一種直流無刷電機的製作方法
2023-12-03 18:55:01 4
專利名稱：一種直流無刷電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流無刷電機。
背景技術：
傳統的直流無刷電機，啟動一直是個難點，在現有技術中，通常有採用不均勻氣隙或斜磁極等技術手段來改善電機啟動的，但是效果都不是特別理想，因此限制了直流無刷電機，尤其是單相和兩相直流無刷電機的應用，使得這類電機一般只能用在帶小負載直接啟動運行或變負載啟動運行的場合，如水泵電機和風扇電機。根據磁場的特性得知，將定子通入電流後，由於異極相吸，定子所產生的磁極會吸引轉子磁極，直至轉子的某一個磁極中線和定子的一個磁極中線重合。當轉子的某一個磁極中線和定子的一個磁極中線相差一定角度時，電機啟動時的啟動轉矩會提高，啟動也更容易，而當兩者中線重合時轉矩為零。傳統的直流無刷電機，尤其是單相和兩相直流無刷電機中，由於齒槽定位轉矩的影響，在斷電後轉子會受自然阻力停在任意位置，當轉子停在轉子某一磁極中線非常靠近定子磁極的一個磁極中線位置時，由於電機轉子處在該位置時啟動轉矩很小，就出現電機啟動過程中，出現啟動困難的情況。
發明內容
本發明旨在解決現有技術中因直流無刷電機轉子的某一個磁極中線和定子的一個磁極中線重合，使得電機啟動轉矩為零，導致電機啟動困難的問題，提供一種啟動容易的直流無刷電機，該直流無刷電機在斷電情況下轉子的某一個磁極中線停止在定子相鄰一對磁極之間，啟動轉矩大，解決了直流無刷電機啟動困難的問題。一種直流無刷電機，包括定子及位於定子外面的轉子，其特徵在於，所述定子包括磁極、電機控制裝置及磁性裝置，所述磁性裝置設置在定子的相鄰一對磁極之間，所述磁性裝置通電後產生磁性，所述磁性裝置與電機控制裝置電連接；當所述直流無刷電機停止工作時，所述電機控制裝置控制為磁性裝置進行交替通電或者通斷電控制，以使所述轉子的其中一個磁極中線位於所述定子的其中一對相鄰磁極之間夾角的角平分線上。優選地，所述磁性裝置設置在所述定子相鄰一對磁極之間的夾角的角平分線上並且與轉子的內壁保持間隙。優選地，所述磁性裝置設置在定子相鄰一對磁極之間的夾角的角平分線與定子外圓周的交點上。優選地，所述電機控制裝置控制為磁性裝置進行交替通電的步驟為電機斷電時，檢測磁性裝置對應的轉子磁極；當該轉子的極性為S的磁極中線與磁性裝置中線重合時，控制為磁性裝置通一個正向電流，直到磁性裝置中線與下一個轉子極性為N的磁極中線重合；當該轉子的極性為N的磁極中線與磁性裝置中線重合時，控制為磁性裝置通一個反向電流，直到磁性裝置中線與下一個轉子極性為S的磁極中線重合；其中，當控制所述磁性裝置通入正向電流時，磁性裝置相對於轉子一側的磁極極性為N ;當控制所述磁性裝置通入反向電流時，磁性裝置相對於轉子一側的磁極極性為S。優選地，所述電機控制裝置控制為磁性裝置進行通斷電的步驟為，電機斷電時，檢測磁性裝置對應的轉子磁極；當該轉子的極性為S的磁極中線與磁性裝置中線重合時，控制為磁性裝置通一個正向電流，直到磁性裝置中線與下一個轉子極性為N的磁極中線重合；
當該轉子的極性為N的磁極中線與磁性裝置中線重合時，控制為磁性裝置斷電，直到磁性裝置中線與下一個轉子極性為S的磁極中線重合；其中，當控制所述磁性裝置通入正向電流時，磁性裝置相對於轉子一側的磁極極性為N ;當控制所述磁性裝置斷電時，磁性裝置相對於轉子一側的磁極無極性。優選地，所述電機控制裝置控制為磁性裝置進行通斷電的步驟為電機斷電時，檢測磁性裝置對應的轉子磁極；當該轉子的極性為N的磁極中線與磁性裝置中線重合時，控制為磁性裝置通一個反向電流，直到磁性裝置中線與下一個轉子極性為S的磁極中線重合；
當該轉子的極性為S的磁極中線與磁性裝置中線重合時，控制為磁性裝置斷電，直到磁性裝置中線與下一個轉子極性為N的磁極中線重合；其中，當控制所述磁性裝置通入反向電流時，磁性裝置相對於轉子一側的磁極極性為S ;當控制所述磁性裝置斷電時，磁性裝置相對於轉子一側的磁極無極性。優選地，所述磁性裝置為小型電磁鐵，所述電磁鐵的線圈與所述電機控制裝置電連接。優選地，所述電機控制裝 置包括電機控制電路，所述電機控制電路可控制為所述電磁鐵正反向交替通電或交替通斷電。優選地，所述磁極為不均勻磁極或斜磁極。以上技術方案中，通過在直流無刷電機定子相鄰一對磁極之間設置一個磁性裝置，通過電機控制電路控制磁性裝置產生磁力，並對轉子磁極發生磁力矩作用，當整個電機斷電後，轉子由於慣性繼續轉動，但它會受到磁性裝置的磁力矩的作用，最終使得轉子的某一個磁極中線停在定子的其中一對相鄰磁極夾角的角平分線上，此時電機啟動時會有比較大的啟動轉矩，方便了電機啟動，有利於電機帶更大負載工作，提高了工作效率。
圖I是本發明一種實施例的結構剖視圖。
具體實施例方式為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。結合圖I所示，為一種方便啟動的直流無刷電機，在本實施例中，該直流無刷電機為一兩相四極的外轉子直流無刷電機，包括定子1，轉子3，所述定子I位於電機內部，圍繞定子I的圓周設有轉子3，定子還包括電機控制裝置及磁性裝置2，所述電機控制裝置除了正常控制電機啟動、工作、停止之外，還包括了控制所述磁性裝置2工作的控制電路。在本實施例中，所述電機控制裝置為設置在PCB印刷電路板上的電機控制電路，所述電機控制電路上設有相關電器元件，控制磁性裝置通斷電流或者通入正反向電流，控制磁性裝置產生相應極性或者沒有極性，當然此處的正向電流可以為順時針方向或者逆時針方向，所述磁性裝置設置在定子相鄰磁極中線之間夾角的角平分線與定子外圓弧的交點上，所述磁性裝置可通過多種方式固定在電機定子上，如通過螺釘緊固在電機定子上，優選地採用安裝架固定在電機定子上。所述的磁性裝置2可以是通電有磁性，斷電無磁性的裝置，如電磁鐵，在本實施例中磁性裝置2優選為小型電磁鐵，小型電磁鐵 的線圈與電機控制電路電連接並設置在定子相鄰一對磁極之間，優選地，小型電磁鐵設置在定子相鄰一對磁極的中線之間夾角的角平分線上並且始終不接觸所述轉子內壁，作為更進一步優選方案，小型電磁鐵設置在定子相鄰一對磁極的中線之間夾角的角平分線與定子外圓周交點上。當然，以上方案也適用於單向或者兩相以上的外轉子直流無刷電機中。在本實施例中，為了將磁性裝置2的工作原理表述更詳細清楚，列舉兩種實施例，但並不僅限於此兩種實施例。第一種實施例中，當直流無刷電機停止工作時，由於慣性，轉子在電機斷電後還會繼續轉動，磁性裝置2的控制電路則根據電機本身自帶的相關傳感器，對電機位置進行判斷，通過處理信號判斷電機轉子位置，所述電機控制裝置控制為磁性裝置進行交替通電，通正向電流時磁性裝置的磁性為N，通反向電流時，磁性裝置的磁性為S。當轉子極性為S的磁極中線與磁性裝置2的中線重合時，電機控制電路為磁性裝置2通入一個正向電流，保持通入正向電流，使其相對於轉子的一側產生的磁性為N，由於慣性，轉子繼續繞定子轉動，此時由於轉子磁極極性為S，而磁性裝置2極性為N，根據磁極異性相吸原理，磁性裝置2會吸引轉子上磁性為S的磁極，轉子轉動方向與磁力吸引方向相反，轉子運動加速度為負，導致轉子逐漸減速，直到磁性裝置2中線與緊接著磁極極性為S的轉子極性為N的磁極中線重合時；由於轉子繼續轉動，當轉子磁極極性為N並且該磁極中線與磁性裝置2中線重合時，電機控制電路為磁性裝置2通入一個反向電流，使其相對於轉子的一側產生的磁性為S，同理，由於正對磁性裝置2的轉子磁極的極性為N，而此時小磁鐵相對於轉子一側的極性為S，這樣磁極異性相吸，又產生了阻礙轉子運動的反向作用力，轉子繼續減速轉動，保持通入反向電流直到磁性裝置2中線與緊接著的下一個轉子極性為S的磁極中線重合。這樣在不同階段通過變換磁性裝置2的電流方向，產生磁性，保持磁性裝置2對轉子磁極對應極性磁極的吸引，由於受力方向一直與自身運動方向相反，所以轉子會在一段時間後速度慢慢減下來，由於磁性裝置2的磁力一直存在，並總保持與轉子運動方向相反，轉子的速度不足以轉過觸發磁性裝置2電流方向改變的位置時，轉子會在磁性裝置2的吸引下反向轉動，進而在磁性裝置2中線左右擺動，最終由於磁性裝置2磁力產生的阻力使得轉子與磁性裝置2極性相對的磁極停止下來，該磁極的中線位於磁性裝置2中線附近，磁性裝置2位於定子相鄰兩個磁極中線夾角的角平分線上，此時電機定子的某一磁極中線與轉子的一個磁極中線之間不重合相差角度最大，此時電機的啟動轉矩很大，有利於下次啟動。第二種實施例中，當直流無刷電機停止工作時，由於慣性，轉子在電機斷電後還會繼續轉動，磁性裝置2的控制電路則根據電機本身自帶的相關傳感器，對電機位置進行判斷，通過處理信號判斷電機轉子位置，所述電機控制裝置控制為磁性裝置進行通斷電控制，通入電流時磁性裝置2的磁性為N，斷開電流時磁性裝置2沒有磁性。當轉子磁極極性為S且該磁極中線與磁性裝置2中線重合時，電機控制電路為磁性裝置2通入一個正向電流，保持通入正向電流，使其相對於轉子的一側產生的磁性為N，由於慣性，轉子繼續繞定子轉動，此時由於轉子磁極極性為S，而磁性裝置2極性為N，根據磁極異性相吸原理，磁性裝置2會吸引轉子上磁性為S的磁極，轉子轉動方向與磁力吸引方向相反，轉子運動加速度為負，導致轉子逐漸減速，直到磁性裝置2中線與緊接著磁極極性為S的轉子極性為N的磁極中線重合時；由於轉子繼續轉動，當轉子磁極極性為N並且該磁極中線與磁性裝置2中線重合時，電機控制電路斷開磁性裝置2電流，停止對磁性裝置2通電，此時磁性裝置沒有磁性，不會對轉子磁極產生作用力，直到在慣性的作用下磁性裝置2中線與緊接著的下一個轉子極性為S的磁極中線重合。這樣在不同階段通過通斷磁性裝置2的電流，不但磁性裝置2可以對轉子磁極對應極性磁極的吸引，電機控制電路中元器件結構等也大大簡化，控制方法容易操作和實現。
通過改變通入磁性裝置2的電流方向，我們引入第三種實施例，其中當直流無刷電機停止工作時，由於慣性，轉子在電機斷電後還會繼續轉動，磁性裝置2的控制電路則根據電機本身自帶的相關傳感器，對電機位置進行判斷，通過處理信號判斷電機轉子位置，所述電機控制裝置控制為磁性裝置進行通斷電控制，通入電流時磁性裝置2的磁性為S，斷開電流時磁性裝置2沒有磁性。當轉子磁極極性為N且該磁極中線與磁性裝置2中線重合時，電機控制電路為磁性裝置2通入一個反向電流，保持通入反向電流，使其相對於轉子的一側產生的磁性為S，由於慣性，轉子繼續繞定子轉動，此時由於轉子磁極極性為S，而磁性裝置2極性為N，根據磁極異性相吸原理，磁性裝置2會吸引轉子上磁性為N的磁極，轉子轉動方向與磁力吸引方向相反，轉子運動加速度為負，導致轉子逐漸減速，直到磁性裝置2中線與緊接著磁極極性為N的轉子極性為N的磁極中線重合時；由於轉子繼續轉動，當轉子磁極極性為S並且該磁極中線與磁性裝置2中線重合時，電機控制電路斷開磁性裝置2的電流，停止對磁性裝置2通電，此時磁性裝置2沒有磁性，不會對轉子磁極產生作用力，直到在慣性的作用下磁性裝置2中線與緊接著的下一個轉子極性為N的磁極中線重合。本發明直流無刷電機的工作過程是這樣的根據電機磁場的特性可知，當轉子的某一磁極中線與定子的某一磁極中線重合時，啟動轉矩為零，此時的電機很難啟動，通過在定子相鄰的兩個磁極中線夾角的角平分線上設置一個磁性裝置，在電機斷電時候，通過電機控制電路馬上接通控制磁性裝置的控制電路，控制所述磁性裝置交替通斷電或者通入正反電流，來使得磁性裝置產生相應的極性或者沒有磁性，根據磁極異性相吸的原理，控制磁性裝置對電機轉子磁極的作用力總是與電機轉動方向相反，使得電機轉子的加速度一直為負，最後速度為零，由於磁性裝置的磁力一直存在和磁性裝置的位置決定，磁性裝置會吸引轉子上與其磁性相對的磁極中線停在磁性裝置的中線附近，甚至重合，這樣電機定子的某一磁極中線和轉子某一磁極的中線必定相差一定角度，此時電機的啟動轉矩很大，方便了下次電機啟動，更有利於電機帶更大負載工作，提高了工作效率。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種直流無刷電機，包括定子及位於定子外面的轉子，其特徵在於，所述定子包括磁極、電機控制裝置及磁性裝置，所述磁性裝置設置在定子的相鄰一對磁極之間，所述磁性裝置通電後產生磁性，所述磁性裝置與電機控制裝置電連接； 當所述直流無刷電機停止工作時，所述電機控制裝置控制為磁性裝置進行交替通電或者通斷電控制，以使所述轉子的其中一個磁極中線位於所述定子的其中一對相鄰磁極之間夾角的角平分線上。
2.根據權利要求I所述的直流無刷電機，其特徵在於，所述磁性裝置設置在所述定子相鄰一對磁極之間的夾角的角平分線上並且與轉子的內壁保持間隙。
3.根據權利要求2所述的直流無刷電機，其特徵在於，所述磁性裝置設置在定子相鄰一對磁極之間的夾角的角平分線與定子外圓周的交點上。
4.根據權利要求I所述的直流無刷電機，其特徵在於，所述電機控制裝置控制為磁性裝置進行交替通電的步驟為 電機斷電時，檢測磁性裝置對應的轉子磁極； 當該轉子的極性為S的磁極中線與磁性裝置中線重合時，控制為磁性裝置通一個正向電流，直到磁性裝置中線與下一個轉子極性為N的磁極中線重合； 當該轉子的極性為N的磁極中線與磁性裝置中線重合時，控制為磁性裝置通一個反向電流，直到磁性裝置中線與下一個轉子極性為S的磁極中線重合； 其中，當控制所述磁性裝置通入正向電流時，磁性裝置相對於轉子一側的磁極極性為N ;當控制所述磁性裝置通入反向電流時，磁性裝置相對於轉子一側的磁極極性為S。
5.根據權利要求I所述的直流無刷電機，其特徵在於，所述電機控制裝置控制為磁性裝置進行通斷電的步驟為 電機斷電時，檢測磁性裝置對應的轉子磁極； 當該轉子的極性為S的磁極中線與磁性裝置中線重合時，控制為磁性裝置通一個正向電流，直到磁性裝置中線與下一個轉子極性為N的磁極中線重合； 當該轉子的極性為N的磁極中線與磁性裝置中線重合時，控制為磁性裝置斷電，直到磁性裝置中線與下一個轉子極性為S的磁極中線重合； 其中，當控制所述磁性裝置通入正向電流時，磁性裝置相對於轉子一側的磁極極性為N ;當控制所述磁性裝置斷電時，磁性裝置相對於轉子一側的磁極無極性。
6.根據權利要求I所述的直流無刷電機，其特徵在於，所述電機控制裝置控制為磁性裝置進行通斷電的步驟為 電機斷電時，檢測磁性裝置對應的轉子磁極； 當該轉子的極性為N的磁極中線與磁性裝置中線重合時，控制為磁性裝置通一個反向電流，直到磁性裝置中線與下一個轉子極性為S的磁極中線重合； 當該轉子的極性為S的磁極中線與磁性裝置中線重合時，控制為磁性裝置斷電，直到磁性裝置中線與下一個轉子極性為N的磁極中線重合； 其中，當控制所述磁性裝置通入反向電流時，磁性裝置相對於轉子一側的磁極極性為S ;當控制所述磁性裝置斷電時，磁性裝置相對於轉子一側的磁極無極性。
7.根據權利要求I所述的直流無刷電機，其特徵在於，所述磁性裝置為小型電磁鐵，所述電磁鐵的線圈與所述電機控制裝置電連接。
8.根據權利要求I所述的直流無刷電機，其特徵在於，所述電機控制裝置包括電機控制電路，所述電機控制電路可控制為所述電磁鐵正反向交替通電或交替通斷電。
9.根據權利要求I所述的直流無刷電機，其特徵在於，所述磁極為不均勻磁極或斜磁極。
全文摘要
本發明提供了一種直流無刷電機，包括定子及位於定子外面的轉子，定子包括磁極、電機控制裝置及磁性裝置，所述磁性裝置設置在定子的一對相鄰磁極之間夾角的角平分線上，所述磁性裝置通電後產生磁性，所述磁性裝置與電機控制裝置電連接，電機控制裝置控制磁性裝置產生磁性，並對轉子磁極發生磁力矩作用，當整個電機斷電後，轉子由於慣性繼續轉動，但它會受到磁性裝置的磁力矩作用，最終使得轉子的某一個磁極中線停在定子的其中一對相鄰磁極之間夾角的角平分線上，此時電機啟動時會有比較大的啟動轉矩，方便了電機啟動，有利於電機帶更大負載工作，提高了工作效率。
文檔編號H02K29/03GK102624185SQ201110029919
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月28日 優先權日2011年1月28日
發明者吳歡明 申請人:比亞迪股份有限公司