CN211579844U - 电动装置和电动泵 - Google Patents

Abstract

一种电动装置，包括定子组件、转子组件、霍尔传感器、电控板，该电动装置通过将霍尔传感器沿着转子组件旋转方向偏移设定角度，使定子绕组的电源切换时霍尔传感器处于非磁极交界面，霍尔位置磁密相对较大，减小了定子绕组电源切换引起的磁密变化对霍尔信号的切换的影响，降低了霍尔传感器误操作发生概率，电动装置运行较稳定。

Description

电动装置和电动泵

技术领域

本实用新型涉及一种电动装置和包含该电动装置的电动泵。

背景技术

电动装置包括定子组件、转子组件和霍尔传感器，霍尔传感器作为位置传感器，具有电磁干扰小、寿命长、工作可靠性高、结构简单、成本低廉等诸多优点，被广泛应用于驱动小型或微型风扇及泵。

霍尔传感器作为位置传感器检测所在位置的转子组件的径向磁密，并根据磁密正负交变输出高低电平反馈至控制电路，然后控制电路控制定子绕组进行通电时序切换。本申请的发明人发现，对于双绕组的爪极式定子组件，当一相绕组开通，另一相绕组关断时，可能发生霍尔所在位置的磁密突然跳变现象，有可能引发霍尔传感器误操作，增加绕组误切换发生概率。

实用新型内容

本技术方案的目的在于提供一种电动装置以及电动泵，有利于减少霍尔传感器误操作发生概率、有利于稳定运行。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电动装置，包括定子组件、转子组件、霍尔传感器、电控板，所述定子组件包括定子铁芯和缠绕于所述定子铁芯的两套匝数相同方向相反的定子绕组，所述定子铁芯为爪极式定子铁芯，所述霍尔传感器能够检测所述转子组件的位置并输出信号至所述电控板，所述电控板与所述定子绕组电连接/信号连接，所述电控板控制所述定子绕组的电源开通或者关断，所述霍尔传感器与所述定子组件固定连接并与所述电控板电连接，所述霍尔传感器与定子铁芯的一个爪极对应安装，所述霍尔传感器位于自该定子爪极的中心轴线向沿着所述转子组件旋转方向偏离设定角度，该设定角度大于0°小于90°。

一种电动泵，包括以上所述的电动装置，还包括叶轮，所述叶轮与所述转子磁环固定连接或一体成形。

本技术方案的电动装置，包括定子组件、转子组件、霍尔传感器、电控板，霍尔传感器能够检测转子组件的位置并输出信号至电控板，电控板控制定子绕组的开通或者关断，霍尔传感器沿着转子组件旋转方向偏移设定角度，使定子绕组的电源切换相对霍尔传感器电信号的切换超前切换，当两相绕组电源切换时，霍尔传感器尚未处于磁极交界面，霍尔传感器检测到的磁密相对较大，减小了两相绕组电源换相引起磁密的变化对霍尔信号切换的影响，降低了霍尔传感器误操作发生概率，使电动装置运行更稳定。

本技术方案的电动泵，包含上述电动装置，运行也更稳定。

附图说明

图1为电动装置的一种实施方式的一个剖视结构示意图；

图2为图1中定子组件的一种实施方式的立体结构示意图；

图3为图1中转子组件的一种实施方式的立体结构示意图；

图4为图3的转子组件沿轴线方向的一个剖视结构示意图；

图5为电动装置的定子组件、转子组件、霍尔传感器组合的立体结构示意图；

图6为图5的俯视结构示意图；

图7为电动装置的控制电路的原理示意图；

图8为第一实施例未通电时电动装置沿轴向切割展开的结构示意图；

图9为第一实施例的两相绕组电压U_A/U_B、霍尔信号Hall及霍尔位置磁密随机械角变化示意图；

图10为两相绕组电源切换与霍尔信号切换同步进行的绕组电压U₁/U₂、霍尔信号Hall及霍尔位置磁密随机械角变化示意图；

图11为第二实施例的两相绕组电压U_A/U_B、霍尔信号Hall及霍尔位置磁密随机械角变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。本文中的上、下等方位词是以说明书附图为视角，目的便于说明本实用新型的技术方案，而不应理解为是对本实用新型保护结构的限制。下文中所述的轴向是指本实用新型所提供电动装置的转轴轴线方向。

参见图1-6，一种电动装置，包括定子组件100、转子组件200、霍尔传感器300、电控板400，以及罩于定子组件100、转子组件200、霍尔传感器300、电控板400外部的外壳500。定子组件100包括定子铁芯和缠绕于定子铁芯上的两套定子绕组，定子组件100套设于转子组件200外周，作为其他实施方式，转子组件也可套设于定子组件外周；电控板400上印刷有控制电路，霍尔传感器300与定子组件100固定连接，霍尔传感器300与电控板400电连接，霍尔传感器300能够检测霍尔传感器所在位置(以下简称霍尔位置)的转子组件的径向磁密的正负交变，输出高、低平信号的反馈信号至控制电路，控制电路根据该反馈信号控制定子绕组的通电时序。

参见图2，定子组件100包括定子铁芯和两套定子绕组，定子铁芯为单相爪极式定子铁芯，定子铁芯包括定子外套130、上极板110、下极板120，上极板110具有4个上爪极111a，下极板120也具有4个下爪极111b，上爪极、下爪极统称为爪极，上极板110与下极板120相对设置，上极板110的上爪极与下极板120的下爪极间隔设置，2个爪极组成一对爪极，定子组件100共具有4对爪极，定子外套130设于上极板110与下极板120的外周。两套定子绕组分别记为A、B相绕组，A、B相绕组的匝数相同，A、B相绕组的绕向相反，A、B相绕组缠绕于定子外套130与上极板110、下极板120的之间并位于爪极和定子外套130之间，附图2上未显示A、B相绕组。A、B相绕组与电控板400通过插针(附图未示出)电连接/信号连接。

转子组件200的结构参见图3、4，包括转子磁环220、转轴210、轴承套240。转子磁环220充磁，均匀分布有磁极N 221、磁极S 222间隔设置的共8极磁极，2个磁极为一对，共4对磁极，磁极对数p＝4。转子组件200中，转轴210位于中心，轴承套240套设于转轴210的外周并与转轴滑动接触，转子磁环220间接或直接与轴承套240固定连接，转子磁环220跟随轴承套240转动。

当电动装置作为电动泵的一部分应用时，转子组件200还包括叶轮230，叶轮230与转子磁环220固定连接或注塑成一体，当转子磁环220转动时叶轮230跟随转子磁环220一起转动。当然电动装置除了用作泵装置外，还可以应用于小型风扇等。

霍尔传感器300包括霍尔本体310和设置于霍尔本体上的引线320，引线320与霍尔本体310固定连接或一体成形，引线320与霍尔本体310电连接。霍尔本体310与定子组件100固定连接，图5中霍尔本体310靠近定子组件100的上端面设置，也就是靠近上极板的上端面设置，方便与电控板的接线；霍尔传感器300的感应面尽量靠近转子磁环220外表面，离转子磁环220外表面距离过远，检测结果误差较大。霍尔传感器300的引线320与电控板400电连接，霍尔传感器300检测霍尔位置的径向磁密的正负交变，输出高、低平的反馈信号并反馈至控制电路。霍尔传感器300可以为开关型霍尔传感器、线性型霍尔传感器；出于成本角度考虑，霍尔传感器300可选择开关型霍尔传感器。开关型霍尔传感器仅有开、关两种状态，开状态输出高电平，关状态输出低电平，无法像线性型霍尔传感器那样能够输出电压与外加磁场强度的线性关系。在本实施例中，开关型霍尔传感器根据磁场强度的一个周期变化完成一次开关动作，已足够达到所需要求，因此为控制成本，选择开关型霍尔传感器。

控制电路的原理示意图如图7所示，包括逻辑控制模块、驱动模块及半桥驱动电路。图7中还显示了转子位置采样模块，该模块包含上述霍尔传感器，能够采集转子位置并输出反馈信号，反馈信号反馈至相连的逻辑控制模块，逻辑控制模块输出端与驱动模块输入端电连接，驱动模块输出端与半桥驱动电路电连接。半桥驱动电路包括两个MOS管Q_A、Q_B，第一MOS管Q_A的漏极与电源VCC连接，第一MOS管Q_A的源极与A相绕组M_A串联后接地，第一MOS管Q_A的栅极与驱动模块输出端电连接；第二MOS管Q_B的漏极与电源VCC连接，第二MOS管Q_B的源极与B相绕组M_B串联后接地，第二MOS管Q_B的栅极与驱动模块输出端电连接。转子位置采样模块采集转子位置信号后反馈至相连的逻辑控制模块，逻辑控制模块输出信号至驱动模块，驱动模块根据逻辑控制模块的命令交替驱动第一MOS管Q_A、第二MOS管Q_B导通或者关断，从而控制相应的定子绕组通电或断电。

霍尔传感器300与上极板的一个上爪极111a-1对应安装，霍尔传感器300位于自该上爪极111a-1的中心轴线向沿着转子组件旋转方向(图6中箭头所示方向)偏离设定角度α，该设定角度α大于0°。如图6所示，以定子组件100的上端面所在平面为第一平面140，将霍尔传感器300的霍尔本体310在竖直方向的中心轴线往下延伸至与第一平面140相交，交点记为第一交点611。将定子组件100的中心轴线与第一平面140相交的交点记为第二交点612。将与霍尔传感器300对应的上爪极111a-1的中心轴线延长至与第一平面140相交，交点记为第三交点613，此处霍尔传感器300对应的的上爪极111a-1是指与霍尔传感器300的霍尔本体对应安装的上爪极，第一交点611始终位于该上爪极111a-1的范围内，不超出该上爪极111a-1的范围。连接第二交点612和第一交点611，得到第一线段610；连接第二交点612和第三交点613，得到第二线段620，第一线段610与第二线段620之间的夹角即为设定角度α。设定角度α与磁极对数p满足以下关系：35°<α·p<90°，本实施例中磁极对数p＝4，代入上述关系中即得：8.75°<α<22.5°。

本技术方案的第一实施例，霍尔传感器300位于自对应的定子爪极111a-1的中心轴线向沿着转子组件旋转方向偏离15°，即上述的设定角度α为15°，α·p＝60°。将图1所示的电动装置沿轴向切割展开，对其作简化后的结构示意图如图8，整个电动装置一周为360°，相邻的两个爪极中心轴线之间的夹角为45°，相邻的两个磁极中心轴线之间的夹角也为45°。在定子绕组未通电时，由于转子磁环220的磁极对定子爪极的相互吸引力，各个磁极中心轴线和爪极中心轴线是对准，切向力为零，因此，转子组件200在此位置处于静平衡状态。转子磁环220的磁极交界面经过霍尔传感器时，霍尔传感器所在位置的转子组件的径向磁密发生正负交变，霍尔传感器输出高或低电平信号的反馈信号，电控板接收到霍尔传感器300的反馈信号后控制对应绕组通电，定子组件产生激励磁场，与转子磁场相互作用产生转矩，驱动转子磁环220旋转。本文磁极交界面是指相邻磁极N、S之间的交界面，正负交变是指磁密由正值变为负值或由负值变为正值。

本实施例两套绕组电压U_A/U_B、霍尔Hall信号及霍尔位置磁密随机械角变化示意图见图9，A相绕组电压U_A、B相绕组电压U_B、Hall信号及霍尔位置磁密随着机械角做周期性变化，一个变化周期为机械角90°。定子爪极的中心轴线与转子磁环的磁极中心轴线重合时为原点机械角0°，沿着转子组件的旋转方向，本实施例具体为逆时针方向，转子组件转过的实际角度作为横坐标。在机械角为7.5°、52.5°、97.5°时，由于A、B两相通电时序的切换，此时霍尔位置的磁密发生了较大幅度的跳变。例如7.5°时，第二MOS管Q_B通导，B相绕组通电，电压U_B上升，与A相绕组相连的第一MOS管Q_A断开，电压U_A降低，A相绕组内电流形成的反电动势与B相绕组电磁感应到A相绕组的感应电动势方向一致，并进行叠加，形成较大的电动势，从而使得电磁场突变，因此在霍尔位置的磁密发生了较大幅度的跳变。按申请人之前的方案在该位置霍尔传感器的Hall信号切换与绕组电源切换同时进行，参见图10，以7.5°位置为例，此时Hall信号本应从低电平变为高电平，但由于绕组电源切换引起的磁密突然跳变，存在若干个磁密正负交变的点，容易发生霍尔传感器误操作现象，导致定子绕组误切换。

因此基于申请人的上述发现，本实施例将霍尔传感器的位置沿着转子组件旋转方向自对应的爪极中心轴线偏离设定角度α，α为15°，使得霍尔传感器位置滞后图10所示的绕组电源切换与霍尔信号切换同步进行的霍尔传感器位置7.5°，因此本实施例A、B相绕组电源换相时转子组件的磁极交界面还未经过霍尔传感器，霍尔传感器还未检测径向磁密的正负交变，此时从图9上也可发现横坐标为7.5°时霍尔位置的磁密较大。当霍尔传感器检测磁密由负值变为正值时为横坐标机械角15°位置，已避过磁密跳变区域，减小了A、B相绕组通电时序切换引起的电磁场突变对霍尔信号的干扰，降低了霍尔传感器误操作发生概率，电动装置运行更稳定。

本技术方案的第二实施例，霍尔传感器300位于自对应的定子爪极111a-1的中心轴线向沿着转子组件旋转方向偏离20°，即上述的设定角度α为20°，α·p＝80°。此时两套绕组电压U_A/U_B、霍尔Hall信号及霍尔位置磁密随机械角变化示意图见图11，本实施例霍尔传感器位置滞后图10所示的绕组电源切换与霍尔信号切换同步进行的霍尔传感器位置12.5°，与上一实施例相似，本实施例A、B相绕组电源换相时转子组件的磁极交界面还未经过霍尔传感器，霍尔传感器还未检测径向磁密的正负交变，当霍尔传感器检测磁密由负值变为正值时为横坐标机械角20°位置，已避过磁密跳变区域，减小了A、B相绕组通电时序切换引起的电磁场突变对霍尔信号的干扰，降低了霍尔传感器误操作发生概率。

需要说明的是，设定角度α也不仅限于15°、20°这两个具体实施例，满足35°<α·p<90°，磁极对数p为4时，8.75°<α<22.5°，在该范围内也能实现同样的效果，具体地设定角度α可以为9°、10°、11°、12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°、19°、20°、21°、22°等角度，均能使两相绕组电源切换时霍尔传感器处于非磁极交界面，减小电源换相产生的磁场突变对霍尔信号的干扰。霍尔传感器设定角度α为7.5°时，即α·p＝30°，霍尔信号切换与绕电源切换相同时进行，如图10所示，此时电动装置输出平均扭矩最大，因此为了保证电动装置输出平均扭矩不变，本技术方案绕组电源切换时序不变，将霍尔位置后移，使α·p>30°，具体地α·p>35°，使霍尔传感器检测磁密的正负交变时能够避过磁密跳变区域。当霍尔传感器设定角度α为22.5°，即α·p＝90°时，转子磁极中心轴线与定子爪极中心轴线对齐，转子切向力方向交变，转速开始变化；另外，若绕组的通电时序切换超前霍尔信号的角度过大，转子转速变化较大，计算软件根据转子转速计算的转子磁极交界面到达时间误差较大，使得控制精度下降，电动装置输出扭矩降低，因此建议α·p<90°。

此处作为优选的推荐，在35°<α·p<90°基础上进一步建议45°≤α·p≤80°，磁极对数p为4时，11.25°≤α≤20°。设定角度α在8.75°～11.25°之间时，电源换相产生的磁场突变对霍尔信号的干扰虽然减小但可能仍然有一定影响，因此建议设定角度α≥11.25°。如前所述，绕组通电时序切换超前霍尔信号的角度过大，转子转速变化较大，计算软件根据转子转速计算的转子磁极交界面到达时间误差较大，使得控制精度下降，电动装置输出扭矩降低，因此为了较高的控制精度和一定的输出扭矩，建议α·p≤80°。

可以理解的是，本技术方案的电动装置并不仅限于具体实施方式中转子磁环为8极磁极(磁极对数p＝4)的情况，也可以拓展为磁极对数p为2、3、5、6、7、8、9、10等情况。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (11)

1.一种电动装置，包括定子组件、转子组件、霍尔传感器、电控板，所述定子组件包括定子铁芯和缠绕于所述定子铁芯的两套匝数相同方向相反的定子绕组，所述定子铁芯为爪极式定子铁芯，所述霍尔传感器能够检测所述转子组件的位置并输出信号至所述电控板，所述电控板与所述定子绕组电连接/信号连接，所述电控板控制所述定子绕组的电源开通或者关断，所述霍尔传感器与所述定子组件固定连接并与所述电控板电连接，其特征在于：所述霍尔传感器与定子铁芯的一个爪极对应安装，所述霍尔传感器位于自该定子爪极的中心轴线向沿着所述转子组件旋转方向偏离设定角度，该设定角度大于0°小于90°。

2.根据权利要求1所述的电动装置，其特征在于：定义所述霍尔传感器靠近所述定子组件的第一平面安装，所述霍尔传感器与所述定子铁芯的一个爪极对应安装，所述霍尔传感器的中心轴线与所述第一平面的交点为第一交点，所述定子组件的中心轴线与所述第一平面的交点为第二交点，与所述霍尔传感器对应安装的爪极的中心轴线与所述第一平面的交点为第三交点，连接所述第一交点和所述第二交点形成第一线段，连接所述第三交点和所述第二交点形成第二线段，所述第一线段与所述第二线段的夹角为所述设定角度，所述设定角度满足以下关系：35°<α·p<90°，其中p为所述转子组件的磁极对数，α为所述设定角度。

3.如权利要求2所述的电动装置，其特征在于：所述定子铁芯包括定子外套、上极板、下极板，所述上极板具有上爪极，所述下极板具有下爪极，所述上极板、下极板相对设置，所述上爪极与所述下爪极间隔设置，所述定子外套位于所述上极板、下极板的外周，所述定子绕组位于所述上爪极、下爪极和所述定子外套之间，所述定子绕组与所述电控板电连接，所述第一平面为所述上极板的上端面，所述霍尔传感器靠近所述上极板的上端面安装，并与所述上爪极对应设置。

4.如权利要求3所述的电动装置，其特征在于：所述霍尔传感器为开关型霍尔传感器，所述霍尔传感器包括霍尔本体和位于霍尔本体上的引线，所述引线与所述霍尔本体电连接，所述引线与所述电控板电连接，所述霍尔本体与所述上极板固定连接并与所述上极板的一个上爪极对应设置，所述霍尔本体靠近所述转子组件设置，所述霍尔本体在竖直方向的中心轴线与所述上极板的上端面的交点为所述第一交点，所述第一交点位于所述上爪极的范围内。

5.如权利要求1～4任一项所述的电动装置，其特征在于：所述转子组件包括转子磁环、转轴、转动轴承套，所述转子磁环均匀分布有磁极N、磁极S，磁极N、磁极S间隔分布，所述转轴位于所述转子组件的中心，所述转动轴承套与所述转子磁环直接或间接固定连接，所述转动轴承套套设于所述转轴的外周并与所述转轴滑动连接。

6.如权利要求1～4任一项所述的电动装置，其特征在于：所述电控板具有控制电路，所述控制电路包括转子位置采样模块、逻辑控制模块、驱动模块及半桥驱动电路，所述转子位置采样模块输入端电接霍尔传感器，所述转子位置采样模块输出端与所述逻辑控制模块输入端电连接，所述逻辑控制模块输出端与所述驱动模块输入端电连接，所述驱动模块输出端与所述半桥驱动电路电连接；所述半桥驱动电路包括第一MOS管、第二MOS管，所述第一MOS管与所述定子组件中的一套定子绕组串联连接，所述第二MOS管与所述定子组件中的另一套定子绕组串联连接，所述第一MOS管、第二MOS管的栅极分别连接所述驱动模块的输出端。

7.如权利要求5所述的电动装置，其特征在于：所述电控板具有控制电路，所述控制电路包括转子位置采样模块、逻辑控制模块、驱动模块及半桥驱动电路，所述转子位置采样模块输入端电接霍尔传感器，所述转子位置采样模块输出端与所述逻辑控制模块输入端电连接，所述逻辑控制模块输出端与所述驱动模块输入端电连接，所述驱动模块输出端与所述半桥驱动电路电连接；所述半桥驱动电路包括第一MOS管、第二MOS管，所述第一MOS管与所述定子组件中的一套定子绕组串联连接，所述第二MOS管与所述定子组件中的另一套定子绕组串联连接，所述第一MOS管、第二MOS管的栅极分别连接所述驱动模块的输出端。

8.如权利要求1～4、7任一项所述的电动装置，其特征在于：所述转子组件的磁极数量与所述定子组件的爪极数量相同，所述磁极对数为2～10对，所述设定角度与所述磁极对数满足以下关系：45°≤α·p≤80°，其中p为所述转子组件的磁极对数，α为所述设定角度。

9.如权利要求5所述的电动装置，其特征在于：所述转子组件的磁极数量与所述定子组件的爪极数量相同，所述磁极对数为2～10对，所述设定角度与所述磁极对数满足以下关系：45°≤α·p≤80°，其中p为所述转子组件的磁极对数，α为所述设定角度。

10.如权利要求6所述的电动装置，其特征在于：所述转子组件的磁极数量与所述定子组件的爪极数量相同，所述磁极对数为2～10对，所述设定角度与所述磁极对数满足以下关系：45°≤α·p≤80°，其中p为所述转子组件的磁极对数，α为所述设定角度。

11.一种电动泵，包括权利要求1～10任一项所述的电动装置，还包括叶轮，所述叶轮与所述转子组件的转子磁环固定连接或一体成形。

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