风扇用交流输入无刷直流电动的制造方法
【专利摘要】风扇用交流输入无刷直流电动机，属于电机【技术领域】。包括定子、转子、电路板、机壳，机壳包括前端盖和后端盖，定子、转子和电路板安装在机壳内，电路板用以提供该无刷直流电机的电力驱动及控制，电路板与外部电源线连接，电路板上设置整流电路和驱动电路。上述风扇用交流输入无刷直流电动机，结构简单，电机用材少，生产成本低，加工方便，利于环保，其驱动电路采用一个分配器，并只采用两个场效应管和一个霍尔传感器，结合电容C1实现功率调整、转速的调节，该驱动电路既能实现节能且价格较低，实现了节能减排的目的。
【专利说明】风扇用交流输入无刷直流电动机
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电机【技术领域】，具体为风扇用交流输入无刷直流电动机。
【背景技术】
[0002]随着全球化能源供应日趋紧张，加上气候环境的不断恶化，能源问题日益成为制约社会发展的瓶颈，用电紧张已成为全球性的问题。在国内近年来每到夏季用电高峰的时候，部分城区就要采取拉闸限电的措施，甚至有的工业区都要拉闸限电，将严重影响工业生产，因此节能减排势在必行。由于我国的能源利用率底，产值能耗比世界平均水平高，高能耗、低效率是造成我国目前能源紧张的主要原因之一。在小型风扇的电机市场调研中，所有商场、商品出售的转页扇、换气扇、排风扇及各种车船上使用的小型直流电风扇，都是用交流异步电机(包括罩极式和电容运转电机)及带电刷的直流电机作动力，研制一种适合风机风扇用的既节能减排又价格和现用电机相似的电子驱动电机来替代市场上那些耗能较高的新产品已势在必行。由于对节能减排的必要性，国内外对小型风扇电机的研制工作都在积极的开展，比如德国“EBM”公司研制的交流供电的无刷风扇电机已经问世。2010年研制的无刷风扇采用了单片机的复杂驱动电路，采用了大约20-30个以上的晶体管，还用了玻璃管的保险丝。电机定子吸取了罩极式结构那样简单易于制造，由于电路结构复杂，成本高，一台输出5-10W的小型风机电机价格接近于400元人民币/台，而同样的罩极式风扇电机只需24-28元人民币/台左右。“EBM”公司的产品后来经过电路的改进取消了玻璃管保险丝等，价格降到了约160元人民币/台左右，意大利生产的一种同功率的交流无刷风扇电机，具有较简单的控制驱动电路系统，制造价格约100元人民币/台左右。国外有一种Φ 100风叶的小型交流无刷风扇电机(外形与两极罩极电机一样)，但它不采用单片机，采用了 10多只晶体管，输出功率约IW左右，估计价格约40-60元人民币/台左右，比较便宜，但输出功率很小。罩极电机工作的铸铝转子需消耗一定的电能，电机起动作用的短路铜环需消耗一定的电能，耗电量大。
[0003]针对上述问题， 申请人:于2012年8月16日申请了 一项专利号为:ZL201220405259.0，名称为:一种组合式电机定子结构的专利；于2012年8月16还申请了一项专利号为ZL 201220405257.1，名称为一种电机轴承密封套的专利，专用于电机防尘、防水要求高的条件下；通过该2项专利解决了电机用材多，成本高等问题，目前也有些厂家研制和试产了 一些采用了交流无刷直流电机作为驱动风扇的动力，但是这种电机的驱动电路目前其结构比较复杂，成本也较高，约100-120元/台左右，而且电路基本上是仿造国外的广品。
实用新型内容
[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型的目的在于设计提供风扇用交流输入无刷直流电动机的技术方案，不但其结构简单，生产成本低，工作可靠，电机的耗电量小，实现了节能减排的目的。[0005]所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，包括定子、转子、电路板、机壳，机壳包括前端盖和后端盖，定子、转子和电路板安装在机壳内，电路板用以提供该交流输入无刷直流电机的电力驱动及控制，电路板与外部电源线连接，其特征在于所述的电路板上设置驱动电路，该驱动电路包括将交流电转变为直流电的桥式整流器，桥式整流器输出端分为正极和负极，电机的第一定子线圈Ml的一端和第二定子线圈M2的一端连接到桥式整流器的正极，第一定子线圈Ml的另一端与第一开关Ql连接，第二定子线圈M2的另一端与第二开关Q2连接，该驱动电路还包括控制第一开关Ql和第二开关Q2轮流开启关闭的分配器，在分配器上连接检测电机转子旋转位置而输出信号使分配器控制第一开关Ql和第二开关Q2轮流开启关闭的霍尔传感器，霍尔传感器一端与分配器的第二引脚连接，霍尔传感器另一端与分配器的第三引脚连接。
[0006]所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于该驱动电路还包括用于调整分配器工作点的调整电路，所述调整电路包括可变电阻R3和可变电阻R4，可变电阻R3的一端与分配器的第一引脚连接，可变电阻R3另一端与桥式整流器的正极连接，可变电阻R4的一端与分配器的第六引脚连接，可变电阻R4的另一端连接在第一开关Ql和第一定子线圈Ml的连接点上。
[0007]所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于该驱动电路还包括整流电路，整流电路由电阻Rl、电阻R2和电容Cl组成，桥式整流器的输入端其中一端与电阻R2第一端连接，电阻R2的第二端与电阻Rl的第一端连接，电阻Rl的第二端作为交流电的输入端，电容Cl的一端与电阻Rl的第二端连接，电容Cl的另一端与电阻R2的第一端连接。
[0008]所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于在桥式整流器输出端的正极和负极之间连接有极性电容C2，极性电容C2的正极与桥式整流器的正极连接，极性电容C2的负端与桥式整流器的负极连接并接地。
[0009]所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于所述第一开关Ql为场效应管，第一开关Ql的漏极与第一定子线圈Ml连线，第一开关Ql的栅极与分配器的第三引脚连接，第一开关Ql的源极接地。
[0010]所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于所述第二开关Q2为场效应管，第二开关Q2的漏极与第二定子线圈M2连接，第二开关Q2的栅极与分配器的第五引脚连接，第二开关Q2的源极接地。
[0011]所述的风扇用交流输入无刷直流电动机其特征在所述XMFPQ型号的分配器，具有1、2、3、4、5、6脚。I脚连接R3 —端，2脚连接Q2栅极，3脚连接Ql源极，4脚连接Ql栅极，5脚连接霍尔传感器一端，6连接R4 —端。
[0012]所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于所述的转子包括轴、磁体，轴嵌接在磁体中，轴两端均配合设置轴承，轴承支撑轴的旋转，轴承通过弹簧垫圈、防震圈安装在前端盖、后端盖上，轴、轴承连接内端配合设置卡簧。
[0013]所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于所述的定子通过顶针与电路板配合连接。
[0014]所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于所述的电容Cl为可调整的电容。
[0015]所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于所述的磁体11和轴13为嵌接结构。
[0016]上述各电子元器件均可从市场上直接购得。
[0017]上述风扇用交流输入无刷直流电动机，结构简单，电机用材少，生产成本低，加工方便，利于环保，其驱动电路采用一个分配器，并只采用两个场效应管和一个霍尔传感器，结合调整电容Cl的大小可实现功率调整、转速的调节，该驱动电路既能实现节能且价格较低，实现了节能减排的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的结构示意图；
[0019]图2为本实用新型驱动电路的电路原理图；
[0020]图中:1-后端盖、2_弹黃塾圈、3_密封圈、4_轴承、5_卡黃、6_橡I父圈、7_电源线、8_电路板、9_顶针、10-定子、11-磁体、12-如端盖、13-轴、14-分配器、15-霍尔传感器。
【具体实施方式】
[0021]以下结合说明书附图对本实用新型作进一步说明。
[0022]如图所示，该风扇用交流输入无刷直流电动机，包括定子10、转子、电路板8、机壳，机壳包括前端盖12和后端盖1，定子10、转子和电路板8安装在机壳内，电路板8用以提供该无刷直流电机的电力驱动及控制，电路板8与外部电源线7连接，所述的电路板8上设置驱动电路，该驱动电路包括将交流电转变为直流电的桥式整流器，桥式整流器输出端分为正极和负极，电机的第一定子线圈Ml的一端和第二定子线圈M2的一端连接到桥式整流器的正极，第一定子线圈Ml的另一端与第一开关Ql连接，第二定子线圈M2的另一端与第二开关Q2连接，该驱动电路还包括控制第一开关Ql和第二开关Q2轮流开启关闭的分配器14，在分配器14上连接检测电机转子旋转位置而输出信号使分配器14控制第一开关Ql和第二开关Q2轮流开启关闭的霍尔传感器15，霍尔传感器15 —端与分配器14的第二引脚连接，霍尔传感器15另一端与分配器14的第三引脚连接。
[0023]该驱动电路还包括用于调整分配器14工作点的调整电路，所述调整电路包括可变电阻R3和可变电阻R4，可变电阻R3的一端与分配器14的第一引脚连接，可变电阻R3另一端与桥式整流器的正极连接，可变电阻R4的一端与分配器14的第六引脚连接，可变电阻R4的另一端连接在第一开关Ql和第一定子线圈Ml的连接点上。
[0024]该驱动电路还包括整流电路，整流电路由电阻R1、电阻R2和电容Cl组成，桥式整流器的输入端其中一端与电阻R2第一端连接，电阻R2的第二端与电阻Rl的第一端连接，电阻Rl的第二端作为交流电的输入端，电容Cl的一端与电阻Rl的第二端连接，电容Cl的另一端与电阻R2的第一端连接。先通过电阻R1、电阻R2、电容Cl和整流单元对输入的交流电进行整流，通过桥式整流器使交流电变成直流电。
[0025]在桥式整流器输出端的正极和负极之间连接有极性电容C2，极性电容C2的正极与桥式整流器的正极连接，极性电容C2的负端与桥式整流器的负极连接并接地。
[0026]所述第一开关Ql为场效应管，第一开关Ql的漏极与第一定子线圈Ml连线，第一开关Ql的栅极与分配器14的第三引脚连接，第一开关Ql的源极接地。
[0027]所述第二开关Q2为场效应管，第二开关Q2的漏极与第二定子线圈M2连接，第二开关Q2的栅极与分配器14的第五引脚连接，第二开关Q2的源极接地。
[0028]所述的转子包括轴13、磁体11，轴13嵌接在磁体11中，轴13、磁体11分体式设计，根据不同风叶要求设计各种不同的轴以适用于不同类型的电机。磁体11采用塑料永磁材料一次塑压成型。轴13两端均配合设置轴承4，轴承4支撑所述轴13的旋转，轴承4通过弹簧垫圈2、密封圈3安装在前端盖12、后端盖I上，轴13、轴承4连接内端配合设置卡簧5。弹簧垫圈2调节轴承4与密封圈3之间的间隙，密封圈3起到吸震和减噪作用，卡簧5起到定位作用。所述的定子10通过顶针9与电路板8配合连接，顶针9与电路板8焊接配合，导通电路。电源线7与前端盖I连接位置配合设置橡胶圈6，橡胶圈6起到保护作用。定子10的骨架采用塑料制成。
[0029]上述定子10的结构与 申请人:已经申请的专利号为:ZL201220405259.0，名称为:一种组合式电机定子结构的结构相同。采用拼块式结构的电机定子，有如下优点:(1)可进一步节省原材料:由于无刷电机的转子是采用永磁体加工成的，如果用传统加工的冲片成的整体的定子片，则留下的转子部分的冲片无法使用，只能报废。采用拼块结构后，就不存在冲片的转子部分。就无刷电机的整体冲片和拼块冲片对比又可节约片材约为20%-30%左右，直接降低电工钢片的用量。(2)定子磁极线圈可单个绕制:用多头绕线机绕制时，可将多个线圈骨架串在一起，同时绕制，一次可绕制十个到几十个之多。而且多头绕线机的价格较便宜，相对投资较少，绕线操作也比较容易。而传统结构的定子绕线必须采用一种称为多头环绕绕线机来绕制，由于是环绕，它的速度相对较慢，绕制的线圈又不太整齐，也比较松，绕制过程中易断线头，导线的用量和报废量相对较高，环绕绕线机的绕线技术也不易掌握，而且环绕绕线机的价格也较高等缺点。
[0030]上述电机轴承密封与与 申请人:已经申请的专利号为:ZL20122 0405257.1，名称为一种电机轴承密封套的结构相同，采用该结构具有吸震和减噪功能的同时，还具有防水、防尘的功能，在恶劣环境下使用该轴承密封套对提高电机使用寿命的有益效果。
[0031]所述分配器14必须由霍尔传感器15输入一定的信号，当信号进入分配器时，以一定形式使信号分头交替输出，达到控制第一开关Ql和第二开关Q2轮流开启和关闭的作用。通过霍尔传感器15检测电机转子旋转位置而输出信号给分配器14，分配器14根据该信号轮流控制第一开关Ql和第二开关Q2开启和关闭。电机通电后，在霍尔传感器15的作用下，通过分配器14控制第一开关Ql开启而第二开关Q2关闭，定子的第一线圈Ml导通，此时定子推动转子转动一个极距角后，在永磁转子的不同极性下，霍尔传感器15再次感应，并输出信号，使分配器14控制第一开关Ql关闭,控制第二开关Q2开启，此时定子第一线圈Ml断电，定子第二线圈M2导通，定子推动永磁转子不断转动，如此周而复始，因此驱动电机不断的转动。
[0032]电容Cl的作用有两个:
[0033]1.在电路中具有恒流作用，当电机在通电状态下，电机发生堵转后，电机的定子线圈将不断从电源得到堵转后的堵转电流。对一般电机而言，此堵转电流将达到电机工作电流的几倍甚至更大，很容易造成电机的过电流而烧坏电机的定子线圈，使电机损坏不能继续运转而报废。而本实用新型在交流电路中串接Cl电容，由于Cl电容的阻抗作用下，电机的堵转电流基本保持在电机正常工作状态的电流值之下，可保护电机在堵转情况下电机定子线圈的电流保持在工作状态下的电流值，而不造成电机烧坏或报废。[0034]2.电机的输出功率的大小，在同一台电机条件下可直接通过调节电容Cl容量的大小来达到，例如:一台220V750HZ，风叶Φ200/28。的风扇电机，采用本实用新型的电机技术，当风扇在1300转/分的情况下，输出功率约为5W左右，电容Cl的容量大小约为
1.72uf。同一台电机，当电容Cl容量达到4uf时，电机的输出功率将达到IOW左右，可用Φ230/28。风叶，转速在1300转/分左右。当电容Cl容量大小从Iuf到4uf之间进行调节时，电机的输出功率可从IW到10W，电机的工作转速可从几百转/分到2000转/分以上，达到许多不同规格品种的电机。这种调节电容Cl的方法非常方便，也很简单，使工厂的生产管理及生产过程大大简化，不会造成电机用材过多的浪费，如:一般输出5W的电机改成输出IOW的电机用材将增加1/3以上。电容Cl的这种调节方法还能使电机本身实行多节调速。
[0035]本实用新型的驱动电路采用具有触发器作用的分配器14，并只采用两个场效应管和一个霍尔传感器15，在保证能够驱动永磁转子的情况下的驱动电路，其结构简单，生产成本低，工作可靠，同一台电机条件下，可结合电容Cl的调整方便来实现功率、转速的调节，使电机的耗电量明显下降，实现了节能减排的目的。本实用新型所述的无刷直流电动机能替代罩极式电机，能减低交流电机生产成本，其驱动电路的交流回路中串联电容Cl，不但具有恒流作用，并且当改变电容Cl的容量时，可得到电机不同的输出功率，而且电机的转速可从几百转/分到2000转/分以上作选择；本实用新型所述的无刷直流电动机与同输出功率的罩极电机作比较，如罩极电机定子迭厚13毫米，耗电约24-30W，而本实用新型所述电机定子迭厚为10毫米，只需8W左右的功率，不但耗电省，用材少，而且温升非常低。该电机不但节能减排，而且价格低廉，驱动电路成本约5-7元人民币/台。
【权利要求】
1.风扇用交流输入无刷直流电动机，包括定子(10)、转子、电路板(8 )、机壳，机壳包括前端盖(12)和后端盖(1)，定子(10)、转子和电路板(8)安装在机壳内，电路板(8)用以提供该无刷直流电机的电力驱动及控制，电路板(8)与外部电源线(7)连接，其特征在于所述的电路板(8 )上设置驱动电路，该驱动电路包括将交流电转变为直流电的桥式整流器，桥式整流器输出端分为正极和负极，电机的第一定子线圈Ml的一端和第二定子线圈M2的一端连接到桥式整流器的正极，第一定子线圈Ml的另一端与第一开关Ql连接，第二定子线圈M2的另一端与第二开关Q2连接，该驱动电路还包括控制第一开关Ql和第二开关Q2轮流开启关闭的分配器(14)，在分配器(14)上连接检测电机转子旋转位置而输出信号使分配器(14)控制第一开关Ql和第二开关Q2轮流开启关闭的霍尔传感器(15)，霍尔传感器(15)一端与分配器(14)的第二引脚连接，霍尔传感器(15)另一端与分配器(14)的第三引脚连接。
2.如权利要求1所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于该驱动电路还包括用于调整分配器(14)工作点的调整电路，所述调整电路包括可变电阻R3和可变电阻R4，可变电阻R3的一端与分配器(14)的第一引脚连接，可变电阻R3另一端与桥式整流器的正极连接，可变电阻R4的一端与分配器(14)的第六引脚连接，可变电阻R4的另一端连接在第一开关Ql和第一定子线圈Ml的连接点上。
3.如权利要求1所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于该驱动电路还包括整流电路,整流电路由电阻R1、电阻R2和电容Cl组成，桥式整流器的输入端其中一端与电阻R2第一端连接，电阻R2的第二端与电阻Rl的第一端连接，电阻Rl的第二端作为交流电的输入端，电容Cl的一端与电阻Rl的第二端连接，电容Cl的另一端与电阻R2的第一端连接。
4.如权利要求1所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于在桥式整流器输出端的正极和负极之间连接有极性电容C2，极性电容C2的正极与桥式整流器的正极连接，极性电容C2的负端与桥式整流器的负极连接并接地。
5.如权利要求1所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于所述第一开关Ql为场效应管，第一开关Ql的漏极与第一定子线圈Ml连线，第一开关Ql的栅极与分配器(14)的第三引脚连接，第一开关Ql的源极接地。
6.如权利要求1所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于所述第二开关Q2为场效应管，第二开关Q2的漏极与第二定子线圈M2连接，第二开关Q2的栅极与分配器(14)的第五引脚连接，第二开关Q2的源极接地。
7.如权利要求1所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于所述的转子包括轴(13 )、磁体(11)，轴(13 )嵌接在磁体(11)中，轴(13 )两端均配合设置轴承(4 )，轴承(4 )支撑所述轴(13)的旋转，轴承(4)通过弹簧垫圈(2)、防震圈(3)安装在前端盖(12)、后端盖(I)上，轴(13)、轴承(4)连接内端配合设置卡簧(5)。
8.如权利要求1所述的风扇用交流输入无刷直流电动机，其特征在于所述的定子(10)通过顶针(9 )与电路板(8 )配合连接。
【文档编号】H02K29/08GK203708060SQ201320871571
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】程九辛, 胡士宏 申请人:富阳新马工具有限公司