專利名稱：一種全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機
駄艦
本實用新型涉及風(fēng)機，更具體地說，涉及一種全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動 直流風(fēng)機。
賴駄
目前所有國外和國產(chǎn)的風(fēng)機內(nèi)部驅(qū)動用電動機全部采用的是交流單相串 勵電動機來帶動風(fēng)機運轉(zhuǎn)工作。單相串激電動機是指靠換向器和電刷來換向 的電動機，定子側(cè)提供勵磁磁場，轉(zhuǎn)子側(cè)安放電樞繞組和換向器，交流電通 過電刷和換向器進入電樞繞組，產(chǎn)生電流。電樞磁勢和主磁場相互作用產(chǎn)生 轉(zhuǎn)矩，帶風(fēng)機運轉(zhuǎn)，然而正是由于存在電接觸部件，即電刷和換向器，機械 換向造成了一系列的缺點①結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不穩(wěn)定、故障多、壽命短(目前最好 的食品加工機中的電動機使用壽命最多在100小時左右)；②換向火花形成電 磁干擾，嚴重時，影響室內(nèi)其它電器正常工作；③由于勵磁電流和電樞電流 都是交變的，它們產(chǎn)生的交變磁場使電機電路中存在很大的電流，致使電機 的功率因數(shù)降低效率下降(效率一般在40%左右)，溫升過髙。

實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不 穩(wěn)定、故障多、壽命短、功耗大、生產(chǎn)和維護成本髙、兼容性較差，以及不 能實現(xiàn)無級調(diào)速等缺陷，提供一種全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機，包括殼體和設(shè)置在所述殼體內(nèi)的電動機，以及與所 述電動機電連接的風(fēng)機，所述電動機是無刷直流電動機，所述無刷直流電動
機包括轉(zhuǎn)子和定子；在所述殼體內(nèi)還設(shè)置有用于將所述無刷直流電動機耦合 到供電電源的驅(qū)動電路、與所述無刷直流電動機連接以檢測所述轉(zhuǎn)子相對于 所述定子位置及轉(zhuǎn)速的檢測采樣電路、以及與所述檢測采樣電路連接并控制 所述無刷直流電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向的控制電路；其中，所述控制電路接 收并處理所述檢測采樣電路發(fā)送的檢測信號以通過脈寬調(diào)制控制所述驅(qū)動電 路中電流大小及開關(guān)管的導(dǎo)通順序，調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
在本實用新型所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機中，在所述殼體 內(nèi)還設(shè)置有保護電路，其分別與所述驅(qū)動電路的電源輸入端以及所述控制電 路相連接。
在本實用新型所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機中，所述保護電 路包括過流保護電路和電流放大電路，其中，過流保護電路和電流放大電路 均分別與所述驅(qū)動電路的電源輸入端以及所述控制電路相連接。
在本實用新型所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機中，所述檢測采 樣電路包括位置傳感器組件和信號轉(zhuǎn)換電路，其中，所述位置傳感器分別與 所述定子和信號轉(zhuǎn)換電路相連接，所述信號轉(zhuǎn)換電路與所述控制電路相連接。
在本實用新型所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機中，所述位置傳 感器組件包括三個霍爾傳感器，在所述定子上設(shè)置有與所述霍爾傳感器外形 相匹配的三個凹槽，每一個霍爾傳感器分別安裝在一個凹槽內(nèi)。
在本實用新型所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機中，所述檢測采 樣電路包括反電動勢取樣電路和信號轉(zhuǎn)換電路，其中，所述反電動勢取樣電 路與信號轉(zhuǎn)換電路相連接，所述信號轉(zhuǎn)換電路與所述控制電路相連接。在本實用新型所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機中，所述轉(zhuǎn)子由 永磁體制成。
在本實用新型所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機中，所述檢測采 樣電路、保護電路、驅(qū)動電路和控制電路集成在同一電路板上或分別設(shè)置在 不同的電路板上。
實施本實用新型的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機，具有以下有益效 果由于采用了驅(qū)動集成電路和電子換向電路(取消了機械換向)，具體優(yōu)點如 下1、效率高、節(jié)能好串激電動機定子是由勵磁繞組組成，其磁場由電能 提供，而無刷電動機磁場是由永磁體提供，所以無刷電動機效率高達80%, 而串激電動機效率最高達40%。節(jié)約電能在50%左右。2、壽命長無刷電 動機采用的是電子換向，而串激電動機是機械換向，由于無刷電動機取消了 碳刷和換向器由機械換向改為電子換向，徹底解決了機械磨損給電機帶來的 損壞，使用壽命約在10000小時左右，是串激電動機100倍左右。3、結(jié)構(gòu)簡 單、噪音小無刷電動機的換向是靠電子換向完成，取消了串激電動機中的 碳刷和換向器，這樣就消除了機械磨擦帶來的噪音。由于無刷電動機中的轉(zhuǎn) 子是由永磁體制作無須進行繞線，并取消了碳刷和換向器，這樣從電機本體結(jié) 構(gòu)有了明顯簡化。便于制作和裝配，降低了加工成本，減少了運轉(zhuǎn)中的故障。4、 運行電壓范圍大，在60 330V能正常運行。
下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中



圖1是本實用新型全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是
圖1所示的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機一實施例的電路原理圖。
具體實施方式
如
圖1所示，在本實用新型的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機中，其 包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的電動機，本實用新型的主要創(chuàng)新點在于該風(fēng)機 以無刷直流電動機取代現(xiàn)有的串激電動機，以帶動各種風(fēng)機運轉(zhuǎn)。其無刷直 流電動機動作的實現(xiàn)是由控制電路進行控制實現(xiàn)。控制電路具有起停功能， 即起停輸入信號、脈沖寬度調(diào)制器〈PM〉調(diào)制信號和轉(zhuǎn)速反饋信號，以及相 關(guān)電路，來控制無刷直流電動機的動作實現(xiàn)風(fēng)機工作。
就如通常的電動機一樣，該無刷直流電動機包括轉(zhuǎn)子和定子，特別地本 實用新型中使用永磁體制成轉(zhuǎn)子，具有多極。定子是由定子鐵心，勵磁繞組 及其引出線，定子支架，軸等部分組成。定子電樞鐵心是由硅鋼片沖片疊壓 而成的，由于電機徑向尺寸大，軸向尺寸短，定子鐵心一般做成多個槽數(shù)， 以滿足大力矩、低轉(zhuǎn)速的要求。定子繞組的形式和多相的永磁同步電動機類 似，它在實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。繞組相數(shù)多取三相，并釆用Y 型聯(lián)接，三相繞組分別與開關(guān)電路中相應(yīng)的功率開關(guān)器件連接，即為三相半 控驅(qū)動方式。電機的轉(zhuǎn)子為外轉(zhuǎn)子形式，由永久磁鋼按一定極對數(shù)(2p=2, 4,...)組成，磁鋼材料一般采用鐵氧體、釹鐵硼(稀土磁鋼)等；
在殼體內(nèi)還設(shè)置有用于將無刷直流電動機耦合到供電電源的驅(qū)動電路、 與無刷直流電動機連接以檢測轉(zhuǎn)子相對于定子位置的檢測采樣電路、以及與 檢測采樣電路連接并控制無刷直流電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向的控制電路，如 圖2所示，在一優(yōu)選實施例中，該控制電路由控制芯片U9及外圍電路組成； 其中，控制電路接收并處理檢測采樣電路發(fā)送的檢測信號，計算出該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和位置，以進行脈寬調(diào)制，控制驅(qū)動電路中的電流大小以及開關(guān)管的導(dǎo) 通順序，進而實現(xiàn)了無級調(diào)速。同時為了保證該風(fēng)機的使用安全，實現(xiàn)短路、 過流、過壓、過熱等故障保護功能，在殼體內(nèi)還設(shè)置有保護電路，其分別與 開關(guān)電路的電源輸入端以及控制電路相連接。在該實施例中，保護電路可包
括過流保護電路和電流放大電路，如圖2所示，過流保護電路主要包括放大 器U3D、電阻R21、 R22和R23,以及電容C7和C19，其中放大器U3D的輸出 端作為Break端；電流放大電路主要包括放大器U8D,電容C4、 C5、 C6和C17, 以及電阻R16、 R17、 R18和R19,該放大器U8D的輸出端輸出放大的電流；而 供電電源包括220V交流輸入電源、整流電路以及開關(guān)電源，如圖2所示，整 流電路主要包括滑動電阻ZR1、電容C16、 EC7、 EC6和C10、電阻R15、 R47、 R48、 R49、 R50和R51，以及整流芯片QD1，在一優(yōu)選實施例中，該整流芯片 由四個二極管組成；開關(guān)電源主要包括變壓器T1以及相應(yīng)的外圍電路，從而 將輸出15V和5V的電壓。
對于驅(qū)動電路，如圖2所示，其主要包括三個驅(qū)動芯片U5、 U6和U7，以 及六個開關(guān)管V1、 V2、 V3、 V4、 V5和V6，其中每個驅(qū)動芯片對應(yīng)控制兩個開 關(guān)管，在小功率時，可以使用場效應(yīng)晶體管構(gòu)成，在大功率時，可以由分立 的IGBT或六合一 IGBT或七合一 IGBT或IPM智能模塊構(gòu)成。在實施中，檢測 采樣電路、控制電路、保護電路和驅(qū)動電路可以集成在同一電路板上或分別 設(shè)置在不同的電路板上，即可以根據(jù)具體情況和要求進行靈活設(shè)計。
在一種實施方式中，檢測采樣電路包括位置 感器組件和信號轉(zhuǎn)換電路, 其中，位置傳感器組件分別與定子和信號轉(zhuǎn)換電路相連接，信號轉(zhuǎn)換電路與 控制電路相連接。該位置傳感器按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@ 組的電流進行換流(即檢測轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路發(fā)送到控制電路處理后去控制驅(qū)動電路， 按一定的邏輯關(guān)系進行繞組電流切換)。定子繞組的工作電壓由驅(qū)動電路提 供。在實施中， 一方面由于位置傳感器在無刷直流電動機中起著測定子和轉(zhuǎn) 子磁極位置和轉(zhuǎn)速的作用，為驅(qū)動電路提供正確的換相信息。在本實用新型 中通常采用的傳感器是磁敏式開關(guān)式傳感器，優(yōu)選的是霍爾元件集成電路。 霍爾元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，即當有電流渡過和有磁場穿過霍爾元件時， 元件內(nèi)會產(chǎn)生霍爾電勢，在磁場位置變化時霍爾電勢會完全反映磁場的變化， 這樣就可起到傳感位置的作用，根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極的位置來產(chǎn)生位置信號。為提 髙霍爾元件的驅(qū)動功率和工作可靠性，通常將霍爾元件與其他集成電路相結(jié) 合構(gòu)成一個開關(guān)型霍爾集成電路。在一特定設(shè)計中，該位置傳感器組件包括 三個霍爾傳感器，在定子上設(shè)置有與霍爾傳感器外形相匹配的三個凹槽，每 一個霍爾傳感器分別安裝在一個凹槽內(nèi)。
在另一種實施方式中，檢測采樣電路包括反電動勢取樣電路和信號轉(zhuǎn)換 電路，其中，反電動勢取樣電路分別與無刷直流電動機的三相電機端子和信 號轉(zhuǎn)換電路相連接，信號轉(zhuǎn)換電路與控制電路相連接。直流無刷電動機啟動 后，其轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的磁通要切割定子繞組而產(chǎn)生反電動勢，其大小正比 于直流無刷電動機的轉(zhuǎn)速及其氣隙中磁感應(yīng)強度，當轉(zhuǎn)子磁剛性改變時，反 電動勢波形的正負也隨著改變，通過反電動勢比較器測出反電動勢波形的過 零點，就可以確定轉(zhuǎn)子磁鋼的精確位置，并以此來控制無刷電動機的換向。
如圖2所示，反電動勢取樣電路主要包括放大器U3A、 U犯和U3C,以及電阻 R12、 R13和R14,其中，每個放大器對應(yīng)耦合到無刷直流電動機的一個接線 端，進行信號檢測。
本實用新型是通過幾個具體實施例進行說明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不脫離本實用新型范圍的情況下，還可以對本實用新型進行各種變換 及等同替代。另外，針對特定情形或具體情況，可以對本實用新型做各種修 改，而不脫離本實用新型的范圍。因此，本實用新型不局限于所公開的具體 實施例，而應(yīng)當包括落入本實用新型權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實施方式。
權(quán)利要求1、一種全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機，包括殼體和設(shè)置在所述殼體內(nèi)的電動機，以及與所述電動機電連接的風(fēng)機，其特征在于，所述電動機是無刷直流電動機，所述無刷直流電動機包括轉(zhuǎn)子和定子；在所述殼體內(nèi)還設(shè)置有用于將所述無刷直流電動機耦合到供電電源的驅(qū)動電路、與所述無刷直流電動機連接以檢測所述轉(zhuǎn)子相對于所述定子位置及轉(zhuǎn)速的檢測采樣電路、以及與所述檢測采樣電路連接并控制所述無刷直流電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向的控制電路；其中，所述控制電路接收并處理所述檢測采樣電路發(fā)送的檢測信號以通過脈寬調(diào)制控制所述驅(qū)動電路中電流大小及開關(guān)管的導(dǎo)通順序，調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機，其特征在 于，在所述殼體內(nèi)還設(shè)置有保護電路，其分別與所述驅(qū)動電路的電源輸入端以 及所述控制電路相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機，其特征在 于，所述保護電路包括過流保護電路和電流放大電路，其中，過流保護電路和 電流放大電路均分別與所述驅(qū)動電路的電源輸入端以及所述控制電路相連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機，其特征在于，所述檢測采樣電路包括位置傳感器組件和信號轉(zhuǎn)換電路，其中，所述位置 傳感器分別與所述定子和信號轉(zhuǎn)換電路相連接,所述信號轉(zhuǎn)換電路與所述控制 電路相連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機，其特征在 于，所述位置傳感器組件包括三個霍爾傳感器，在所述定子上設(shè)置有與所述霍爾傳感器外形相匹配的三個凹槽，每一個霍爾傳感器分別安裝在一個凹槽內(nèi)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機，其特征在 于，所述檢測采樣電路包括反電動勢取樣電路和信號轉(zhuǎn)換電路，其中，所述反 電動勢取樣電路與信號轉(zhuǎn)換電路相連接,所述信號轉(zhuǎn)換電路與所述控制電路相 連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1 6任一所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機，其 特征在于，所述轉(zhuǎn)子由永磁體制成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機，其特征在 于，所述檢測采樣電路、保護電路、驅(qū)動電路和控制電路集成在同一電路板上 或分別設(shè)置在不同的電路板上。
專利摘要本實用新型涉及一種全電壓適應(yīng)無級調(diào)速驅(qū)動直流風(fēng)機，在殼體內(nèi)還設(shè)置有用于將無刷直流電動機耦合到供電電源的驅(qū)動電路、與所述無刷直流電動機連接以檢測所述轉(zhuǎn)子相對于定子位置及轉(zhuǎn)速的檢測采樣電路、以及與檢測采樣電路連接并控制無刷直流電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向的控制電路；其中，控制電路接收并處理所述檢測采樣電路發(fā)送的檢測信號以通過脈寬調(diào)制控制所述驅(qū)動電路中電流大小及開關(guān)管的導(dǎo)通順序，調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。該風(fēng)機效率高、節(jié)能好；壽命長；結(jié)構(gòu)簡單、噪音??；便于制作和裝配，降低了加工成本，減少了運轉(zhuǎn)中的故障；運行電壓范圍大，在60～330V能正常運行。
文檔編號F04B35/04GK201386637SQ20092013111
公開日2010年1月20日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者涂柏生, 偉 鐘 申請人:深圳市博巨興實業(yè)發(fā)展有限公司