感应换向式无刷直流电的制造方法

文档序号:7362932阅读:251来源:国知局
感应换向式无刷直流电的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种感应换向式无刷直流电机,包括定子、转子;所述定子包括周向均布的电磁极,所述电磁极上绕有励磁线圈;所述转子包括转轴和固定于转轴上的永磁体,永磁体的两个工作磁极的关于转轴对称;所述电磁极上对应于各所述励磁线圈还分别配设一个检测线圈,所述检测线圈电气连接触发模块,所述触发模块在检测线圈的输出电压达到预定值时,对控制各所述励磁线圈的通断秩序的换向电路进行触发动作。该电机在摒弃位置传感器的基础上,实现换向电路的可靠动作,得到由定子励磁绕组产生的有效旋转磁场;不仅成本较低,并且有利于提高电机运行的稳定性。
【专利说明】感应换向式无刷直流电机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电机领域,特别地,是涉及无刷直流电机领域。
【背景技术】
[0002]无刷直流电机目前已经较为普及,由于其没有电刷结构,机械性故障少,维护较为方便,因此,近年来在各领域得到了广泛的应用。
[0003]目前的无刷直流电机,以内转子电机为例,主要包括由永磁体构成的内转子、由励磁线圈构成的外定子;在某一时刻,当定子中产生的定向磁场与转子磁极不平行时,转子磁极将受磁力作用,旋转至与定子磁场相平行的位置,此时,励磁换向电路动作,改变定子中的励磁线圈通电秩序,使得定子磁场旋转,则转子磁极跟随定子磁场旋转,每当转子磁极旋转至平行于定子磁场时,换向电路动作一次,如此循环,使转子连续旋转。
[0004]而在目前的无刷直流电机中,对于换向电路在何时动作,需要在位置传感器实时监测转子的位置过程中决定,因此,在电机内部均装配有位置传感器,并在转轴上配套有反光部件,这使得电机内部需要额外地腾出空间来安排位置传感器,并且,装配精度要求很高,导致成本明显增加;另外,由于电机内部油污现象严重,因此,位置传感器的传感光路容易被破坏,该问题的解决进一步增加了成本;再者,由于电机内部配设了位置传感器,导致电机内部周向结构不对称,而由于电机内部转子的高速旋转,高速气流在不对称结构环境下,又将导致电机的稳定性变差;因此,位置传感器所存在的弊端是较为显著的。
实用新型内容
[0005]针对上述问题,本实用新型的目的在于提供一种感应换向式无刷直流电机,该电机在摒弃位置传感器的基础上,实现换向电路的可靠动作,得到由定子励磁绕组产生的有效旋转磁场;不仅成本较低,并且有利于提高电机运行的稳定性。
[0006]本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是:该感应换向式无刷直流电机包括定子、转子;所述定子包括周向均布的电磁极,所述电磁极上绕有励磁线圈;所述转子包括转轴和固定于转轴上的永磁体,永磁体的两个工作磁极的关于转轴对称;所述电磁极上对应于各所述励磁线圈还分别配设一个检测线圈,所述检测线圈电气连接触发模块,所述触发模块在检测线圈的输出电压达到预定值时,对控制各所述励磁线圈的通断秩序的换向电路进行触发动作。
[0007]作为优选,所述触发模块包括对所述检测线圈内的瞬间脉冲进行过滤的滤波电容、对所述电压预定值进行响应的齐纳二极管、对所述齐纳二极管击穿后由检测线圈输出的电压进行承载的输出电阻;所述滤波电容、输出电阻并联于所述检测线圈的两条输出导线上,所述齐纳二极管连接于所述滤波电容、输出电阻之间的一条所述检测线圈的输出导线上;而在所述滤波电容、输出电阻之间的另一条检测线圈的输出导线上,连接一个单向二极管;相对于由所述滤波电容、齐纳二极管、输出电阻、单向二极管构成的回路,所述齐纳二极管与单向二极管反向串接。[0008]作为优选,所述检测线圈由铝线绕成,匝数为所述励磁线圈的1/20?1/10。
[0009]作为优选,所述检测线圈由所述励磁线圈自身的一部分绕线构成,该一部分绕线两端通过反向截止二极管输出至所述触发模块;所述反向截止二极管对所述励磁线圈的励磁电流截止,而对励磁线圈所产生的感应电动势开通。
[0010]作为优选,所述齐纳二极管还并联一个可调电阻,所述可调电阻的可调阻值下限不低于Rmin,Rmin的值按如下方式计算:Rmin/ (Rmin+输出电阻R)=电机允许的最小工作电流Ifflin/电机允许的最大工作电流Imax ;所述可调电阻的可调阻值上限不高于所述输出电阻R的10倍。
[0011]作为上述优选方式的进一步改进,所述可调电阻的阻值与所述励磁线圈的励磁电流反相关;所述可调电阻的动作部件受控于所述励磁工作电流。
[0012]本实用新型的有益效果在于:该感应换向式无刷直流电机在工作过程中,每当定子的一个电磁极上的励磁线圈接通后,电磁极产生励磁场,转子工作磁极被励磁场吸引,转向通电的电磁极方向,在转子接近过程中,由于通电励磁线圈附近的气隙逐渐被转子工作磁极所取代,区域磁导率快速增大,并由于转子工作磁极的磁场强度的叠加作用,致使通电励磁线圈所在的定子电磁极的磁感应强度猛增,且增加速度越来越快,直至转子工作磁极的磁场与通电励磁线圈的磁场重合;此过程中,所述检测线圈中的感应电动势持续增高,直至达到所述触发模块的触发预定值,然后由触发模块触发励磁换向电路进行换向动作,如此,即可维持转子工作磁极的连续旋转;该电机由于摒弃了位置传感器,而检测线圈的匝数极少,触发模块又十分简单,没有装配精度要求,因此,在很大程度上降低了成本;并且,由于改善了电机内部结构的周向均匀性,有利于提高电机运行的稳定性。
【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1是本感应换向式无刷直流电机的机械结构示意图。
[0014]图2是本感应换向式无刷直流电机的电气结构示意图。
[0015]图3是本感应换向式无刷直流电机中触发模块的实施例一示意图。
[0016]图4是本感应换向式无刷直流电机中触发模块的实施例二示意图。
[0017]图5是本感应换向式无刷直流电机工作过程中,定子的一个电磁极中磁感应强度的波形示意图。
[0018]图6是本感应换向式无刷直流电机工作过程中,对应于图5中的电磁极上的检测线圈中感应电动势波形示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型进一步说明:
[0020]如图1、图2所示,该感应换向式无刷直流电机包括定子1、转子6 ;所述定子I包括周向均布的电磁极10,所述电磁极10上绕有励磁线圈5 ;所述转子6包括转轴和固定于转轴上的永磁体,永磁体的两个工作磁极60的关于转轴对称;所述电磁极10上对应于各所述励磁线圈5还分别配设一个检测线圈2,所述检测线圈2电气连接触发模块3,所述触发模块3在检测线圈2的输出电压达到预定值时,对控制各所述励磁线圈5的通断秩序的换向电路4进行触发动作。[0021]在工作状态的任一瞬时,所述定子I上的一对相互正对的电磁极10通电,产生正交于转子转轴的定向磁场。
[0022]对于所述触发模块,其实施例一如图3所示,它包括对所述检测线圈2内的瞬间脉冲进行过滤的滤波电容C、对所述电压预定值进行响应的齐纳二极管D1、对所述齐纳二极管Dl击穿后由检测线圈2输出的电压进行承载的输出电阻R ;所述滤波电容C、输出电阻R并联于所述检测线圈2的两条输出导线上,所述齐纳二极管Dl连接于所述滤波电容C、输出电阻R之间的一条所述检测线圈的输出导线上;而在所述滤波电容C、输出电阻R之间的另一条检测线圈的输出导线上,连接一个单向二极管D2;相对于由所述滤波电容C、齐纳二极管Dl、输出电阻R、单向二极管D2构成的回路,所述齐纳二极管Dl与单向二极管D2反向串接。
[0023]所述检测线圈2内的瞬间脉冲,主要是指励磁线圈5在接通和断开的瞬间,电磁极10上的磁场骤增、骤减,从而造成检测线圈2中出现一个尖脉冲,其特点是脉冲电压很高,但持续时间极短,采用滤波电容C滤除后,将不再对齐纳二极管Dl造成误响应。对于所述齐纳二极管Dl其工作过程中,在检测线圈2输出的电压较低时,保持反向截止状态,当检测线圈2的输出电压达到预定值,即阀值时,齐纳二极管Dl反向击穿,从而在检测线圈2—齐纳二极管Dl—输出电阻R—单向二极管D2—检测线圈2构成的回路中产生电流,该电流在输出电阻R上的降压作为输出信号输出给换向电路4。其中,所述单向二极管D2的作用主要是防止励磁线圈5断电过程中,检测线圈2中感生的反向电流对换向电路4造成影响。
[0024]所述检测线圈2的匝数为所述励磁线圈5的1/20?1/10,如果想要采用尽可能少的检测线圈2匝数,那么,可以在检测线圈2与触发模块3之间增加一级放大电路。另外,所述检测线圈2可以由所述励磁线圈5自身的一部分绕线构成,该一部分绕线两端通过反向截止二极管输出至所述触发模块3 ;所述反向截止二极管对所述励磁线圈5的励磁电流截止,而对励磁线圈所产生的、与所述励磁电流反向的感应电动势开通,该方式节约了线圈耗材和线圈总体积。
[0025]所述触发模块3,其实施例二如图4所示,与图3实施例不同的是,所述齐纳二极管Dl还并联一个可调电阻R1,所述可调电阻Rl的可调阻值下限不低于Rmin,Rmin的值按如下方式计算=Rniin/ (Rniin+输出电阻R)=电机允许的最小工作电流Iniin/电机允许的最大工作电流Imax ;所述可调电阻的可调阻值上限不高于所述输出电阻R的10倍。对于所述可调电阻Rl的设置,主要考虑到的是,电机在工作时,在不同工况下,励磁工作电流会有所变化,将在最小工作电流Imin和最大工作电流Imax之间变化,因此,检测线圈2的感应电流的最大值对应于不同的励磁工作电流亦不相同,而齐纳二极管Dl却始终需要在检测线圈的感应电流电流达到最大值时击穿,而齐纳二极管Dl本身的击穿阀值却是固定的;因此,并联所述可调电阻Rl后,在励磁工作电流较小(亦即可调电阻R1、输出电阻R上的总电压较小)时,提高可调电阻Rl的阻值,使齐纳二极管Dl分到较大比例的电压,在在励磁工作电流较大时,降低可调电阻Rl的阻值,使齐纳二极管Dl分到较小比例的电压,如此,才可以保障,既使得齐纳二极管Dl在固定阀值时击穿,又使得触发模块3对于各工作电流都作出可靠响应。为了实现自动调节,使所述可调电阻Rl的阻值与所述励磁线圈5的励磁电流反相关;可以采用包含电磁线圈、弹簧扭杆的动圈式电磁动作机构,使所述可调电阻Rl的动作部件受控于所述励磁工作电流,亦即所述励磁工作电流以直接输入或间接耦合于所述动圈式电磁动作机构的电磁线圈,而所述弹簧扭杆作用于所述可调电阻Rl的动作部件。
[0026]上述感应换向式无刷直流电机在工作过程中,每当定子I的一个电磁极10上的励磁线圈5接通后,电磁极产生励磁场,转子6工作磁极60被励磁场吸引,转向通电的电磁极方向,在转子接近过程中,由于通电励磁线圈附近的气隙逐渐被转子工作磁极60所取代,区域磁导率快速增大,并由于转子工作磁极60的磁场强度的叠加作用,致使通电励磁线圈5所在的定子电磁极的磁感应强度猛增,且增加速度越来越快,直至转子工作磁极的磁场与通电励磁线圈的磁场重合;此过程中,通电的电磁极10上的磁感应强度变化如图5中一个周期上的B-t (磁感应强度-时间)波形所示,在一个周期上,B随时间的增长而增加,且B的变化率亦随时间增加;值得指出的是,当电磁极10通电及断电的瞬间,图5中的磁感应强度B还将分别产生一个脉冲,由于时间极短,并被所述滤波电容C吸收了,因此,未在图5中表不出来,另外,在电磁极10不通电的时候,亦即图5中磁感应强度B为零的时候,实际上,由于受到转子工作磁极60的影响,亦具有一定的磁感应强度,但由于转子工作磁极60偏离电磁极10,磁感应强度很小,忽略不计。
[0027]在图5所对应的一个周期中,随着磁感应强度B的连续增长,所述检测线圈2中的感应电动势U随时间t连续增高,如图6所示,直至达到所述触发模块3的触发预定值,然后由触发模块3触发励磁换向电路4进行换向动作,如此,即可维持转子工作磁极60的连续旋转;该电机由于摒弃了位置传感器,而检测线圈的匝数极少,触发模块又十分简单,没有装配精度要求,因此,在很大程度上降低了成本;并且,由于改善了电机内部结构的周向均匀性,有利于提高电机运行的稳定性。
[0028]以上所述仅为本实用新型的较佳方式,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种感应换向式无刷直流电机,该感应换向式无刷直流电机包括定子(I)、转子(6);所述定子包括周向均布的电磁极(10),所述电磁极(10)上绕有励磁线圈(5);所述转子包括转轴和固定于转轴上的永磁体,永磁体的两个工作磁极(60)的关于转轴对称;其特征在于:所述电磁极上对应于各所述励磁线圈还分别配设一个检测线圈(2),所述检测线圈电气连接触发模块(3),所述触发模块(3)在检测线圈的输出电压达到预定值时,对控制各所述励磁线圈(5)的通断秩序的换向电路(4)进行触发动作。
2.根据权利要求1所述的感应换向式无刷直流电机,其特征在于:所述触发模块(3)包括对所述检测线圈(2)内的瞬间脉冲进行过滤的滤波电容、对所述电压预定值进行响应的齐纳二极管、对所述齐纳二极管击穿后由检测线圈输出的电压进行承载的输出电阻;所述滤波电容、输出电阻并联于所述检测线圈的两条输出导线上,所述齐纳二极管连接于所述滤波电容、输出电阻之间的一条所述检测线圈的输出导线上;而在所述滤波电容、输出电阻之间的另一条检测线圈的输出导线上,连接一个单向二极管;相对于由所述滤波电容、齐纳二极管、输出电阻、单向二极管构成的回路,所述齐纳二极管与单向二极管反向串接。
3.根据权利要求1或2所述的感应换向式无刷直流电机,其特征在于:所述检测线圈(2)由铝线绕成,匝数为所述励磁线圈(5)的1/20?1/10。
4.根据权利要求1或2所述的感应换向式无刷直流电机,其特征在于:所述检测线圈(2 )由所述励磁线圈(5 )自身的一部分绕线构成,该一部分绕线两端通过反向截止二极管输出至所述触发模块(3 );所述反向截止二极管对所述励磁线圈的励磁电流截止,而对励磁线圈所产生的感应电动势开通。
【文档编号】H02K29/12GK203377765SQ201320375385
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】周连明, 周园园, 曹阳 申请人:南通万宝实业有限公司
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