CN204992936U - 高速无霍尔三相吸尘器电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其具有由电机出风冷却的无霍尔传感器电路，且无霍尔传感器电路控制的电机转速大于80000转/分钟。本实用新型采用无霍尔和电机出风冷却电路板结构，结构简单，外形美观，可靠性高，同时电子元器件的换相次数减小，减小了电子元器件的换相损耗，而且定子结构简单，方便绕线，生产效率提高，并具有转速高、体积小、性能高、携带方便、节能、寿命长等优点，应用于吸尘器上，可得到超高的吸尘性能。

Description

高速无霍尔三相吸尘器电机

技术领域

本实用新型涉及一种高速无霍尔三相吸尘器电机。

背景技术

目前吸尘器走进千家万户，越来越多的中国家庭在使用吸尘器，常规吸尘器电机中，一般分为串激吸尘器电机和小直流吸尘器电机，常采用有刷电机，转速在20000-40000转/分钟；然而有刷电机体积大，性能低，携带不方便，使用范围有限制，且寿命短，而采用无刷电机则需要较高的硬件和电路控制来实现，大部分采用的霍尔来检测磁位置以实现磁场定向控制，霍尔元件在使用中经常出现以下问题：1、价格高，不易为客户接受；2、安装困难，若安装不当，则容易损坏霍尔造成故障或启动不良；3、增加了电机与控制***的接口和连线，容易引入干扰，降低可靠性；4、使用环境要求苛刻，在高温、高湿、振动大、有尘埃或有害化学物质的环境中，极易受到损坏；5、增大了电机体积、对电机空间要求苛刻。基于以上缺点，业内也有采用无霍尔的技术来替代有霍尔的结构，但是由于无霍尔技术的难度，目前市场上出现的无霍尔的电机转速都不高，通常低于40000转/分钟，而且换相次数多，换相损耗大，定子结构复杂，不便于绕线。

而且市场上目前无刷电机的电路板大多有两种冷却方式，一种是采用大的散热片进行冷却；一种是采用冷却风叶对电路板进行冷却，两种冷却方式都对无刷电机的结构限制较多，而且成本较高。

实用新型内容

本实用新型目的是：提供一种高速无霍尔三相吸尘器电机，以实现电机无霍尔传感器结构，电机转速大于8万转/分钟，且应用于吸尘器上，可得到超高的吸尘性能。

本实用新型的第一技术方案是：一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其具有由电机出风冷却的无霍尔传感器电路，且无霍尔传感器电路控制的电机转速大于80000转/分钟。

在第一技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：

优选地，所述无霍尔传感器电路采用模拟电子电路检测电机反电动势，通过反电动势作为转子磁极位置的反馈信号。

优选地，其还包括：具有中心圆的铁芯、穿过中心圆的转子、用于固定铁芯一端的第一端盖、与第一端盖配合并固定铁芯另一端的第二端盖、位于第二端盖的一侧且由转子驱动的动叶轮、收容动叶轮且与第二端盖固定的叶轮罩、位于第二端盖和动叶轮之间的定叶轮、以及位于第一端盖外侧且具有无霍尔传感器电路的电路板。

本实用新型的第二技术方案是：一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其包括具有中心圆的铁芯、穿过中心圆的转子、用于固定铁芯一端的第一端盖、与第一端盖配合并固定铁芯另一端的第二端盖、位于第二端盖的一侧且由转子驱动的动叶轮、收容动叶轮且与第二端盖固定的叶轮罩、位于第二端盖和动叶轮之间的定叶轮、以及位于第一端盖外侧的电路板，所述电路板具有由电机出风冷却的无霍尔传感器电路，且无霍尔传感器电路控制的电机转速大于80000转/分钟。

在第二技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：

优选地，所述铁芯包括呈圆形的铁芯外缘、以及由铁芯外缘内壁向中心径向延伸而成的若干个凸出部，而每个凸出部靠中心一端形成有极靴，且所述每个极靴的极靴角a在90-100°范围内。

优选地，所述每个极靴的弧长均在同一中心圆上，所述中心圆的直径范围为10-15毫米，每个极靴与转子的单边气隙为0.5毫米。

优选地，所述铁芯外缘外壁向外凸出有若干个凸缘，其中凸缘与相应的凸出部对应，并设置有定位孔、和与定位孔相邻的螺钉孔，其中定位孔与螺钉孔的圆心在同一圆上。

优选地，所述第一端盖包括端盖外缘、与端盖外缘相连的支撑部、以及位于端盖外缘和支撑部之间的若干个散热间隙，其中支撑部包括具有轴孔的中心、以及一端与中心相连而另一端则与端盖外缘相连的若干个支臂，散热间隙与弧形间隙在轴向方向上至少部分对齐。

优选地，所述电路板包括设置在散热间隙中的若干个摩斯管。

优选地，所述无霍尔传感器电路包括控制器、向控制器提供电源的电源单元、与控制器输出相连的前置驱动单元、与前置驱动单元输出相连并与电机相连的三相桥功率电路单元、以及设置在控制器和三相桥功率电路单元之间的电流采样单元。

本实用新型优点是：

本实用新型采用无霍尔和电机出风冷却电路板结构，结构简单，外形美观，可靠性高，同时电子元器件的换相次数减小，减小了电子元器件的换相损耗，而且定子结构简单，方便绕线，生产效率提高，并具有转速高、体积小、性能高、携带方便、节能、寿命长等优点，应用于吸尘器上，可得到超高的吸尘性能。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的立体分解图；

图2为本实用新型的组装剖视图；

图3为本实用新型中铁芯的俯视图；

图4为本实用新型另一视角下的立体图，其中电路板被移除；

图5与图4类似，为本实用新型的立体图。

图6为本实用新型中电路板的立体图。

图7为本实用新型中无霍尔传感器电路的电路原理图。

图8为本实用新型中铁芯的极靴角为85度角的实验数据图。

图9为本实用新型中铁芯的极靴角为92度角的实验数据图。

图10为本实用新型中铁芯的极靴角为98度角的实验数据图。

图11为本实用新型中铁芯的极靴角为105度角的实验数据图。

具体实施方式

实施例：如图1-5所示，本实用新型提供了一种高速无霍尔三相吸尘器电机的具体实施例，优选为无刷直流电机，其包括具有中心圆18的铁芯1、穿过中心圆18的转子2、用于固定铁芯1一端的第一端盖3、与第一端盖3配合并固定铁芯1另一端的第二端盖4、位于第二端盖4的一侧且由转子2驱动的动叶轮5、收容动叶轮5且与第二端盖4固定的叶轮罩7、位于第二端盖4和动叶轮5之间的定叶轮8、以及位于第一端盖3外侧的电路板6，电路板6具有由电机出风冷却的无霍尔传感器电路，且无霍尔传感器电路控制的电机转速大于80000转/分钟。其中中心圆18的直径范围为10-15毫米，每个极靴120与转子2的单边气隙为0.5毫米。

结合图3所示，铁芯1包括呈圆形的铁芯外缘10、由铁芯外缘10内壁向中心径向延伸而成的若干个凸出部12、以及由铁芯外缘10外壁向外凸出的若干个凸缘14，其中凸出部12的一端形成有极靴120，每个极靴120的极靴角a在90-100°范围内，而且每个极靴120的弧长均在同一中心圆18上，以减小电子元器件的换相损耗。相邻凸出部12之间形成有弧形间隙16，凸缘14设置有螺钉孔140、和与螺钉孔140相邻的定位孔142，其中螺钉孔140与定位孔142的圆心在同一圆上。凸出部12的个数优选为3个，且相邻两个凸出部12圆周方向的中心夹角为120度，凸缘14的个数优选为3个，且凸缘14的中心线与相对应的凸出部12中心线在同一直线上。螺钉孔140与定位孔142用于铁芯安装和定位，而螺钉孔140独立于铁芯磁路，不影响磁路，不影响铁芯的损耗。

为进一步论证极靴120的极靴角a在90-100°范围内的有效性和进步性，申请人参照IEC标准60312-2000的实验方法，选择了85度角、92度角、98度角和105度角进行对比实验，相应的实验数据表如图8-11所示，所获得电机最大效率分别为45.49、48.03、47.29、44.16，由此表明极靴角a在90-100°范围内，电机的效率更优。

结合图4所示，第一端盖3包括呈圆形的端盖外缘30、与端盖外缘30相连的支撑部32、以及位于端盖外缘30和支撑部32之间的若干个散热间隙34。支撑部32包括具有轴孔322的中心320、以及一端与中心320相连而另一端则与端盖外缘30相连的若干个支臂324，其中轴孔322允许转子2的穿过。相邻两支臂324间隔有一散热间隙34。每个支臂324设置有线路板螺钉孔326、和端盖螺钉孔322，其中线路板螺钉孔326和端盖螺钉孔322所在平面之间存在一台阶，而螺钉孔140和端盖螺钉孔322在同一方向上并通过长螺钉来实现第一、二端盖3、4和铁芯1的固定连接。支臂324的个数优选为3个，且轴向方向与铁芯1的凸出部12大致相对应，散热间隙34为电机的出风口，同时散热间隙34与弧形间隙16在轴向方向上对齐，由此避免因支臂324阻挡而导致冷却风吹不到电路板6上的摩斯管而影响散热，结构简单，缩小了电机体积，又不增加成本。

结合图5-6所示，电路板6包括设置在散热间隙34中的若干个摩斯(MOS)管60、覆盖在摩斯管60上的一个或多个散热片62、以及用于固定电路板6到第一端盖3上并固定到端盖螺钉孔322的螺钉64。由此把摩斯管等发热元器件排布在电机的出风口上进行冷却，并通过在摩斯管上加2MM厚的散热片62，进行更好的冷却。

如图7所示，无霍尔传感器电路又称电机控制电路，采用模拟电子控制电路检测电机反电动势，通过反电动势作为转子磁极位置的反馈信号替代霍尔，由此实现电机无霍尔传感器结构，其包括控制器510、向控制器510提供电源的电源单元520、与控制器510输出相连的前置驱动单元530、与前置驱动单元530输出相连并与电机BLDC相连的三相桥功率电路单元540、设置在控制器510和三相桥功率电路单元540之间的电流采样单元511、与控制器510双向相连的电压采样单元512、与控制器510双向相连的调速控制单元514、与控制器510双向相连的电机控制单元516、以及与控制器510双向相连的温度采样单元516。其中三相桥功率电路单元540包括若干个摩斯管60。电源单元520也分别向前置驱动单元530、三相桥功率电路单元540提供电源，其中输入直流电压21.6V，前置驱动单元530将控制器510输出的PWM信号转换为有足够驱动能力的、适合于驱动三相桥的信号。三相桥功率电路单元540为功率转换单元，受控于前置驱动单元530，驱动电机BLDC正常工作。控制器510为电机控制器核心单元，接受UI输入电路信号(调速控制、启停控制等)、检测工作环境(工作电流、工作电压、环境温度等)、根据UI输入及环境输入条件，输出适合的PWM控制信号。电流采样单元511实时检测整个电路工作电流，以实现过电流保护、负载短路保护。电压采样单元512实时检测整个电路工作电压，以实现过压/欠压保护。调速控制单元514为UI控制电路，控制电机运行于高速或低速模式。电机控制单元516为UI控制电路，控制电机启动、停止。温度采样单元516实时检测环境工作温度，以实现温度保护。

当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于其包括：具有中心圆的铁芯、穿过中心圆的转子、用于固定铁芯一端的第一端盖、与第一端盖配合并固定铁芯另一端的第二端盖、位于第二端盖的一侧且由转子驱动的动叶轮、收容动叶轮且与第二端盖固定的叶轮罩、位于第二端盖和动叶轮之间的定叶轮、以及位于第一端盖外侧的电路板，所述电路板具有由电机出风冷却的无霍尔传感器电路，且无霍尔传感器电路控制的电机转速大于80000转/分钟。

2.如权利要求1所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述铁芯包括呈圆形的铁芯外缘、以及由铁芯外缘内壁向中心径向延伸而成的若干个凸出部，而每个凸出部靠中心一端形成有极靴，且所述每个极靴的极靴角a在90-100°范围内，相邻凸出部之间形成有弧形间隙。

3.如权利要求2所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述每个极靴的弧长均在同一中心圆上，所述中心圆的直径范围为10-15毫米，每个极靴与转子的单边气隙为0.5毫米。

4.如权利要求2或3所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述铁芯外缘外壁向外凸出有若干个凸缘，其中凸缘与相应的凸出部对应，并设置有定位孔、和与定位孔相邻的螺钉孔，其中定位孔与螺钉孔的圆心在同一圆上。

5.如权利要求2所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述第一端盖包括端盖外缘、与端盖外缘相连的支撑部、以及位于端盖外缘和支撑部之间的若干个散热间隙，其中支撑部包括具有轴孔的中心、以及一端与中心相连而另一端则与端盖外缘相连的若干个支臂，散热间隙与弧形间隙在轴向方向上至少部分对齐。

6.如权利要求5所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述电路板包括设置在散热间隙中的若干个摩斯管。

7.如权利要求1或2或3或5或6所述的一种高速无霍尔三相吸尘器电机，其特征在于：所述无霍尔传感器电路包括控制器、向控制器提供电源的电源单元、与控制器输出相连的前置驱动单元、与前置驱动单元输出相连并与电机相连的三相桥功率电路单元、以及设置在控制器和三相桥功率电路单元之间的电流采样单元。