CN2420775Y - 具径向绕线径向气隙的直流无刷马达 - Google Patents

Abstract

一种具径向绕线径向气隙的直流无刷马达,该马达的定子主要包含一径向定子座及二导线。该径向定子座设有数个极臂供导线卷绕。该二导线则同时在各极臂上依序连续卷绕形成线圈以构成一定子,该导线的线端形成线圈组接点供连接于控制电路。

Description

具径向绕线径向气隙的直流无刷马达

本实用新型涉及一种具径向绕线径向气隙的直流无刷马达，特指利用双导线同时绕线于径向定子座的极臂上形成线圈以构成一直流无刷马达的定子。

图1是一传统双组线圈马达驱动电路示意图。此例中包括一霍尔元件1；一个IC形式的马达驱动器9，其接收霍尔元件的输出并提供一驱动电流给一马达8，马达8即由IC马达驱动器9驱动。双组线圈直流无刷马达通常用于风扇马达8(以下简称马达8)，这种马达8通常采用的是，直流马达的定子上设有可产生一旋转磁场的径向线圈，而其转子则由一永久磁铁形成。霍尔元件1侦测永久磁铁所产生的磁场来决定马达的旋转相位。马达驱动器9设有一放大器2(以下简称AMP2)，一驱动脉冲产生电路3以及输出一驱动电流给马达8的第一和第二驱动电路4和5。放大器AMP2将霍尔元件1输出的电流放大且将其输出。驱动脉冲产生电路3将放大器AMP2的输出信号整形并输出相位差为180°且负载为50％的二驱动脉冲4a和5a(图2中的b和c)。第一驱动脉冲电路4其外部端子6和接地端子之间根据其输入端接收到的驱动脉冲4a，在导通和不导通之间切换，这样第一驱动电路4通过切换操作吸收由电源线+Vcc供应到马达的驱动电流。第二驱动电路5为功能与第一驱动电路相同的电路，即其外部端子7和接地线之间根据其输入端接收到的驱动脉冲5a，在导通和不导通之间切换。

进一步讲，第一驱动电路4是由达林顿连接法连接的晶体管Q11和Q12组成，晶体管Q11的集电极在驱动级是连接到外部端子6，而基极是要接收驱动脉冲4a。晶体管Q12的集电极在输出级是连接到外部端子6，基极连接到晶体管Q11的发射极，而其发射极则连接到接地线。第一驱动电路4还包含一齐纳二极管21，其阴极连接到外部端子6，其阳极则连接到晶体管Q11的基极。类似地，第二驱动电路5也是由达林顿连接法连接的晶体管Q13和Q14组成。晶体管Q13的集电极在驱动级是连接到外部端子7，而基极是要接收驱动脉冲5a。晶体管Q14的集电极在输出级是连接到外部端子7，基极是连接到晶体管Q13的发射极，而其发射极则连接到接地线。类似于第一驱动电路4，第二驱动电路5还包含一齐纳二极体Z2，其阴极连接到外部端子7，其阳极则连接到晶体管Q13的基极。

下面结合图2中的信号波形来解释具有上述构造的，传统马达驱动器的工作原理。

为了决定马达转子的相位，霍尔元件1的输出信号输出给AMP2，而由AMP2放大的信号(图2中的a)输出到驱动脉冲产生电路3。驱动脉冲产生电路3将AMP2输出信号整形(例如以一逻辑电路)，修正其相位，且产生二驱动脉冲4a(图2中的b)和5a(图2中的c)，二者相位差180°且波形相反。

驱动脉冲4a是供给第一驱动电路4中晶体管Q11的基极，驱动脉冲5a则供给第二驱动电路5中晶体管Q13的基极。在第一驱动电路4中，当驱动脉冲4a在高电位时(以下称之为ON)，晶体管Q12切换成ON，而外部端子6和接地线之间导通(见图2中的d)。结果，电源+Vcc的驱动电流供应到单相马达8的一组线圈8a且流向外部端子6。当驱动脉冲4a在低电位时(以下称之为OFF)晶体管Q12切换成OFF，而外部端子6和接地线之间截止(见图2中的d)。结果，线圈8a中的驱动电流中断。由于驱动电流流通路径在此时消失，线圈8a中感应产生的电压供给齐纳二极管Zl，而当电压超过齐纳二极管的击穿电压时，电流通过齐纳二极管Zl且在该处发散能量。

第二驱动电路5的操作与第一驱动电路4相似，除了其输入信号相位与第一驱动电路4相位差180°。当驱动脉冲5a为ON时，晶体管Q14切换成ON，而外部端子7和接地线之间为导通(见图2中的e)。结果，电源+Vcc的驱动电流供应到单相马达8的另一组线圈8b且流向外部端子7。当驱动脉冲5a为OFF时，晶体管Q14切换成OFF，而外部端子7和接地线之间为截止(见图2中的e)，结果，线圈8b中的驱动电流中断，且线圈8b中的电流流向齐纳二极管z2且在该处发散。

综上所述，马达驱动器9产生二驱动脉冲4a和5a，其相位差为180°，且交替提供驱动电流给马达8的二线圈8a和8b，使马达转子转动。

再请阅图3所示，其是一单组线圈的无刷直流马达驱动电路图，此例中亦包括有一霍尔感应元件110可感应转子磁极的N、S极性，而输出脉波信号。当霍尔感应元件110的输出为高电位(Hi)时，可触发令第一组晶体管101、102、103导通(ON)，同时晶体管104亦导通(ON)，使得第二组晶体管105、106、107截止(OFF)，因此，在线圈108的接点V₁形成低电位，接点V₂形成高电位，线圈108内的电流是由接点V₂流向接点V₁的。反之，当霍尔感应元件110的输出为低电位(L0)时，第一组晶体管101、102、103截止(OFF)，且同时晶体管104亦截止，则第二组晶体管105、106、107受触发而导通(ON)，因此，在线圈108的接点V₁为高电位，接点V₂为低电位，线圈108内的电流由接点V₁流向接点V₂位置。如此，周而复始地交互动作，便可在线圈108内形成交互正反导通的电流通过，使得线圈108产生交变磁场，以驱动马达转子转动。以上所述二种驱动电路是各适用于一般的单组或双组线圈的无刷直流马达。

图4是揭示利用现有的径向绕线方法形成的定子100。图5揭示导线111在定子100的极臂112进行绕线的径向绕线方法。请参照第四及五图所示，当导线111对定子100烧线前，该导线111一端形成一第一接点V₁。在定子100上绕线的导线111对半数极臂112进行绕线完成时必须停顿，以便拉出导线111形成另一接点V₀(亦即共接点)，再继续对剩下的半数极臂112进行绕线。当所有极臂112完成绕线时，该导线111另一端形成第三接点人V₂。该导线111在定子100上绕线完成后具有三个接点，因此定子100可利用第一图所示的双组线圈马达驱动电路，以产生交变的旋转磁场以驱动具N、S磁极的转子300。然而，该上述现有径向绕线方法因需引拉出第三接点亦即共接点V₀，因而在绕线过程中必须停顿不能一次卷绕完成。

再阅图6、7所示，其是另一现有径向绕线方式形成的定子100，其亦可以导线111在定子100的极臂112进行径向卷绕的绕线方法，当导线111对定子100卷绕前，该导线111一端形成第一接点V₁，而当卷绕完所有定子100的极臂112后，该导线111的另一端形成第二接点V₂，而卷绕完成绕线的定子100可利用图3所示的单组线圈马达驱动电路产生在单组线圈上正反电流导通，以产生交变的旋转磁场供驱动具N、S磁极的转子300，此现有径向绕线方法是以单一导线进行绕线，其必须依所需的线圈匝数在定子100的各极臂112上绕上相等于匝数的圈数。因此若在定子的极臂112上卷绕所需的线圈匝数，除非加快绕线速度外，否则不可能减少定子的绕线时间。但在绕线速度有一定极限的情况下，实际上并无法减少定子的绕线时间。

本实用新型的主要目的是提供一种具径向绕线径向气隙的直流无刷马达，其采用双导线同时卷绕定子各磁极臂以形成线圈，因此可不需绕线停顿引拉接点的过程，且绕线时间亦可减少1/2，使其具有增加定子绕线效率的功效。

本实用新型的次要目的是提供一种具径向绕线径向气隙的直流无刷马达，其采用双导线同时绕线方法，因此可在定子绕线完成后再决定引拉出二个接点或三个接点，使绕线完成的定子可通用于单组或双组线圈的无刷直流马达。

本实用新型的的另一目的，是提供一种具径向绕线径向气隙的直流无刷马达，其采用双导线同时绕线方法，因此绕线时，导线所受的拉力是由二导线均分，因此导线在卷绕时不易发生断线，进而提高定子绕线的效率。

本实用新型为了改良现有技术的缺点，主要采用双导线同时卷绕的方法形成定子的线圈，其只需要卷绕1/2的所需线圈匝数的绕线即可达成所需线圈匝数的定子线圈，以增加定子绕线效率。再者，由于本实用新型采用双导线同时绕线方法，一方面在定子绕线形成线圈后，将两导线一端连接形成一接点，以替代传统绕线过程中停顿拉出接点的过程，以完成双组线圈的无刷直流马达所需的引接出三个接点的定子线圈。或是在二条导线同时卷绕定子完成绕线后，再将两导线一端串接，而二导线的另一端各形成一接点，以达到单组线圈的无刷直流马达所需的引接出两个接点的定子线圈。因此，本实用新型可在定子线圈完成绕线后再决定引拉出二个接点或三个接点，以适用于单组线圈或双组线圈的无刷直流马达，其不仅减少定子绕线的时间，且绕线完成后的定子更可配合如前所述不同的驱动电路，以供不同马达使用。本实用新型中的二导线是不同颜色的导线。

根据本实用新型的具径向绕线径向气隙的直流无刷马达，该马达主要包含一径向定子座及二不同颜色的导线。该径向定子座设有数个极臂供导线卷绕。该二导线则同时在各极臂上依序连续卷绕形成线圈以构成定子，且该导线的线端形成线圈组的接点供连接于控制驱动电路。这样因没有了绕线过程中的停顿，且减少了绕线圈数，提高了定子绕线效率。同时，绕线完成后的定子可配合不同的驱动电路，以供不同马达使用。

本实用新型的附图说明如下：

图1为现有双组线圈无刷直流马达的驱动电路图；

图2为解释第1图现有双组线圈无刷直流马达电路操作的同步信号波形；

图3为现有的单组线圈的无刷直流马达的驱动电路图；

图4为现有径向绕线双组线圈的四极无刷直流马达构造示意图；

图5为现有径向绕线双组线圈的四极无刷直流马达的定子绕线方法示意图

图6为现有径向绕线单组线圈四极无刷直流马达构造示意图；

图7为现有径向绕线单组线圈四极无刷直流马达的定子绕线方法示意图；

图8为本实用新型第一较佳实施例的马达构造示意图；

图9为本实用新型第一较佳实施例的定子绕线方法示意图；

图10为本实用新型第二较佳实施例的马达构造示意图；

图11为本实用新型第二较佳实施例的定子绕线方法示意图。

图中：

1         霍尔元件            2    大器

3         驱动脉冲产生电路    4    第一驱动电路

5         第二驱动电路        6    端子

7         端子                8    马达

9         马达驱动器          100  定子

101-107   晶体管

108       线圈                110  霍尔感应元件

11        导线                112  极臂

200       定子座              201  极臂

202       线圈

210       第一导线            211  线端

212       线端

220       第二导线            221  线端

222       线端

300       转子

下面为了让本实用新型更明确被了解，将特举本实用新型较佳实施例，并结合其附图，作详细说明。

请参照图8所示，其是本实用新型第一较佳实施例的马达构造示意图。该马达主要包含一具四个极臂201的径向定子座200及具N、S磁极的转子300，该四个极臂201可供导线210、220进行卷绕形成线圈202以完成定子构造。该线圈202可配合前述的驱动电路，在各极臂201的径向形成交变磁场供驱动具N、S磁极的转子300旋转。本实用新型的线圈202是由一第一导线210(实线)及一第二导线220(虚线)同时卷绕形成，该绕线方法只需要卷绕1/2所需线圈匝数的绕线，即可以达成所需线圈匝数的定子线圈202。且本实用新型的定子座200可在绕线形成定子后再决定拉出二个接点或三个接点，以连接于控制驱动电路(如前所述的现有控制驱动电路)。若需引拉三个接点，则将第一导线210一端211做为第一接点V₁，第一导线210的另一端212以及第二导线220一端221串接形成另一接点V₀，以替代传统绕线过程中停顿拉出接点的过程，而第二导线220另一端222为第三接点V2，因此本实用新型将第一导线210一端及第二导线220一端串接以替代传统绕线过程中停顿拉出接点的过程，并完成引拉出三个接点的定子构造，该定子构造是可配合驱动电路以供双组线圈的无刷直流马达使用。

再者，若将定子座200拉出两接点则只需将第一导线一端212及第二导线一端221串接，而第一导线另一端211及第二导线另一端222各形成接点，以完成引拉两个接点的定子构造，由于本实用新型定子座200绕线完成后再决定拉出二个接点或三个接点，使其具有简化绕线过程的功能。

请再参照图9所示，其以四极为例揭示本实用新型较佳实施例定子绕线方法的示意图。如图8、及图9所示，本实用新型较佳实施例定子绕线方法主要是在定子座200的一极臂201a上，同时用第一导线210及第二导线220进行顺时针方向卷绕，接着再对邻接极臂201b上进行逆时针方向卷绕，再对邻接极臂201c上进行顺时针方向卷绕，最后再对邻接极臂201d上进行逆时针方向卷绕，亦即以二导线210、220同时在各极臂201上依序连续卷绕形成线圈，且相邻的极臂以相反方向卷绕，其绕线过程中并不需要停顿拉出接点的过程。由于本实用新型可在定子座200绕线完成形成定子后再决定拉出二个接点或三个接点，以适用于单组线圈马达或双组线圈马达，且在进行绕线过程中不需要中断引拉接点，又绕线时间可减少1/2。再者，本实用新型是二导线同时卷绕，因此在绕线过程中导线发生断线问题可降低。

再请阅图10、11所示，其是本实用新型另一较佳实施例的马达构造示意图及定子绕线方法示意图，将第一导线210及第二导线220同时以顺时针方向卷绕极臂201a及极臂201c，接着再以逆时针方向卷绕极臂201b、201d，亦即以二导线210、220同时卷绕于各极臂上，且先以同一方向卷绕于各不相邻的极臂后，再以相反方向卷绕其余极臂，相同的，该绕线过程中并不需要停顿拉出接点的过程。

Claims (5)

1、一种具径向绕线径向气隙的直流无刷马达，包含：一径向定子座，其具有偶数个极臂；一第一导线，其包含二线端；一第二导线，其包含二线端，其特征在于：该第一导线及第二导线同时在该径向定子座的极臂上依序连续卷绕形成线圈组并引出接点；该第一导线及第二导线的线端形成的接点可供连接于控制驱动电路。

2、权利要求1所述的具径向绕线径向气隙的直流无刷马达，其特征在于：第一导线与第二导线是同时卷绕于各极臂上，且将第一导线的一端做为一接点，第一导线的另一端与第二导线的一端串接形成另一接点，第二导线的另一端则形成第三接点，以形成引拉出三个接点的定子线圈。

3、权利要求1所述的具径向绕线径向气隙的直流无刷马达，其特征在于：第一导线与第二导线是同时卷绕于各极臂上，且将第一导线一端与第二导线一端串接，而第一导线另一端及第二导线另一端各形成接点，以形成可引拉出二个接点的定子线圈。

4、权利要求1所述的具径向绕线径向气隙的直流无刷马达，其特征在于：第一导线与第二导线外表呈不同颜色。

5、权利要求1所述的具径向绕线径向气隙的直流无刷马达，其特征在于：无绕线停顿后拉出的接点。

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