴(85)的中间是圆形的定子气隙内腔(39)，极靴(85)径向外侧边缘均布有四个定子磁极，依次是定子磁极B二(36)、定子磁极A二(37)、定子磁极B一(40)、定子磁极A一(41)，每个定子磁极径向外侧端部各有一个连接榫头(34)，连接榫头(34)的轮廓呈燕尾形，并且连接榫头(34)的轮廓与定子磁轭(32)的连接凹槽(33)的轮廓相啮合；极靴(85)径向外侧边缘均布有四个隔磁凹槽(38)，每个隔磁凹槽(38)位于相邻两个定子磁极之间，每个隔磁凹槽(38)与定子气隙内腔(39)之间形成一个截面非常小的隔磁磁桥(35)；

转子部件(6)包括转轴(43)、转子铁芯(44)、隔磁衬套(45)、永磁体(46)，转轴(43)呈圆柱形，隔磁衬套(45)呈圆筒形，隔磁衬套(45)的材质是非导磁材料，隔磁衬套(45)安装在转轴(43)径向外表面的中间位置；转子铁芯(44)呈圆筒形，转子铁芯(44)径向外表面安装有二个瓦片形的永磁体(46)，相邻永磁体(46)径向外表面互为异性磁极；转子铁芯(44)安装在隔磁衬套(45)的径向外表面；

双绕组两相无刷直流电动机在装配时，把四个定子绕组分别安装在定子铁芯(31)的定子磁极上，把定子铁芯(31)的连接榫头(34)安装在定子磁轭(32)的连接凹槽(33)中，把控制器(30)安装在定子部件上，并把绕组线圈(28)与控制器(30)用导线(2)连接，再把转子部件(6)安装在定子铁芯(31)的定子气隙内腔(39)中。