[发明专利]一种触发式永磁无刷直流电动机的构成及驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动机，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。

背景技术

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。

发明内容

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。本发明在实现传统的二极、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。

本发明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，本发明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，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，由一块外表面为永磁体N极和一块外表面为永磁体S极磁铁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，由两块外表面为永磁体S极、两块外表面为永磁体N极的磁铁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弧形经充磁而成的磁铁。