一种无刷直流电机水泵的制作方法_2

文档序号:8700075阅读:来源:国知局
6-3:橡胶密封圈;6-4:转子组件;6-5:含油轴承组件;6-6:塑封定子组件;6-5-1:轴承盖;6_5_2:含油轴承;6-5-3:润滑油;6-5-4:轴承座;6-6-1:定子铁心;6_6_2:塑料骨架;6_6_3:线圈;6-6-4:驱动板;6_6_5:压线板;6_6_7:电源线。
【具体实施方式】
[0027]容易理解,依据本实用新型的技术方案,在不变更本实用新型的实质精神的情况下,本领域的一般技术人员可以想象出本实用新型无刷直流电机水泵的多种实施方式。因此,以下【具体实施方式】和附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明,而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限制或限定。
[0028]本实用新型无刷直流电机水泵包括一个驱动电路,用以提供所述无刷电机6的电力驱动以及控制。该驱动电路包括主控芯片U1、肖特基二极管SD1、电压瞬变抑制二极管TDl、主吸收电容Cl、放电电阻R1、上拉电阻R2 ;
[0029]肖特基二极管SDl的阳极端接电源正极端口VCC,肖特基二极管SDl的阴极端同时接电压瞬变抑制二极管TDl的阴极端、主吸收电容Cl、放电电阻R1、上拉电阻R2以及主控芯片Ul的VCC电源正极端口 ;
[0030]电压瞬变抑制二极管TDl的阳极端以及主吸收电容Cl和放电电阻Rl的另一端接电源负极端口 GND ;
[0031]主控芯片Ul的PWMI脚(占空比调速指令输入管脚,即为图7中的VSP管脚)与上拉电阻R2另一端相连;
[0032]主控芯片Ul的U/V/W脚(电机相绕组连接管脚),分别与3相无刷电机的U/V/W绕组连接。
[0033]在上述驱动电路中:
[0034]肖特基二极管SDl用于防止因电源错误地反接而损坏无刷直流电机水泵整个电路;
[0035]电压瞬变抑制二极管TD1,基于电子的雪崩效应而能够将其两端的电压钳制在某一数值上,用于防止输入电压的异常过压,保护整个电路;
[0036]主吸收电容Cl用于稳定电压,吸收EMI电压浪涌;
[0037]放电电阻Rl用于在关闭电机时泄放掉主吸收电容Cl上的电荷;
[0038]上拉电阻R2,由于无刷电机6不需要进行转速调速,因此将PWMI管脚直接通过电阻R2上拉到VCC电源正极,满足PWMI管脚输入逻辑高电平的需要;
[0039]电机三个相绕组采用星形接法,即三个相绕组的绕线开始端分别定义为U/V/W,将3个相绕组的绕线末端焊接在一起,定义为COM端,COM端也叫星型绕组的“中性点”。
[0040]所述驱动电路安装在电路板上,在上述驱动电路中:肖特基二极管SDl和电压瞬变抑制二极管TDl实现了浪涌吸收和防反接技术,其中,肖特基二极管SDl具有单向导电性,如果电源正接,肖特基二极管SDl正向导通开启,整个电路回路畅通;如果电源反接,此时肖特基二极管SDl处于“反向偏置”状态,呈现出很高的电阻,相当于“断开”状态,整个电路通路被SDl截断,无反向电流流过;而主控芯片Ul中是不允许反向流过电流的,从而可有效避免因电源接线错误而使电路损坏。电压瞬变抑制二极管TD1,当阴极电压超出“击穿阈值”时,电压瞬变抑制二极管TDl内的半导体PN结将处于“电子雪崩”状态,在极短的时间内(几纳秒)PN结反向击穿,在此反向击穿状态下,其PN结电压将会保持在预定的“雪崩”值(仅比“击穿阈值”略高),从而使得和电压瞬变抑制二极管TDl两端相连的电压钳制在一个安全的范围内,避免电路器件过压击穿而损坏。电压瞬变抑制二极管TDl的雪崩击穿效应,提供EMI异常高压尖峰能量的导通回路,并将EMI异常尖峰电压钳制在一个安全的范围内,避免电路和元器件的失效和损坏。
[0041]进一步,在上述驱动电路中,主控芯片Ul集成了多个单元控制电路,以及由6个MOSFET (金属氧化物半导体场效应管)组成的逆变桥;各单元控制电路实现无刷电机6所具有的各项控制功能以及各种保护功能,如图7所示,多个单元控制电路包括:
[0042]TSD电路(过热保护电路),当主控芯片Ul的温度超过设定的温度后,比如主控芯片Ul的温度达到150摄氏度后,TSD电路动作,切断无刷电机6的三相输出,电机绕组和电源VCC将断开,电机停转,避免因无刷电机6过热而对主控芯片Ul造成的损害;
[0043]ADC电路(模数转换电路),用于将来自PWMI的数字“占空比调速指令”信号转换成一个模拟量,发送给Sine Drive Waveshape (正弦波驱动电路);用来调制三相绕组导通时的占空比,达到对无刷电机6进行调试的目的;
[0044]Sine Drive Waveshape电路(正弦波波形发生电路),根据Posit1n Detect (电机磁场位置检测电路)的信号,产生一个中间略凹“钟型”波形,发送给Gate Drive (MOSFET门极驱动电路),当MOSFET管导通,电机绕组接入VCC电源后,其导通波形即为图8所示,图8中,OUTA/OUTB/OUTC为三相电机U/V/W绕组连接端,iA/iB/iC分别为电机相绕组U/V/W中的电流,呈现出完美的正弦波波形;
[0045]Gate Drive (MOSFET 门极驱动电路),直接受 Sine Drive Waveshape 电路的控制,用于驱动逆变桥中相应的MOSFET器件,使其导通,将电机绕组连入电源VCC回路中;本实用新型将Gate Drive电路和6个MOSFET器件全部集成到单个主控芯片Ul内,使得驱动电路板上主控芯片Ul的外围电路非常简洁,大幅减小电路板的整体面积,使其能够安装和内置到“微小型”的无刷电机中去,整个电机系统可靠的大幅提升;同时,“Sine DriveWaveshape”和“Gate Drive”电路实现了 180度正弦波驱动技术在本实用新型中的应用,通过控制MOSFET管整个导通周期内,不同时间区域内的PWM占空比大小(见图8,MotorTerminal PWM(OUTA)波形),使得OUTA上的等效电压波形得到一个中间略凹“钟型”波形,最终在绕组中得到一个完美的正弦波电流波形;该绕组中通过的此正弦波电流波形所形成的电磁扭矩,将趋于恒定,相与相之间的换相平滑过渡,可以降低扭矩冲击、换相冲击所带来的噪音;
[0046]Protect1n (过流保护电路),用于检测电机相绕组的电流,当电流超过某一阈值时,关断电机绕组,实现限制电机绕组电流的目的;
[0047]VREG电路(参考电压基准电路),给内部各单元电路进行供电,提供一个正确的工作电压;
[0048]Posit1n Detect (电机磁场位置检测电路),通过检测电机三相绕组的反电动势,根据反电动势进行换算,得到电机绕组正确换相时的磁场位置信号,最终发送给SineDrive Waveshape 电路;
[0049]30KHz PWM 0SC(30KHz脉冲宽度调制振荡发生电路),内部PWM占空比频率振荡基准,固定为30KHz ;最终决定电机绕组中的PWM占空比调制频率;
[0050]StartUP Logic (起动逻辑控制电路),用于电机在加电瞬间,直至切换到反电动势换相阶段的驱动控制;
[0051]前述各单元控制电路通过半导体制造工艺,在同一块硅晶圆上制作而成。
[0052]本实用新型所述无刷直流电机水泵工作时,将VCC和GND分别接上直流电源的正负极后,肖特基二极管SDl正向导通;电源电压正确的加到主控芯片Ul上。主控芯片Ul内置的各个单元控制电路开始动作:
[0053]首先,StartUP Logic电路根据“起动算法”,开始对6个MOSFET不断地进行通断控制,电机绕组U/V/W依次不断地通电和切断,在电机的定子上形成一个旋转的磁场,根据磁场间的“同极相斥,异性相吸”的原理,和转子上的磁场(转子内壁装有一圈磁钢,N\S磁极均勾分布)相互作用,产生电磁扭矩驱动电机连续地旋转起来。当Posit1n Detect电路检测到足够大的U/V/W相绕组反电势时,自动切换到“正弦波”驱动模式,在电机绕组上形成一个正弦波电流波形,以降低噪音。
[0054]本实用新型为无刷直流电机水泵,主要用于空调机中排放冷凝水,其整体外形如图4所示,内部结构如图5所示,包括水泵出水口盖
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