专利名称：无刷电子驱动电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无刷电子驱动电动机。
技术背景现有技术以电子方式驱动的直流电动机一般是由壳体、机座、端盖、转子、定子、控制 器以及转子位置传感器(也称为霍尔传感器或光电传感器)组成，它通常具有响应快速、起 动力矩大以及具备从零转速至额定转速可提供额定转矩的性能，但是直流电动机的优点也正 是它的缺点，因为如果直流电动机要在额定负载下产生恒定转矩的话，其电枢磁场与转子磁 场之间的角度必须维持在90° ，这就要依靠电刷和换向器的作用，而电刷和换向器在电动机 转动时会产生较大的噪音和电火花，电火花不但会形成电磁干扰，影响电动机的工作效率， 而且还会造成电动机其他组件的损坏，从而提高了电动机的故障率。还有，转子位置传感器 虽然能够检测到转子磁极的位置，为逻辑开关电路提供正确的换向信息，但是它的配置不但 提高了电动机的成本，而且在使直流电动机的结构变得比较复杂的同时，增加了安装的麻烦 性以及增大了电动机的体积。另外，上述直流电动机中定子的定子铁芯通常采用冲片叠压方式，然后再将定子铁芯嵌 入绕制线圈中，这种结构的定子不但工艺结构复杂，而且其结构尺寸也不可改变，因此不但 造成直流电动机的装配困难，而且材料的利用率也比较低。 实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是，提供一种结构简单合理、体积小、噪音低、无电磁干 扰、故障率低、工作效率高以及安装简便的无刷电子驱动电动机。本实用新型的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的无刷电子驱动电动机它包括 控制线路板以及由定子铁芯和线圈绕组组成的定子；所述控制线路板包括整流电路、信号放 大电路I、信号放大电路II、 A相驱动电路、B相驱动电路、定子线圈电路以及控制芯片；所 述整流电路同时与A相驱动电路、B相驱动电路及控制芯片连接；所述控制芯片还同时与信号放大电路I 、信号放大电路II及定子线圈电路连接；所述信号放大电路I与A相驱动电路 连接；所述信号放大电路II与B相驱动电路连接；所述定子线圈电路还同时与A相驱动电路 和B相驱动电路连接。采用以上结构后，与现有技术相比，本实用新型具有以下优点本实用新型通过控制芯片检测电动机定子线圈绕组的反电动势来获得转子磁钢的位置信号，然后经过信号放大电路的放大以及A相驱动电路或B相驱动电路的控制，从而实现无刷电子驱动电动机的换向和定位，达到位置传感器利用电流的磁效应测定转子磁极位置的同样作用。由于本实用新型无需 电刷、换向器以及位置传感器就可以实现换向和定位，因此本实用新型在电动机转动时不但 噪音低，而且不会产生电火花，没有电磁干扰，使电动机的故障率大大降低。另外，由于位 置传感器的省略，因此本实用新型不但结构变得更加简单、合理，体积更加小，安装更加简 便，而且其工作效率也比现有技术无刷电子驱动电动机要高。作为本实用新型的一种改进，所述整流电路与交流电源之间有一个过流过压保护电路。 过流过压保护电路的设置可以有效防止因交流电源提供的顺时电流或顺时电压过大而损坏整 流电路以及其他连接在本实用新型控制线路板上的电路。作为本实用新型的另一种改进，所述定子包括若干塑料骨架；所述塑料骨架一边设有固 定脚，另一边设有两个用于连接线圈绕组的引脚；所述定子铁芯由若干冲制矽钢片层叠组成， 所述层叠的矽钢片穿插在若干塑料骨架的中空内部；所述冲制矽钢片的形状为长条菱形四边 形。采用这种改进后，本实用新型可以利用绕制在塑料骨架上的定子线圈绕组使定子铁芯保 持为外多角内圆形，由于矽钢片的拼合程度可以在一定范围内进行调节而不影响电动机的性 能，即不但矽钢片层叠的层数可以变换，而且塑料骨架的个数也可以变换，所以本实用新型 中定子铁芯的直径在一定范围内是可调的，正是因为定子的结构尺寸可变更，所以本实用新 型永磁无刷电子驱动电动机的装配比较简单，而且材料的利用率也比较高。作为本实用新型的再一种改进，所述冲制矽钢片一端的倾角a为20° 40° 。这个范围 倾角角度能够更好地便于本实用新型的安装。
图1是本实用新型无刷电子驱动电动机的剖视结构示意图。图2是本实用新型中控制线路板的工作原理方框图。 图3是本实用新型中控制线路板的电路连接原理图。 图4是本实用新型中定子未拼合在一起时的结构示意图。 图5是本实用新型中定子拼合在一起时的结构示意图。 图6是本实用新型中单层矽钢片的结构示意图。图中所示1、前端盖，2、机座，3、控制线路板，4、转子，5、定子，6、机壳，7、后 端盖，8、整流电路，9、信号放大电路I， 10、信号放大电路II， 11、 A相驱动电路，12、 B 相驱动电路，13、定子线圈电路，14、控制芯片，15、定子铁芯，16、线圈绕组，17、塑料 骨架，18、固定脚，19、引脚，20、过流过压保护电路，a、倾角。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明如图1所示，与现有技术相同，本实用新型无刷电子驱动电动机包括前端盖l、机座2、 控制线路板3、转子4、机壳6、后端盖7以及由定子铁芯15和线圈绕组16组成的定子5。如图2所示，与现有技术不同的是，本实用新型中所述控制线路板6包括整流电路8、 信号放大电路I9、信号放大电路IIIO、 A相驱动电路11、 B相驱动电路12、定子线圈电路 13以及控制芯片14;所述整流电路8同时与A相驱动电路11、 B相驱动电路12及控制芯片 14连接；所述控制芯片14还同时与信号放大电路I 9、信号放大电路IIIO及定子线圈电路 13连接；所述信号放大电路I9与A相驱动电路11连接；所述信号放大电路II10与B相驱 动电路12连接；所述定子线圈电路13还同时与A相驱动电路11和B相驱动电路12连接。如图3所示，本具体实施方式
中，所述A相驱动电路11包括一个N沟道场效应管Q3和 一个P沟道场效应管Q6;所述N沟道场效应管Q3的漏极D3和P沟道场效应管Q6的漏极D6 同时与定子线圈电路13中线圈绕组Ll的一端连接；所述N沟道场效应管Q3的源极S3和P 沟道场效应管Q6的源极S6分别连接在整流电路8的两个输出端；所述N沟道场效应管Q3的 栅极G3通过电阻R10与信号放大电路I 9中三极管Ql的集电极Cl连接；所述P沟道场效应 管Q6的栅极G6通过电阻R18与信号放大电路I 9中三极管Q2的集电极C2相连；所述三极 管Ql的发射极El与三极管Q2的发射极E2相连；所述N沟道场效应管Q3的漏极D3与源极S3之间连接有二极管，其栅极G3与源极S3之间并联有电阻R20和电容C10;所述P沟道场效 应管Q6的漏极D6与源极S6之间连接有二极管，其栅极G6与源极S6之间并联有电阻R21和 电容Cll。所述B相驱动电路12包括一个P沟道场效应管Q4和一个N沟道场效应管Q7;所述P沟 道场效应管Q4的漏极D4和N沟道场效应管Q7的漏极D7同时与定子线圈电路13中线圈绕组 L5的一端连接；所述P沟道场效应管Q4的源极S4和N沟道场效应管Q7的源极S7分别连接 在整流电路8的两个输出端；所述P沟道场效应管Q4的栅极G4通过电阻R3与信号放大电路 II10中三极管Q5的集电极C5相连；所述N沟道场效应管Q7的栅极G7通过电阻R5与信号 放大电路II 10中三极管Q8的集电极C8相连；所述三极管Q5的发射极E5与三极管Q8的发 射极E8相连；所述P沟道场效应管Q4的漏极D4与源极S4之间连接有二极管,其栅极G4与 源极S4之间并联有电阻R22和电容C12;所述N沟道场效应管Q7的漏极D7与源极S7之间 连接有二极管，其栅极G7与源极S7之间并联有电阻R23和电容C13。本具体实施方式
中，所述整流电路8与控制芯片14连接指所述整流电路8中电感L9的 一端连接在控制芯片14的GP2脚，而所述控制芯片14同时与信号放大电路I 9、信号放大电 路II10及定子线圈电路13连接采用的是以下具体结构所述控制芯片14的GP0脚同时与信 号放大电路I 9中三极管Ql的基极Bl和三极管Q2的基极B2相连，并同时通过电阻R9与定 子线圈电路13中线圈绕组Ll的一端连接；所述控制芯片14的GP1脚同时与信号放大电路II 10三极管Q5的基极B5和三极管Q8的基极B8连接，并同时通过电阻R8与定子线圈电路13 中线圈绕组L5的一端连接；所述控制芯片14的GP4脚通过电阻Rl和电阻R4同时与三极管 Q5的基极B5和三极管Q8的基极B8连接；所述控制芯片14的GP5脚通过电阻R2和电阻Rll 同时与三极管Ql的基极Bl和三极管Q2的基极B2相连。所述控制芯片14的型号为PIC12F629 或PIC12F675。另外，所述整流电路8与交流电源之间有一个过流过压保护电路20。由于整 流电路8、信号放大电路I9、信号放大电路IIIO、定子线圈电路13以及过流过压保护电路 20均为现有技术中的常规电路，故不在此赘述。如图4和图5所示，本实用新型中所述定子5还包括若干塑料骨架17;所述塑料骨架17 一边设有固定脚18，另一边设有两个用于连接线圈绕组16的引脚19;所述塑料骨架17的内部中空；所述定子铁芯15由若干冲制矽钢片层叠组成，所述由矽钢片层叠组成的电子铁芯先 后穿插过若干塑料骨架17的内部后利用绕制在塑料骨架17上的定子线圈绕组使定子铁芯15 保持为外多角内圆形，由于本具体实施方式
中，所述塑料骨架17的数量为八个，因此定子铁 芯15的形状为外八角内圆形。如图6所示，所述冲制矽钢片的形状为长条菱形四边形，所述 冲制矽钢片一端的倾角a为20° ~40° ，作为本具体实施方式
的一种优选方式，所述冲制矽 钢片一端的倾角a的最佳角度为30° 。本实用新型的工作原理是电源由220V的市电直接取电，经整流电路8的整流后，220V 的交流电被转换成A相驱动电路11和B相驱动电路12所需的直流电；所述控制芯片14中 GPO脚和GP5脚控制A相驱动电路的驱动，GP1脚和GP4脚控制B相驱动电路的驱动，即通过 GPO脚和GP5脚高低电平变化来控制信号放大电路I 9中三极管Q5和Q8的通断即信号放大与 否，从而实现A相驱动电路11对N沟道场效应管Q3和P沟道场效应管Q6通断的控制，给A 相输出正负变化的电流；同样，通过GP1脚和GP4脚高低电平变化来控制信号放大电路I110 中三极管Q5和Q8的通断即信号放大与否，从而实现B相驱动电路12对P沟道场效应管Q4 和N沟道场效应管Q7通断的控制,给B相输出正负变化的电流，电动机定子A、 B两相的交替 电流变化驱动了转子的连续旋转。另外，控制芯片14中的GPO脚和GP1脚可以检测电动机定 子的反电动势信号，从而判断电动机的运行方向及换向信号；而GP2脚用于检测旋转方向控 制信号，使它在检测道反向旋转信号时，可以控制电动机反方向运转。
权利要求1、一种无刷电子驱动电动机，包括控制线路板(3)以及由定子铁芯(15)和线圈绕组(16)组成的定子(5)，其特征在于所述控制线路板(6)包括整流电路(8)、信号放大电路I(9)、信号放大电路II(10)、A相驱动电路(11)、B相驱动电路(12)、定子线圈电路(13)以及控制芯片(14)；所述整流电路(8)同时与A相驱动电路(11)、B相驱动电路(12)及控制芯片(14)连接；所述控制芯片(14)还同时与信号放大电路I(9)、信号放大电路II(10)及定子线圈电路(13)连接；所述信号放大电路I(9)与A相驱动电路(11)连接；所述信号放大电路II(10)与B相驱动电路(12)连接；所述定子线圈电路(13)还同时与A相驱动电路(11)和B相驱动电路(12)连接。
2、 根据权利要求l所述的无刷电子驱动电动机，其特征在于所述A相驱动电路(11) 包括一个N沟道场效应管Q3和一个P沟道场效应管Q6;所述N沟道场效应管Q3的漏极D3 和P沟道场效应管Q6的漏极D6同时与定子线圈电路(13)中线圈绕组Ll的一端连接；所述 N沟道场效应管Q3的源极S3和P沟道场效应管Q6的源极S6分别连接在整流电路(8)的两 个输出端；所述N沟道场效应管Q3的栅极G3通过电阻R10与信号放大电路I (9)中三极管 Ql的集电极Cl连接；所述P沟道场效应管Q6的栅极G6通过电阻R18与信号放大电路I (9) 中三极管Q2的集电极C2相连；所述三极管Ql的发射极El与三极管Q2的发射极E2相连； 所述N沟道场效应管Q3的漏极D3与源极S3之间连接有二极管，其栅极G3与源极S3之间并 联有电阻R20和电容C10;所述P沟道场效应管Q6的漏极D6与源极S6之间连接有二极管， 其栅极G6与源极S6之间并联有电阻R21和电容Cll。
3、 根据权利要求l所述的无刷电子驱动电动机，其特征在于所述B相驱动电路(12) 包括一个P沟道场效应管Q4和一个N沟道场效应管Q7;所述P沟道场效应管Q4的漏极D4 和N沟道场效应管Q7的漏极D7同时与定子线圈电路(13)中线圈绕组L5的一端连接；所述 P沟道场效应管Q4的源极S4和N沟道场效应管Q7的源极S7分别连接在整流电路(8)的两 个输出端；所述P沟道场效应管Q4的栅极G4通过电阻R3与信号放大电路I1 (10)中三极管 Q5的集电极C5相连；所述N沟道场效应管Q7的栅极G7通过电阻R5与信号放大电路II (10)中三极管Q8的集电极C8相连；所述三极管Q5的发射极E5与三极管Q8的发射极E8相连； 所述P沟道场效应管Q4的漏极D4与源极S4之间连接有二极管，其栅极G4与源极S4之间并 联有电阻R22和电容C12;所述N沟道场效应管Q7的漏极D7与源极S7之间连接有二极管， 其栅极G7与源极S7之间并联有电阻R23和电容C13。
4、 根据权利要求1所述的无刷电子驱动电动机，其特征在于所述整流电路(8)与控 制芯片(14)连接指，所述整流电路(8)中电感L9的一端连接在控制芯片(14)的GP2脚。
5、 根据权利要求l所述的无刷电子驱动电动机，其特征在于所述控制芯片(14)同时 与信号放大电路I (9)、信号放大电路II (10)及定子线圈电路(13)连接指，所述控制芯 片(14)的GPO脚同时与信号放大电路I (9)中三极管Ql的基极Bl和三极管Q2的基极B2 相连，并同时通过电阻R9与定子线圈电路(13)中线圈绕组Ll的一端连接；所述控制芯片(14)的GPl脚同时与信号放大电路II (10)三极管Q5的基极B5和三极管Q8的基极B8连 接，并同时通过电阻R8与定子线圈电路(13)中线圈绕组L5的一端连接；所述控制芯片(14) 的GP4脚通过电阻Rl和电阻R4同时与三极管Q5的基极B5和三极管Q8的基极B8连接；所 述控制芯片(14)的GP5脚通过电阻R2和电阻Rll同时与三极管Ql的基极Bl和三极管Q2 的基极B2相连。
6、 根据权利要求1或4或5所述的无刷电子驱动电动机，其特征在于:所述控制芯片(14) 的型号为PIC12F629或PIC12F675。
7、 根据权利要求1所述的无刷电子驱动电动机，其特征在于所述整流电路(8)与交 流电源之间有一个过流过压保护电路(20)。
8、 根据权利要求1所述的无刷电子驱动电动机，其特征在于所述定子(5)包括若干 塑料骨架(17);所述塑料骨架(17) —边设有固定脚(18)，另一边设有两个用于连接线圈 绕组(16)的引脚(19);所述定子铁芯(15)由若干冲制矽钢片层叠组成，所述层叠的矽钢 片穿插在若干塑料骨架(17)的中空内部；所述冲制矽钢片的形状为长条菱形四边形。
9、 根据权利要求8所述的无刷电子驱动电动机，其特征在于冲制矽钢片一端的倾角(a ) 为20° ~40° 。
专利摘要本实用新型公开了一种无刷电子驱动电动机，它的控制线路板包括整流电路(8)、信号放大电路Ⅰ、Ⅱ(9、10)、A、B相驱动电路(11、12)、定子线圈电路(13)以及控制芯片(14)；整流电路(8)同时与A、B相驱动电路(11、12)及控制芯片(14)连接；控制芯片(14)还同时与信号放大电路Ⅰ、Ⅱ(9、10)及定子线圈电路(13)连接；信号放大电路Ⅰ(9)与A相驱动电路(11)连接；信号放大电路Ⅱ(10)与B相驱动电路(12)连接；定子线圈电路(13)还同时与A相驱动电路(11)和B相驱动电路(12)连接。本实用新型的优点是结构简单合理、体积小、噪音低、无电磁干扰、故障率低、工作效率高以及安装简便。
文档编号H02P6/14GK201118503SQ20072019143
公开日2008年9月17日 申请日期2007年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者张小飞, 梁甬源, 赵爱飞 申请人:宁波狮球微特电机有限公司