CN102624185A - 一种直流无刷电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种直流无刷电机,包括定子及位于定子外面的转子,定子包括磁极、电机控制装置及磁性装置,所述磁性装置设置在定子的一对相邻磁极之间夹角的角平分线上,所述磁性装置通电后产生磁性,所述磁性装置与电机控制装置电连接,电机控制装置控制磁性装置产生磁性,并对转子磁极发生磁力矩作用,当整个电机断电后,转子由于惯性继续转动,但它会受到磁性装置的磁力矩作用,最终使得转子的某一个磁极中线停在定子的其中一对相邻磁极之间夹角的角平分线上,此时电机启动时会有比较大的启动转矩,方便了电机启动,有利于电机带更大负载工作,提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流无刷电机。
背景技术
传统的直流无刷电机,启动一直是个难点,在现有技术中,通常有采用不均匀气隙或斜磁极等技术手段来改善电机启动的,但是效果都不是特别理想,因此限制了直流无刷电机,尤其是单相和两相直流无刷电机的应用,使得这类电机一般只能用在带小负载直接启动运行或变负载启动运行的场合,如水泵电机和风扇电机。
根据磁场的特性得知,将定子通入电流后,由于异极相吸,定子所产生的磁极会吸引转子磁极,直至转子的某一个磁极中线和定子的一个磁极中线重合。当转子的某一个磁极中线和定子的一个磁极中线相差一定角度时,电机启动时的启动转矩会提高,启动也更容易 ,而当两者中线重合时转矩为零。传统的直流无刷电机,尤其是单相和两相直流无刷电机中,由于齿槽定位转矩的影响,在断电后转子会受自然阻力停在任意位置,当转子停在转子某一磁极中线非常靠近定子磁极的一个磁极中线位置时,由于电机转子处在该位置时启动转矩很小,就出现电机启动过程中,出现启动困难的情况。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中因直流无刷电机转子的某一个磁极中线和定子的一个磁极中线重合,使得电机启动转矩为零,导致电机启动困难的问题,提供一种启动容易的直流无刷电机,该直流无刷电机在断电情况下转子的某一个磁极中线停止在定子相邻一对磁极之间,启动转矩大,解决了直流无刷电机启动困难的问题。
一种直流无刷电机,包括定子及位于定子外面的转子,其特征在于,所述定子包括磁极、电机控制装置及磁性装置,所述磁性装置设置在定子的相邻一对磁极之间,所述磁性装置通电后产生磁性,所述磁性装置与电机控制装置电连接;当所述直流无刷电机停止工作时,所述电机控制装置控制为磁性装置进行交替通电或者通断电控制,以使所述转子的其中一个磁极中线位于所述定子的其中一对相邻磁极之间夹角的角平分线上。
优选地,所述磁性装置设置在所述定子相邻一对磁极之间的夹角的角平分线上并且与转子的内壁保持间隙。
优选地,所述磁性装置设置在定子相邻一对磁极之间的夹角的角平分线与定子外圆周的交点上。
优选地,所述电机控制装置控制为磁性装置进行交替通电的步骤为: 电机断电时,检测磁性装置对应的转子磁极;当该转子的极性为S的磁极中线与磁性装置中线重合时,控制为磁性装置通一个正向电流,直到磁性装置中线与下一个转子极性为N的磁极中线重合;当该转子的极性为N的磁极中线与磁性装置中线重合时,控制为磁性装置通一个反向电流,直到磁性装置中线与下一个转子极性为S的磁极中线重合;其中,当控制所述磁性装置通入正向电流时,磁性装置相对于转子一侧的磁极极性为N;当控制所述磁性装置通入反向电流时,磁性装置相对于转子一侧的磁极极性为S。
优选地,所述电机控制装置控制为磁性装置进行通断电的步骤为:,电机断电时,检测磁性装置对应的转子磁极;当该转子的极性为S的磁极中线与磁性装置中线重合时,控制为磁性装置通一个正向电流,直到磁性装置中线与下一个转子极性为N的磁极中线重合;
当该转子的极性为N的磁极中线与磁性装置中线重合时,控制为磁性装置断电,直到磁性装置中线与下一个转子极性为S的磁极中线重合;其中,当控制所述磁性装置通入正向电流时,磁性装置相对于转子一侧的磁极极性为N;当控制所述磁性装置断电时,磁性装置相对于转子一侧的磁极无极性。
优选地,所述电机控制装置控制为磁性装置进行通断电的步骤为:电机断电时,检测磁性装置对应的转子磁极;当该转子的极性为N的磁极中线与磁性装置中线重合时,控制为磁性装置通一个反向电流,直到磁性装置中线与下一个转子极性为S的磁极中线重合;
当该转子的极性为S的磁极中线与磁性装置中线重合时,控制为磁性装置断电,直到磁性装置中线与下一个转子极性为N的磁极中线重合;其中,当控制所述磁性装置通入反向电流时,磁性装置相对于转子一侧的磁极极性为S;当控制所述磁性装置断电时,磁性装置相对于转子一侧的磁极无极性。
优选地,所述磁性装置为小型电磁铁,所述电磁铁的线圈与所述电机控制装置电连接。
优选地,所述电机控制装置包括电机控制电路,所述电机控制电路可控制为所述电磁铁正反向交替通电或交替通断电。
优选地,所述磁极为不均匀磁极或斜磁极。
以上技术方案中,通过在直流无刷电机定子相邻一对磁极之间设置一个磁性装置,通过电机控制电路控制磁性装置产生磁力,并对转子磁极发生磁力矩作用,当整个电机断电后,转子由于惯性继续转动,但它会受到磁性装置的磁力矩的作用,最终使得转子的某一个磁极中线停在定子的其中一对相邻磁极夹角的角平分线上,此时电机启动时会有比较大的启动转矩,方便了电机启动,有利于电机带更大负载工作,提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明一种实施例的结构剖视图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
结合图1所示,为一种方便启动的直流无刷电机,在本实施例中,该直流无刷电机为一两相四极的外转子直流无刷电机,包括定子1,转子3,所述定子1位于电机内部,围绕定子1的圆周设有转子3,定子还包括电机控制装置及磁性装置2,所述电机控制装置除了正常控制电机启动、工作、停止之外,还包括了控制所述磁性装置2工作的控制电路。在本实施例中,所述电机控制装置为设置在PCB印刷电路板上的电机控制电路,所述电机控制电路上设有相关电器元件,控制磁性装置通断电流或者通入正反向电流,控制磁性装置产生相应极性或者没有极性,当然此处的正向电流可以为顺时针方向或者逆时针方向,所述磁性装置设置在定子相邻磁极中线之间夹角的角平分线与定子外圆弧的交点上,所述磁性装置可通过多种方式固定在电机定子上,如通过螺钉紧固在电机定子上,优选地采用安装架固定在电机定子上。所述的磁性装置2可以是通电有磁性,断电无磁性的装置,如电磁铁,在本实施例中磁性装置2优选为小型电磁铁,小型电磁铁的线圈与电机控制电路电连接并设置在定子相邻一对磁极之间,优选地,小型电磁铁设置在定子相邻一对磁极的中线之间夹角的角平分线上并且始终不接触所述转子内壁,作为更进一步优选方案,小型电磁铁设置在定子相邻一对磁极的中线之间夹角的角平分线与定子外圆周交点上。当然,以上方案也适用于单向或者两相以上的外转子直流无刷电机中。
在本实施例中,为了将磁性装置2的工作原理表述更详细清楚,列举两种实施例,但并不仅限于此两种实施例。
第一种实施例中,当直流无刷电机停止工作时,由于惯性,转子在电机断电后还会继续转动,磁性装置2的控制电路则根据电机本身自带的相关传感器,对电机位置进行判断,通过处理信号判断电机转子位置, 所述电机控制装置控制为磁性装置进行交替通电,通正向电流时磁性装置的磁性为N,通反向电流时,磁性装置的磁性为S。
当转子极性为S的磁极中线与磁性装置2的中线重合时,电机控制电路为磁性装置2通入一个正向电流,保持通入正向电流,使其相对于转子的一侧产生的磁性为N,由于惯性,转子继续绕定子转动,此时由于转子磁极极性为S,而磁性装置2极性为N,根据磁极异性相吸原理,磁性装置2会吸引转子上磁性为S的磁极,转子转动方向与磁力吸引方向相反,转子运动加速度为负,导致转子逐渐减速,直到磁性装置2中线与紧接着磁极极性为S的转子极性为N的磁极中线重合时;由于转子继续转动,当转子磁极极性为N并且该磁极中线与磁性装置2中线重合时,电机控制电路为磁性装置2通入一个反向电流,使其相对于转子的一侧产生的磁性为S,同理,由于正对磁性装置2的转子磁极的极性为N,而此时小磁铁相对于转子一侧的极性为S,这样磁极异性相吸,又产生了阻碍转子运动的反向作用力,转子继续减速转动,保持通入反向电流直到磁性装置2中线与紧接着的下一个转子极性为S的磁极中线重合。这样在不同阶段通过变换磁性装置2的电流方向,产生磁性,保持磁性装置2对转子磁极对应极性磁极的吸引,由于受力方向一直与自身运动方向相反,所以转子会在一段时间后速度慢慢减下来,由于磁性装置2的磁力一直存在,并总保持与转子运动方向相反,转子的速度不足以转过触发磁性装置2电流方向改变的位置时,转子会在磁性装置2的吸引下反向转动,进而在磁性装置2中线左右摆动,最终由于磁性装置2磁力产生的阻力使得转子与磁性装置2极性相对的磁极停止下来,该磁极的中线位于磁性装置2中线附近,磁性装置2位于定子相邻两个磁极中线夹角的角平分线上,此时电机定子的某一磁极中线与转子的一个磁极中线之间不重合相差角度最大,此时电机的启动转矩很大,有利于下次启动。
第二种实施例中,当直流无刷电机停止工作时,由于惯性,转子在电机断电后还会继续转动,磁性装置2的控制电路则根据电机本身自带的相关传感器,对电机位置进行判断,通过处理信号判断电机转子位置, 所述电机控制装置控制为磁性装置进行通断电控制,通入电流时磁性装置2的磁性为N,断开电流时磁性装置2没有磁性。
当转子磁极极性为S且该磁极中线与磁性装置2中线重合时,电机控制电路为磁性装置2通入一个正向电流,保持通入正向电流,使其相对于转子的一侧产生的磁性为N,由于惯性,转子继续绕定子转动,此时由于转子磁极极性为S,而磁性装置2极性为N,根据磁极异性相吸原理,磁性装置2会吸引转子上磁性为S的磁极,转子转动方向与磁力吸引方向相反,转子运动加速度为负,导致转子逐渐减速,直到磁性装置2中线与紧接着磁极极性为S的转子极性为N的磁极中线重合时;由于转子继续转动,当转子磁极极性为N并且该磁极中线与磁性装置2中线重合时,电机控制电路断开磁性装置2电流,停止对磁性装置2通电,此时磁性装置没有磁性,不会对转子磁极产生作用力,直到在惯性的作用下磁性装置2中线与紧接着的下一个转子极性为S的磁极中线重合。
这样在不同阶段通过通断磁性装置2的电流,不但磁性装置2可以对转子磁极对应极性磁极的吸引,电机控制电路中元器件结构等也大大简化,控制方法容易操作和实现。
通过改变通入磁性装置2的电流方向,我们引入第三种实施例,其中当直流无刷电机停止工作时,由于惯性,转子在电机断电后还会继续转动,磁性装置2的控制电路则根据电机本身自带的相关传感器,对电机位置进行判断,通过处理信号判断电机转子位置, 所述电机控制装置控制为磁性装置进行通断电控制,通入电流时磁性装置2的磁性为S,断开电流时磁性装置2没有磁性。
当转子磁极极性为N且该磁极中线与磁性装置2中线重合时,电机控制电路为磁性装置2通入一个反向电流,保持通入反向电流,使其相对于转子的一侧产生的磁性为S,由于惯性,转子继续绕定子转动,此时由于转子磁极极性为S,而磁性装置2极性为N,根据磁极异性相吸原理,磁性装置2会吸引转子上磁性为N的磁极,转子转动方向与磁力吸引方向相反,转子运动加速度为负,导致转子逐渐减速,直到磁性装置2中线与紧接着磁极极性为N的转子极性为N的磁极中线重合时;由于转子继续转动,当转子磁极极性为S并且该磁极中线与磁性装置2中线重合时,电机控制电路断开磁性装置2的电流,停止对磁性装置2通电,此时磁性装置2没有磁性,不会对转子磁极产生作用力,直到在惯性的作用下磁性装置2中线与紧接着的下一个转子极性为N的磁极中线重合。
本发明直流无刷电机的工作过程是这样的:根据电机磁场的特性可知,当转子的某一磁极中线与定子的某一磁极中线重合时,启动转矩为零,此时的电机很难启动,通过在定子相邻的两个磁极中线夹角的角平分线上设置一个磁性装置,在电机断电时候,通过电机控制电路马上接通控制磁性装置的控制电路,控制所述磁性装置交替通断电或者通入正反电流,来使得磁性装置产生相应的极性或者没有磁性,根据磁极异性相吸的原理,控制磁性装置对电机转子磁极的作用力总是与电机转动方向相反,使得电机转子的加速度一直为负,最后速度为零,由于磁性装置的磁力一直存在和磁性装置的位置决定,磁性装置会吸引转子上与其磁性相对的磁极中线停在磁性装置的中线附近,甚至重合,这样电机定子的某一磁极中线和转子某一磁极的中线必定相差一定角度,此时电机的启动转矩很大,方便了下次电机启动,更有利于电机带更大负载工作,提高了工作效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种直流无刷电机,包括定子及位于定子外面的转子,其特征在于,所述定子包括磁极、电机控制装置及磁性装置,所述磁性装置设置在定子的相邻一对磁极之间,所述磁性装置通电后产生磁性,所述磁性装置与电机控制装置电连接;
当所述直流无刷电机停止工作时,所述电机控制装置控制为磁性装置进行交替通电或者通断电控制,以使所述转子的其中一个磁极中线位于所述定子的其中一对相邻磁极之间夹角的角平分线上。
2.根据权利要求1所述的直流无刷电机,其特征在于,所述磁性装置设置在所述定子相邻一对磁极之间的夹角的角平分线上并且与转子的内壁保持间隙。
3.根据权利要求2所述的直流无刷电机,其特征在于,所述磁性装置设置在定子相邻一对磁极之间的夹角的角平分线与定子外圆周的交点上。
4.根据权利要求1所述的直流无刷电机,其特征在于,所述电机控制装置控制为磁性装置进行交替通电的步骤为:
电机断电时,检测磁性装置对应的转子磁极;
当该转子的极性为S的磁极中线与磁性装置中线重合时,控制为磁性装置通一个正向电流,直到磁性装置中线与下一个转子极性为N的磁极中线重合;
当该转子的极性为N的磁极中线与磁性装置中线重合时,控制为磁性装置通一个反向电流,直到磁性装置中线与下一个转子极性为S的磁极中线重合;
其中,当控制所述磁性装置通入正向电流时,磁性装置相对于转子一侧的磁极极性为N;当控制所述磁性装置通入反向电流时,磁性装置相对于转子一侧的磁极极性为S。
5.根据权利要求1所述的直流无刷电机,其特征在于,所述电机控制装置控制为磁性装置进行通断电的步骤为:
电机断电时,检测磁性装置对应的转子磁极;
当该转子的极性为S的磁极中线与磁性装置中线重合时,控制为磁性装置通一个正向电流,直到磁性装置中线与下一个转子极性为N的磁极中线重合;
当该转子的极性为N的磁极中线与磁性装置中线重合时,控制为磁性装置断电,直到磁性装置中线与下一个转子极性为S的磁极中线重合;
其中,当控制所述磁性装置通入正向电流时,磁性装置相对于转子一侧的磁极极性为N;当控制所述磁性装置断电时,磁性装置相对于转子一侧的磁极无极性。
6.根据权利要求1所述的直流无刷电机,其特征在于,所述电机控制装置控制为磁性装置进行通断电的步骤为:
电机断电时,检测磁性装置对应的转子磁极;
当该转子的极性为N的磁极中线与磁性装置中线重合时,控制为磁性装置通一个反向电流,直到磁性装置中线与下一个转子极性为S的磁极中线重合;
当该转子的极性为S的磁极中线与磁性装置中线重合时,控制为磁性装置断电,直到磁性装置中线与下一个转子极性为N的磁极中线重合;
其中,当控制所述磁性装置通入反向电流时,磁性装置相对于转子一侧的磁极极性为S;当控制所述磁性装置断电时,磁性装置相对于转子一侧的磁极无极性。
7.根据权利要求1所述的直流无刷电机,其特征在于,所述磁性装置为小型电磁铁,所述电磁铁的线圈与所述电机控制装置电连接。
8.根据权利要求1所述的直流无刷电机,其特征在于,所述电机控制装置包括电机控制电路,所述电机控制电路可控制为所述电磁铁正反向交替通电或交替通断电。
9.根据权利要求1所述的直流无刷电机,其特征在于,所述磁极为不均匀磁极或斜磁极。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120801 |