[發明專利]一種觸發式永磁無刷直流電動機的構成及驅動方法

有效

• 申請號: 201410698768.0
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104377931B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 朱福善
• 申請（專利權）人: 朱福善
• 主分類號: H02K29/00
• 分類號: H02K29/00;H02K29/06;H02K1/27;H02K3/28;H02K15/00;H02P6/08;H02P6/22
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙)44248
• 代理人: 朱曉光

技術領域

本發明涉及一種電動機，特別涉及直流電動機，尤其是機電一體化的永磁無刷直流電動機。

背景技術

在現有技術中，直流電動機自面世以來，都離不開換向器和電刷。電刷與高速旋轉換向器接觸時，會產生電火花，電火花不但對周圍電子設備產生電磁干擾，也會使電刷和換向器加速磨損。加上調速、正反轉控制困難等固有缺點，限制了它在現代的數控伺服系統中的應用。

目前，應用于數控領域，也稱為永磁無刷電動機的中小功率電動機有兩種：

1、三相方波永磁無刷直流電動機：即數控業界所俗稱的“無刷直流電動機”或稱“伺服電動機”，這種電動機配合編碼器、電子尺等位移傳感器所組成的閉環伺服系統，廣泛用于現代數控設備中。

2、步進電動機：這種電動機所組成的開環控制系統，被廣泛用于中、低端的數控設備中。

嚴格來說，以上兩種電動機并不屬“直流電動機”這個范疇。因為第一種“無刷直流電動機”實際上是由三相逆變電路產生三相方波電流來驅動的三相電動機，只是用直流電作電源而已。這種機電一體化的電動機其驅動電路復雜、價格昂貴。

步進電動機也是用直流電作電源，經步進電動機驅動電路產生一系列時序脈沖方波電流來驅動電動機轉動的。步進電動機工作時容易產生振動、運行噪聲大、發熱嚴重而且效率低。

那么，到底有沒有用直流電運行、既保留直流電動機的優點、又不存在傳統直流電動機的缺點的無刷直流電動機？在現有技術中，尚無此類信息披露。

發明內容

為了解決現有技術中有刷直流電動機必須帶電刷運行的問題。本發明提出一種觸發式永磁無刷直流電動機的構成和驅動方法。

在現有中小型永磁有刷直流電動機中，有兩個電刷的兩極永磁直流電動機和四個電刷的四極永磁直流電動機兩種。本發明在實現傳統的二極、四極中小型永磁直流電動機無刷運行的同時，也克服了直流電動機的調速、正反轉控制困難的缺點。

本發明是通過采用以下的技術方案來實現的：

實施一種觸發式永磁無刷直流電動機的構成及驅動方法，所述的構成和驅動方法包括如下步驟：

為實現永磁直流電動機的無刷驅動，本發明將傳統的永磁直流電動機的永磁體從定子轉移到轉子上，而將轉子的電樞繞組轉移到定子上。

A、首先是設置永磁轉子：

在轉子軸上設置轉子鐵芯，然后在轉子鐵芯上設置永磁體而成。

B、接下來設置電動機定子，在定子上設置極芯、繞制極芯線圈和將極芯線圈串連成相繞組：

定子極芯以偶數設置，在每只極芯上繞制極芯線圈，將兩只繞向相同的極芯線圈串接成一個相繞組；相繞組的兩個線圈分別為第一線圈和第二線圈。

C、接下來在轉子軸上設置一磁環架和在磁環架上設置觸發磁環：

在轉子軸上設置一磁環架，方法是將轉子軸延長伸出后端蓋一段形成副軸，將磁環架固定在副軸上與轉子同步轉動；在磁環架上設置一個觸發磁環，觸發磁環的磁極極數與同軸的永磁轉子的磁極極數相同，兩者之間的同極要錯位設置。

D、接下來設置一印刷電路板：

印刷電路板用來容納電動機的驅動電路，并將各個相繞組的兩個輸入端接入印刷電路板的相應接口，與印刷電路板中的各相所屬的H橋開關電路的兩個輸出端連接；印刷電路板被固定在后端蓋外，并使印刷電路板上的繞組位置傳感器與轉子軸上的觸發磁環相耦合。

所述的驅動電路由霍爾傳感器、H橋開關電路、相繞組組成以相為單位的基本控制單元，一臺電動機的驅動電路由多個基本控制單元組成，每個相繞組配置一個；

所述的霍爾傳感器，跟隨各個相繞組的第一線圈分布，是代表各個相繞組的第一線圈的準確的位置，所以稱為“繞組位置傳感器”。

步驟A所述的永磁轉子，是由轉子軸、轉子鐵芯、永磁體S極、永磁體N極組成；永磁轉子有二極或四極兩種；當永磁轉子為二極時，由一塊外表面為永磁體N極和一塊外表面為永磁體S極磁鐵固定在預設的轉子鐵心上組成永磁轉子的兩個極而成，兩極間呈180°分布；當永磁轉子為四極時，由兩塊外表面為永磁體S極、兩塊外表面為永磁體N極的磁鐵固定在預設的轉子鐵心上組成永磁轉子的四個極而成，異極之間呈90°分布；永磁轉子的磁極極數決定電動機的極數，當轉子為二極時，定子電樞繞組通電后所激發的定子磁場也是兩極；當轉子為四極時，定子電樞繞組通電后所激發的定子磁場也是四極；所述的永磁體是由磁材料預制成弧形經充磁而成的磁鐵。