CN2452205Y - 三相直流无刷电动机 - Google Patents

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邱显霖
黄世民
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Taida Electronic Industry Co Ltd
Delta Electronics Inc
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Abstract

一种三相直流无刷电动机，包括一个驱动电路及两个霍尔元件，第Ⅰ霍尔元件与第Ⅱ霍尔元件分别与驱动电路连接；两个霍尔元件位于无刷电动机转子所产生的磁场中，分别相应地产生感应电压，由上述两个感应电压产生第三相应电压，以提供电动机的驱动电压。两个霍尔元件设置在电动机的转子圆心一定距离处，相互相隔一角度。无刷电动机内的转子磁场分布呈正弦波状态。本三相直流无刷电动机由于其中的霍尔元件数量少，其制造成本低。

Description

三相直流无刷电动机
本实用新型涉及一种机电器件，特别是一种三相直流无刷电动机，其为一种霍尔元件感应的三相直流无刷电动机。
直流无刷电动机与一般直流电动机在结构上不同之处如下：直流电动机的电枢绕组设在转子上，磁场绕组设在定子上；而直流无刷电动机的电枢绕组则设在定子上，磁场(由于采用永久磁铁，故无须绕组)则设在转子上。
直流无刷电动机与一般直流电动机在工作上的不同则在于工作控制模式上的差异，传统的直流电动机必须利用机械结构模式加以操作，直流无刷电动机由于在结构上已经过改良，因此可利用电子元件控制，包括有信号处理用的集成电路及功率级的半导体元件，来控制输入直流电动机的三相电流，以获得与直流电动机相同的工作特性。
如图1所示，其为现有技术中直流无刷电动机的电路连接关系示意图，其中，一个直流无刷电动机1为可双向工作的电动机，由一个霍尔元件感应信号线5与一个控制电路6连接，控制电路6输出一个驱动电路7所需的数个控制开关信号，由于此直流无刷电动机1为一个三相控制元件，电动机的三相接点第一、第二及第三接点2、3、4分别连接驱动电路7的适当接点处，由图1可知，现有技术中的驱动电路7中所需的控制信号为三相控制信号RL、RU、SL、SU、TL、TU，此三相控制信号则由控制电路6利用3个霍尔元件感应直流无刷电动机1内部的转子上的磁铁产生的磁通，并输出适当的感应电压给控制电路6。
如图2所示，其为现有技术中控制电路的电路框图，其中，控制电路包括有三个霍尔元件：第一霍尔元件21、第二霍尔元件22、第三霍尔元件23，利用这三个霍尔元件21、22、23设置在直流无刷电动机外的适当位置，用于感应该无刷电动机转子与定子之间所产生的磁场分布24的磁场强度，在该电动机工作时，三个霍尔元件21、22、23可得到感应电压VA、VB、VC，经过一定的电路连接，感应电压VA、VB、VC输入至第一电动机驱动电路20，由第一电动机驱动电路20输出适当的控制电压信号至直流无刷电动机，以控制电动机运转。
上述现有技术的直流无刷电动机是利用三个霍尔元件进行感应控制的，其制造成本较高，感应的精确程度有待改进。
本实用新型的目的在于提供一种只需用两个霍尔元件的三相直流无刷电动机。
为达到上述目的，本实用新型采取如下技术措施：
本实用新型主要是将设置在驱动电路上的二个霍尔元件做适当的位置安排，利用适当的电路设计，得到驱动电路所需的换向感应电压，以实现对电动机的适当控制。
两个霍尔元件设置在该直流无刷电动机工作的驱动电路上，即可达到感应此种直流无刷电动机工作时内部转子磁场的磁通量变化，由于感应该磁通量的变化输出感应电压至该驱动电路，驱动电路连接直流无刷电动机，以使其动作。
两个霍尔元件所感应的电压可分别选取适当的高、低电位，经电路处理，得到驱动电路所需控制该直流无刷电动机的第三相电压。
两个霍尔元件可设置在驱动电路上，所设置的位置以直流无刷电动机的圆心一定距离而成一适当角度间隔分离。
本实用新型采取如下具体结构：
本实用新型的三相直流无刷电动机，包括一个驱动电路及霍尔元件；两个霍尔元件，即第Ⅰ霍尔元件与第Ⅱ霍尔元件，两个霍尔元件分别与驱动电路连接；两个霍尔元件位于无刷电动机转子所产生的磁场中，分别相应地产生感应电压，由上述两个感应电压产生第三相应电压，以提供电动机的驱动电压。
其中，所述两个霍尔元件设置在电动机的转子圆心一定距离处，相互相隔一角度。
其中，所述无刷电动机内的转子磁场分布呈正弦波状态。
其中，所述两个霍尔元件感应正弦波的磁场分布，并对应产生感应电压，其峰值表示如下：
VA=VB=K×I×B
其中K为一常数；I为第Ⅰ、Ⅱ霍尔元件的输入电流；B为第Ⅰ、Ⅱ霍尔元件所感应到的磁场强度。
其中，所述两个霍尔元件所感应的磁场强度B为电动机转子磁场分布的一正弦波函数。
其中，所述第Ⅰ霍尔元件的正电位与第Ⅱ霍尔元件的负电位的电位差为第三相应电压。
其中，所述第Ⅰ霍尔元件的感应电压的正电位为所述第三相应电压的负电位：所述第Ⅱ霍尔元件的感应电压的负电位为所述第三相应电压的正电位。
与现有技术相比，本实用新型具有如下效果：
由于本实用新型的霍尔元件感应的三相直流无刷电动机为将现有技术所必须运用三个霍尔元件改用二个霍尔元件，不仅可减少制造成本，更进一步可提高电动机的工作效率。
结合附图及实施例对本实用新型的结构特征详细说明如下：
附图说明：
图1：现有直流无刷电动机的电路连接示意图；
图2：现有直流无刷电动机的电路框图；
图3：本实用新直流无刷电动机实施例的电路框图；
图4：本实用新型直流无刷电动机实施例的电路图；
图5：本实用新型实施例的立体结构示意图。
如图3所示，其为本实用新型直流无刷电动机实施例的电路连接示意图；由图3中可看出，本实用新型设有两个霍尔元件-第Ⅰ霍尔元件31与第Ⅱ霍尔元件32，二个霍尔元件31、32由感应磁场24而输出相对应的感应电压VA、VB，第Ⅰ霍尔元件31与第Ⅱ霍尔元件32与电动机驱动电路30连接，电动机驱动电路30接收由第Ⅰ霍尔元件31与第Ⅱ感尔元件32在感应磁场24中所产生的感应电压VA、VB，经由一定电路连接得到所需的第三相感应电压VC，其中，感应磁场24呈正弦波分布状态。
感应电压VA、VB，由以下公式求得：
VA=K×I×B×Sin(wt+120°)------(1)
VB=K×I×B×Sin(wt+240°)------(2)
其中，K为一常数，I为霍尔元件的输入电流，B为磁通密度的峰值；
由于：
VA+VB+VC=0，即：KIBsin(wt+120°)+KIBsin(wt+240°)+KIBsin(wt+360°)=0------(3)
其中VC=KIBsin(wt+360°)，可以得知：
VC=-(VA+VB)-----(4)
由上述可知，配合两个霍尔元件31、32适当的设置在驱动电路上，即可得到第三相感应电压VC，因此，第三相感应电压VC可利用第Ⅰ霍尔元件31的正电位与第Ⅱ霍尔元件32的负电位的电位差，而在藉由适当电路的连接处理后，此第三相感应电压VC的正电位为第Ⅱ霍尔元件32的感应元件VB的负电位，而此第三相感应电压VC的负电位则为第Ⅰ霍尔元件32的感应电压VA的正电位。
如图4所示，其为本实用新型实施例的电路图，其中，感应电压VA、VB、VC分别连接电动机驱动电路30，驱动电路30分别由三组晶体管及二极管连接成，且由电动机驱动电路30延伸出三个连接端至三相电动机线圈33，以完成驱动电动机的工作。
如图5所示，其为本实用新型实施例的立体结构示意图，其中，电动机40包括有一个无刷电动机41，无刷电动机41内部包括有数个定子槽42，无刷电动机41的外围适当位置处设置有两个霍尔元件，第Ⅰ霍尔元件44与第Ⅱ霍尔元件45，并利用一个适当布线的驱动电路46上的电路，以对无刷电动机41进行控制。
由图4可知，由于无刷电动机41为一个三相直流无刷电动机，因此，其内部的定子槽42为3的倍数(因包括有三相线圈)，且配合设置在驱动电路46上的第Ⅰ霍尔元件44与第Ⅱ霍尔元件45所设置的位置，作适当的调整设计，可感测出一较佳的感应电压，其中第Ⅰ霍尔元件44与第Ⅱ霍尔元件45是以无刷电动机41的轴芯43为圆心，二个霍尔元件相位角差为120度，例如，第Ⅰ霍尔元件44设置在驱动电路46的第零度(电气角度)位置，第Ⅱ霍尔元件45则设在驱动电路46的第120度位置。若第Ⅰ霍尔元件44设置在驱动电路46的第30度位置，第Ⅱ霍尔元件45则设在驱动电路46的第150度位置，依此类推，以可感测出较佳的感应电压的位置为二个霍尔元件设置的位置。
上述内容是利用实施例说明本实用新型的技术特征，并非用于限制本实用新型的保护范围，即使有人在本实用新型构思的基础上稍作变动，仍应属于本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1、一种三相直流无刷电动机，包括一个驱动电路及霍尔元件；其特征在于，两个霍尔元件，即第Ⅰ霍尔元件与第Ⅱ霍尔元件，两个霍尔元件分别与驱动电路连接；两个霍尔元件位于无刷电动机转子所产生的磁场中，分别相应地产生感应电压，由上述两个感应电压产生第三相应电压，以提供电动机的驱动电压。
2、根据权利要求1所述的无刷电动机，其特征在于，所述两个霍尔元件设置在电动机的转子圆心一定距离处，相互相隔一角度。
3、根据权利要求1所述的无刷电动机，其特征在于，所述无刷电动机内的转子磁场分布呈正弦波状态。
4、根据权利要求3所述的无刷电动机，其特征在于，所述两个霍尔元件感应正弦波的磁场分布，并对应产生感应电压，其峰值表示如下：
VA=K×IA×B
VB=K×IB×B
其中K为一常数；IA、IB分别为第Ⅰ、Ⅱ霍尔元件的输入电流；B为第Ⅰ、Ⅱ霍尔元件所感应到的磁场强度。
5、根据权利要求4所述的无刷电动机，其特征在于，所述两个霍尔元件所感应的磁场强度B为电动机转子磁场分布的一正弦波函数。
6、根据权利要求1所述的无刷电动机，其特征在于，所述第Ⅰ霍尔元件的正电位与第Ⅱ霍尔元件的负电位的电位差为第三相应电压。
7、根据权利要求6所述的无刷电动机，其特征在于，所述第Ⅰ霍尔元件的感应电压的正电位为所述第三相应电压的负电位：所述第Ⅱ霍尔元件的感应电压的负电位为所述第三相应电压的正电位。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101291133B (zh) * 2007-04-20 2010-12-22 台达电子工业股份有限公司 电机及其控制电路
CN102195543A (zh) * 2010-03-18 2011-09-21 杰克陈 利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路
CN106208539A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 华中科技大学 一种磁电式编码器

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