一种触发式永磁无刷直流电动机的构成及驱动方法技术

一种触发式永磁无刷直流电动机构成及驱动方法，包括：设置一个转子；一个随转子转动，与转子极数相同、同极错位的触发磁环；在定子极芯上绕制线圈，将极芯线圈串连成相绕组；由传感器、H桥、相绕组组成以相为单位的基本控制单元，电动机的驱动电路由多个基本控制单元组成；各基本控制单元的传感器在触发磁环的触发下输出转子磁极的位置信号，去控制H桥的输出状态，接通相绕组的电流并控制各相电流的方向，使相电流激发出与触发磁环极数相同、空间分布相同、与转子磁极同极错位的定子磁场，驱动转子旋转。与现有技术相比较，本发明专利技术既克服传统直流电动机的缺点，又保留其优点，具有调速，正反转控制方便,驱动电路简单等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电动机，特别涉及直流电动机，尤其是机电一体化的永磁无刷直流电动机。
技术介绍
在现有技术中，直流电动机自面世以来，都离不开换向器和电刷。电刷与高速旋转换向器接触时，会产生电火花，电火花不但对周围电子设备产生电磁干扰，也会使电刷和换向器加速磨损。加上调速、正反转控制困难等固有缺点，限制了它在现代的数控伺服系统中的应用。目前，应用于数控领域，也称为永磁无刷电动机的中小功率电动机有两种：1、三相方波永磁无刷直流电动机：即数控业界所俗称的“无刷直流电动机”或称“伺服电动机”，这种电动机配合编码器、电子尺等位移传感器所组成的闭环伺服系统，广泛用于现代数控设备中。2、步进电动机：这种电动机所组成的开环控制系统，被广泛用于中、低端的数控设备中。严格来说，以上两种电动机并不属“直流电动机”这个范畴。因为第一种“无刷直流电动机”实际上是由三相逆变电路产生三相方波电流来驱动的三相电动机，只是用直流电作电源而已。这种机电一体化的电动机其驱动电路复杂、价格昂贵。步进电动机也是用直流电作电源，经步进电动机驱动电路产生一系列时序脉冲方波电流来驱动电动机转动的。步进电动机工作时容易产生振动、运行噪声大、发热严重而且效率低。那么，到底有没有用直流电运行、既保留直流电动机的优点、又不存在传统直流电动机的缺点的无刷直流电动机？在现有技术中，尚无此类信息披露。
技术实现思路
>为了解决现有技术中有刷直流电动机必须带电刷运行的问题。本发明提出一种触发式永磁无刷直流电动机的构成和驱动方法。在现有中小型永磁有刷直流电动机中，有两个电刷的两极永磁直流电动机和四个电刷的四极永磁直流电动机两种。本专利技术在实现传统的二极、四极中小型永磁直流电动机无刷运行的同时，也克服了直流电动机的调速、正反转控制困难的缺点。本专利技术是通过采用以下的技术方案来实现的：实施一种触发式永磁无刷直流电动机的构成及驱动方法，所述的构成和驱动方法包括如下步骤：为实现永磁直流电动机的无刷驱动，本专利技术将传统的永磁直流电动机的永磁体从定子转移到转子上，而将转子的电枢绕组转移到定子上。A、首先是设置永磁转子：在转子轴上设置转子铁芯，然后在转子铁芯上设置永磁体而成。B、接下来设置电动机定子，在定子上设置极芯、绕制极芯线圈和将极芯线圈串连成相绕组：定子极芯以偶数设置，在每只极芯上绕制极芯线圈，将两只绕向相同的极芯线圈串接成一个相绕组；相绕组的两个线圈分别为第一线圈和第二线圈。C、接下来在转子轴上设置一磁环架和在磁环架上设置触发磁环：在转子轴上设置一磁环架，其优选的方法是将转子轴延长伸出后端盖一段形成副轴，将磁环架固定在副轴上与转子同步转动；在磁环架上设置一个触发磁环，触发磁环的磁极极数与同轴的永磁转子的磁极极数相同，两者之间的同极要错位设置。D、接下来设置一印刷电路板：印刷电路板用来容纳电动机的驱动电路，并将各个相绕组的两个输入端接入印刷电路板的相应接口，与印刷电路板中的各相所属的H桥开关电路的两个输出端连接；印刷电路板被固定在后端盖外，并使印刷电路板上的绕组位置传感器与转子轴上的触发磁环相耦合。所述的驱动电路由霍尔传感器、H桥开关电路、相绕组组成以相为单位的基本控制单元，一台电动机的驱动电路由多个基本控制单元组成，每个相绕组配置一个；所述的霍尔传感器，跟随各个相绕组的第一线圈分布，是代表各个相绕组的第一线圈的准确的位置，所以称为“绕组位置传感器”。步骤A所述的永磁转子，是由转子轴、转子铁芯、永磁体S极、永磁体N极组成；永磁转子有二极或四极两种；当永磁转子为二极时，由一块永磁体N极和一块永磁体S极磁瓦固定在预设的转子铁心上组成永磁转子的两个极而成，两极间呈180°分布；当永磁转子为四极时，由两块永磁体S极、永磁体N极固定在预设的转子铁心上组成永磁转子的四个极而成，异极之间呈90°分布；永磁转子的磁极极数决定电动机的极数，当转子为二极时，定子电枢绕组通电后所激发的定子磁场也是两极；当转子为四极时，定子电枢绕组通电后所激发的定子磁场也是四极；所述的永磁体是由磁材料预制成瓦形经充磁而成的磁瓦。步骤B所述将两只绕向相同的极芯线圈串接成一个相绕组，其串连的方法是：跟随电动机所配永磁转子磁极异极之间的分布角度，将两只定子极芯线圈串接成一个相绕组；即：当本机永磁转子磁极N极与S极之间呈180°分布时，将两只相距180°、绕向相同的极芯线圈串接成一个相绕组；当永磁转子的磁极N极与S极之间呈90°分布时，将两只相距90°、绕向相同的极芯线圈串接成一个相绕组；一个相绕组为一相，一台两极电动机的定子电枢绕组最少为二相，一台四极电动机的定子电枢绕组最少为四相；所述的将两个绕向相同的极芯线圈串连为一个相绕组，其目的是：当相绕组接通直流电流时，相绕组所在的两个极芯的向心极靴一个呈N极，另一个呈S极。步骤C所述在磁环架上设置触发磁环，触发磁环的磁极极数与同轴的永磁转子的极数相同；当转子为二极时，所述的触发磁环也是二极，当转子为四极时，所述的触发磁环也是四极；所述的同极错位设置是：在二极电动机中，触发磁环的N极与同轴的永磁转子N极错开90°设置；在四极电动机中，触发磁环的N极与同轴的永磁转子N极错开45°设置；两者之间的同极错位设置的结果是：触发磁环的磁极相对永磁转子的磁极在同极相斥、异极相吸的方向都向着同一方向。步骤D所述由绕组位置传感器、H桥开关电路模块、相绕组组成以相为单位的基本控制单元中配置的绕组位置传感器，视驱动电路选用的H桥开关电路不同而不同，有配置一个或二个两种；为优化驱动电路的结构和实现对电动机的正反转由外接电信号控制，其优选方法是选用带DIR控制输入端的H桥开关电路，这种H桥开关电路的DIR输入端口分别输入H、L两个信号，便可控制H桥开关电路的输出状态，所以每个基本控制单元只须设一个绕组位置传感器为H桥开关电路提供控制信号源；所述的基本控制单元由一个绕组位置传感器、一块H桥开关电路、一个相绕组组成以相为单位的基本控制单元；各基本控制单元还包括正反转控制电路、脉冲调宽(PWM)调速信号隔离电路，以及电源滤波，电源、正反转和脉冲调宽(PWM)调速控制信号接入端口；外接的正反转控制、PWM调速信号源由驱动电路的全部基本控制单元共用；各基本控制单元在触发磁环的触发下，独立地接通各相电流并控制各相电流方向，使各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种触发式永磁无刷直流电动机的构成和驱动方法，其特征在于，所述方法步骤包括：A、首先是设置永磁转子(3)：在转子轴（1）上设置转子铁芯（2），然后在转子铁芯（2）上设置永磁体 (3s)、永磁体 (3n)而成； B、接下来设置电动机定子极芯（4）、绕制定子极芯线圈和将极芯线圈串连成相绕组(L)：定子极芯（4）以偶数设置，在定子极芯(4)上绕制线圈，将两只定子极芯线圈串连成一个相绕组(L)，相绕组(L)的两个线圈分为第一线圈(La)、第二线圈(Lb)； C、接下设置一磁环架（5）和在磁环架（5）上设置触发磁环(6)：将磁环架（5）固定在转子轴（1）上与转子（3）同步转动；触发磁环（6）的极数与同轴的永磁转子(3)的磁极极数相同，两者之间的同极采用错位设置；D、接下来设置一印刷电路板（8）：印刷电路板(8)被用来容纳电动机的驱动电路，并将各个相绕组的两个输入端接入印刷电路板(8)的相应接口，与印刷电路板(8)中的各基本控制单元的H桥开关电路的两个输出端连接。

【技术特征摘要】
1.一种触发式永磁无刷直流电动机的构成和驱动方法，其特征在于，所述方法步骤包括：
A、首先是设置永磁转子(3)：
在转子轴（1）上设置转子铁芯（2），然后在转子铁芯（2）上设置永磁体 (3s)、永磁体 (3n)而成；
 B、接下来设置电动机定子极芯（4）、绕制定子极芯线圈和将极芯线圈串连成相绕组(L)：
定子极芯（4）以偶数设置，在定子极芯(4)上绕制线圈，将两只定子极芯线圈串连成一个相绕组(L)，相绕组(L)的两个线圈分为第一线圈(La)、第二线圈(Lb)； 
C、接下设置一磁环架（5）和在磁环架（5）上设置触发磁环(6)：
将磁环架（5）固定在转子轴（1）上与转子（3）同步转动；触发磁环（6）的极数与同轴的永磁转子(3)的磁极极数相同，两者之间的同极采用错位设置；
D、接下来设置一印刷电路板（8）：
印刷电路板(8)被用来容纳电动机的驱动电路，并将各个相绕组的两个输入端接入印刷电路板(8)的相应接口，与印刷电路板(8)中的各基本控制单元的H桥开关电路的两个输出端连接。
2.根据权利要求1所述的触发式永磁无刷直流电动机的构成及驱动方法，其特征在于：
步骤A所述的永磁转子(3)，是由转子轴(1)、转子铁芯(2)、永磁体(3s)、(3n)组成；
    永磁转子有二极或四极两种：当永磁转子为二极时，由一块永磁体S极(3s)、一块永磁体N极(3n)固定在预设的转子铁心上组成永磁转子的两个极而成，两极间呈1800分布；当永磁转子为四极时，由两块永磁体S极(3s)、两块永磁体N极(3n)固定在预设的转子铁心上组成永磁转子的四个极而成，异极之间呈900分布。
3.根据权利要求1所述的触发式永磁无刷直流电动机的构成及驱动方法，其特征在于：
步骤B所述的将两只定子极芯线圈串连成一个相绕组(L)，将相绕组(L)两个线圈分为第一线圈(La)、第二线圈(Lb)；
    所述的相绕组的串连方法是：跟随本机所配永磁转子(3)的异极之间的分布角度，将两只极芯线圈串连为一个相绕组(L)，即：当本机转子磁极的N极与S极之间为1800分布时，将两个相差1800、绕向相同的极芯线圈串连成一个相绕组(L)，当本机转子磁极的N极与S极之间为900分布时，将两个相差900、绕向相同的极芯线圈串连成一个相绕组(L) ，将各个相绕组的两个输入端穿越后端盖引出到机体外。
4.根据权利要求1所述的触发式永磁无刷直流电动机的构成及驱动方法，其特征在于：
步骤C所述接下来在转子轴（1）上设置一磁环架（5）和在磁环架（5）上设置触发磁环(6)：
所述的在转子轴（1）上设置一磁环架（5），其优选的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱福善，
申请(专利权)人：朱福善，
类型：发明
国别省市：广东;44