專利名稱：磁敏z元件直流無刷電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種直流無刷電機。
背景技術：
無刷直流電動機通常是由電動機本體、轉子位置傳感器和電子開關電路三部分組成。無刷直流電動機在通電后，位置傳感器將轉子的位置信號轉換成電信號，然后通過電子開關電路去控制定子繞組換相，使其適時產生正確的磁場，推動轉子磁鋼持續(xù)的轉動。目前，在直流無刷電動機中常用的位置傳感器有電磁式位置傳感器、光電式位置傳感器、磁電式位置傳感器、高頻耦合式位置傳感器等幾種形式。國內外采用磁電式位置傳感器的較多，其優(yōu)點是輸出信號大，工作穩(wěn)定可靠，對環(huán)境要求不嚴，溫度范圍寬，安裝定位方便，容易與電子換向線路的輸入阻抗相匹配，位置精度高；但其也存在以下缺點體積大，工藝結構復雜，改變轉向較困難。采用霍爾元件位置傳感器的無刷直流電動機結構簡單體積小，容易改變轉向；但其安置定位不便，元件片薄易碎，線細易斷，效率低(如鍺霍爾片要加20毫安的控制電流，采用兩只霍爾片就要消耗40毫安的電流)，輸出信號小，線路調試閑難，對環(huán)境及工作溫度有一定的要求，耐震差。光電式位置傳感器雖然結構也較簡單、實現(xiàn)方便，但由于用到光源燈泡，抗震能力較差，震動較劇烈的場合不宜采用。高頻耦合式位置傳感器的結構最簡單，但輸出信號小，欲做成功率較大的無刷直流電動機就要增加放大級數(shù)。
實用新型內容為了解決磁電式、霍爾元件式、光電式、高頻耦合式位置傳感器應用于無刷直流電機時所存在的體積大、結構復雜、定位不便、效率低、抗震性差的問題，本實用新型提供了一種磁敏Z元件直流無刷電機，即用磁敏Z元件作位置傳感器的直流無刷電機。
本實用新型的磁敏Z元件直流無刷電機包括直流無刷電機本體，所述直流無刷電機本體具有以下兩種結構(1)所述電機本體包括纏繞有或鑲嵌有第一繞組、第二繞組、第三繞組以及第四繞組的外定子和內轉子磁鋼，外定子的內表面與內轉子磁鋼的外表面之間留有間隙；(2)所述電機本體包括纏繞有或鑲嵌有第一繞組、第二繞組、第三繞組以及第四繞組的內定子和外轉子磁鋼，內定子的外表面和外轉子磁鋼的內表面留有間隙，外轉子磁鋼的內表面粘貼有永磁體磁極；所述磁敏Z元件直流無刷電機還包括直流電源+V、磁敏Z元件、第一信號處理電路、第二信號處理電路、AB/CD繞組選通電路、C/D繞組選通電路和A/B繞組選通電路，直流電源+V的輸出端連接磁敏Z元件的陽極和第一信號處理電路的正極輸入端，磁敏Z元件的陰極連接第一信號處理電路的負極輸入端并接地，第一信號處理電路的輸出端分別連接第二信號處理電路、C/D繞組選通電路和A/B繞組選通電路的一個輸入端，第二信號處理電路的輸出端連接AB/CD繞組選通電路的輸入端，AB/CD繞組選通電路的一個輸出端連接C/D繞組選通電路的另一個輸入端，AB/CD繞組選通電路的另一個輸出端連接A/B繞組選通電路的另一個輸入端；對于上述第(1)種結構的電機，磁敏Z元件設置在內轉子磁鋼的轉動平面的正上方，即當內轉子磁鋼轉動到磁敏Z元件的正下方時，磁敏Z元件的正下方對應的是內轉子磁鋼的磁極端部；對于上述第(2)種結構的電機，磁敏Z元件設置在外轉子磁鋼的轉動平面的正上方，即當外轉子磁鋼轉動到磁敏Z元件的正下方時，磁敏Z元件的正下方對應有磁極。
第一信號處理電路是濾波整形電路，該電路用于對磁敏Z元件輸出的電壓波形進行濾波和整形并輸出第一信號G。第二信號處理電路是倍頻電路，該電路用于將第一信號G的周期變?yōu)樵瓉淼膬杀恫⑤敵龅诙盘朣，信號S通過AB/CD繞組選通電路使得A、B或C、D兩組中其中一組繞組導通，同時，在信號G的作用下C/D繞組選通電路和A/B繞組選通電路使A/B和C/D兩組繞組中分別有一個繞組導通，這樣就可以在信號G和S的共同作用下，通過三個繞組選通電路實現(xiàn)繞組A、B、C、D的有序選通并產生磁場，從而推動轉子的持續(xù)轉動。
本實用新型利用磁敏Z元件作為直流無刷電機的位置傳感器，其換相控制原理簡單、功耗低、靈敏度高、體積小、結構簡單、定位方便、抗震性好，且電路易于集成化和小型化，使得磁敏Z元件在直流無刷電機方向上有了一個新的應用。


圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2和圖3為本實用新型的內轉子磁鋼2與磁敏Z元件8的兩種不同相對位置的示意圖；圖4為具體實施方式
三的結構示意圖；圖5為具體實施方式
一的直流無刷電機在一種工作情況下的磁敏Z元件8輸出的信號波形、第一信號處理電路3輸出的信號G、第二信號處理電路4輸出的信號S以及第一繞組A、第二繞組B、第三繞組C、第四繞組D的導通信號波形的對應關系時序圖。
具體實施方式
具體實施方式
一參見圖1至圖3、圖5，本具體實施方式
的磁敏Z元件直流無刷電機由直流無刷電機本體、直流電源+V、磁敏Z元件8、第一信號處理電路3、第二信號處理電路4、AB/CD繞組選通電路5、C/D繞組選通電路6和A/B繞組選通電路7組成，所述電機本體包括纏繞有或鑲嵌有第一繞組A、第二繞組B、第三繞組C以及第四繞組D的外定子1和內轉子磁鋼2，外定子1的內表面與內轉子磁鋼2的外表面之間留有間隙；直流電源+V的輸出端連接磁敏Z元件8的陽極和第一信號處理電路3的正極輸入端，磁敏Z元件8的陰極連接第一信號處理電路3的負極輸入端并接地，第一信號處理電路3的輸出端分別連接第二信號處理電路4、C/D繞組選通電路6和A/B繞組選通電路7的一個輸入端，第二信號處理電路4的輸出端連接AB/CD繞組選通電路5的輸入端，AB/CD繞組選通電路5的一個輸出端連接C/D繞組選通電路6的另一個輸入端，AB/CD繞組選通電路5的另一個輸出端連接A/B繞組選通電路7的另一個輸入端；磁敏Z元件8設置在內轉子磁鋼2的轉動平面的正上方，即當內轉子磁鋼2轉動到磁敏Z元件8的正下方時，磁敏Z元件8的正下方對應的是內轉子磁鋼2的磁極端部。
在本具體實施方式
中，所述外定子1的內表面上均勻開有四個軸向通槽1-2，相鄰兩個軸向通槽1-2之間設置有凸極1-1，第一繞組A、第二繞組B、第三繞組C和第四繞組D分別纏繞在外定子1內表面的四個凸極1-1上，并且第一繞組A、第二繞組B、第三繞組C和第四繞組D的線圈匝數(shù)相同；所述外定子1由多個硅鋼片疊加而成；所述內轉子磁鋼2具有一對磁極。磁敏Z元件8固定在內轉子磁鋼2的轉動平面的正上方的一個位置上，由于磁敏Z元件8的下方有時有磁極有時沒有磁極，磁極離磁敏Z元件8的距離周期性的變化，因此穿過磁敏Z元件8的磁力線密度發(fā)生周期性的變化，磁敏Z元件8上的電壓與磁場強度在一定條件下成函數(shù)關系(如圖5中的第一波形圖所示)。第一信號處理電路3是包括T觸發(fā)器的用于對磁敏Z元件8輸出的電壓波形進行濾波和整形并輸出占空比為50％的方波第一信號G的電路。第二信號處理電路4用于將第一信號G的周期變?yōu)樵瓉淼膬杀肚艺伎毡热员３譃?0％并輸出第二信號S。當內轉子磁鋼2與磁敏Z元件8的相對位置如圖2所示，且第一信號處理電路3中T觸發(fā)器的輸出端初態(tài)為低電平時，在后繼電路的作用下第四繞組D導通，其他三個繞組中沒有電流通過。第四繞組D通電后產生的磁極在靠近轉子的內側為S極，與內轉子磁鋼2的磁極作用產生順時針方向的轉矩，使得內轉子磁鋼2順時針轉過90°到達如圖3所示的位置，此時第一繞組A導通使得內轉子磁鋼2順時針轉過90°，而后第二繞組B、第三繞組C、第四繞組D依次按順序輪流導通，這樣轉子就連續(xù)的運轉起來，圖5顯示的是這種工作情況下的直流無刷電機的信號時序圖。
具體實施方式
二參見圖1至圖3、圖5，本具體實施方式
與具體實施方式
一的不同點是所述外定子1的內表面上均勻開有多個軸向通槽，多個線圈依次鑲嵌在外定子1內表面的通槽內并分別構成第一繞組A、第二繞組B、第三繞組C和第四繞組D，第一繞組A、第二繞組B、第三繞組C和第四繞組D按順時針方向依次占90°電角度。其他組成及其連接關系與具體實施方式
一相同。本具實施方式采用常規(guī)嵌線方式將線圈嵌入定子槽內，定子槽按順時針以90°電角度為一組分為四個相帶，此四個相帶依次構成第一繞組A、第二繞組B、第三繞組C和第四繞組D。
具體實施方式
三參見圖4，本具體實施方式
的磁敏Z元件直流無刷電機由直流無刷電機本體、直流電源+V、磁敏Z元件8、第一信號處理電路3、第二信號處理電路4、AB/CD繞組選通電路5、C/D繞組選通電路6和A/B繞組選通電路7組成，所述電機本體包括纏繞有或鑲嵌有第一繞組A、第二繞組B、第三繞組C以及第四繞組D的內定子9和外轉子磁鋼10，內定子9的外表面和外轉子磁鋼10的內表面留有間隙，外轉子磁鋼10的內表面粘貼有永磁體磁極11；直流電源+V的輸出端連接磁敏Z元件8的陽極和第一信號處理電路3的正極輸入端，磁敏Z元件8的陰極連接第一信號處理電路3的負極輸入端并接地，第一信號處理電路3的輸出端分別連接第二信號處理電路4、C/D繞組選通電路6和A/B繞組選通電路7的一個輸入端，第二信號處理電路4的輸出端連接AB/CD繞組選通電路5的輸入端，AB/CD繞組選通電路5的一個輸出端連接C/D繞組選通電路6的另一個輸入端，AB/CD繞組選通電路5的另一個輸出端連接A/B繞組選通電路7的另一個輸入端，磁敏Z元件8設置在外轉子磁鋼10的轉動平面的正上方，即當外轉子磁鋼10轉動到磁敏Z元件8的正下方時，磁敏Z元件8的正下方對應有磁極11。所述外轉子磁鋼10具有一對磁極。
權利要求1.磁敏Z元件直流無刷電機，所述磁敏Z元件直流無刷電機包括直流無刷電機本體，所述電機本體包括纏繞有或鑲嵌有第一繞組(A)、第二繞組(B)、第三繞組(C)以及第四繞組(D)的外定子(1)和內轉子磁鋼(2)，外定子(1)的內表面與內轉子磁鋼(2)的外表面之間留有間隙；其特征在于所述磁敏Z元件直流無刷電機還包括直流電源(+V)、磁敏Z元件(8)、第一信號處理電路(3)、第二信號處理電路(4)、AB/CD繞組選通電路(5)、C/D繞組選通電路(6)和A/B繞組選通電路(7)，直流電源(+V)的輸出端連接磁敏Z元件(8)的陽極和第一信號處理電路(3)的正極輸入端，磁敏Z元件(8)的陰極連接第一信號處理電路(3)的負極輸入端并接地，第一信號處理電路(3)的輸出端分別連接第二信號處理電路(4)、C/D繞組選通電路(6)和A/B繞組選通電路(7)的一個輸入端，第二信號處理電路(4)的輸出端連接AB/CD繞組選通電路(5)的輸入端，AB/CD繞組選通電路(5)的一個輸出端連接C/D繞組選通電路(6)的另一個輸入端，AB/CD繞組選通電路(5)的另一個輸出端連接A/B繞組選通電路(7)的另一個輸入端；磁敏Z元件(8)設置在內轉子磁鋼(2)的轉動平面的正上方，即當內轉子磁鋼(2)轉動到磁敏Z元件(8)的正下方時，磁敏Z元件(8)的正下方對應的是內轉子磁鋼(2)的磁極端部。
2.根據(jù)權利要求1所述的磁敏Z元件直流無刷電機，其特征在于所述外定子(1)的內表面上均勻開有四個軸向通槽(1-2)，相鄰兩個軸向通槽(1-2)之間設置有凸極(1-1)，第一繞組(A)、第二繞組(B)、第三繞組(C)和第四繞組(D)分別纏繞在外定子(1)內表面的四個凸極(1-1)上，并且第一繞組(A)、第二繞組(B)、第三繞組(C)和第四繞組(D)的線圈匝數(shù)相同。
3.根據(jù)權利要求1所述的磁敏Z元件直流無刷電機，其特征在于所述外定子(1)的內表面上均勻開有多個軸向通槽，多個線圈依次鑲嵌在外定子(1)內表面的通槽內并分別構成第一繞組(A)、第二繞組(B)、第三繞組(C)和第四繞組(D)，第一繞組(A)、第二繞組(B)、第三繞組(C)和第四繞組(D)按順時針方向依次占90°電角度。
4.根據(jù)權利要求1所述的磁敏Z元件直流無刷電機，其特征在于所述外定子(1)由多個硅鋼片疊加而成。
5.根據(jù)權利要求1所述的磁敏Z元件直流無刷電機，其特征在于所述內轉子磁鋼(2)具有一對磁極。
6.根據(jù)權利要求1所述的磁敏Z元件直流無刷電機，其特征在于所述第一信號處理電路(3)是濾波整形電路，該電路用于對磁敏Z元件(8)輸出的電壓波形進行濾波和整形并輸出第一信號(G)。
7.根據(jù)權利要求1所述的磁敏Z元件直流無刷電機，其特征在于所述第二信號處理電路(4)是倍頻電路，該電路用于將第一信號(G)的周期變?yōu)樵瓉淼膬杀恫⑤敵龅诙盘?S)。
8.磁敏Z元件直流無刷電機，所述磁敏Z元件直流無刷電機包括直流無刷電機本體，所述電機本體包括纏繞有或鑲嵌有第一繞組(A)、第二繞組(B)、第三繞組(C)以及第四繞組(D)的內定子(9)和外轉子磁鋼(10)，內定子(9)的外表面和外轉子磁鋼(10)的內表面留有間隙，外轉子磁鋼(10)的內表面粘貼有永磁體磁極(11)；其特征在于所述磁敏Z元件直流無刷電機還包括直流電源(+V)、磁敏Z元件(8)、第一信號處理電路(3)、第二信號處理電路(4)、AB/CD繞組選通電路(5)、C/D繞組選通電路(6)和A/B繞組選通電路(7)，直流電源(+V)的輸出端連接磁敏Z元件(8)的陽極和第一信號處理電路(3)的正極輸入端，磁敏Z元件(8)的陰極連接第一信號處理電路(3)的負極輸入端并接地，第一信號處理電路(3)的輸出端分別連接第二信號處理電路(4)、C/D繞組選通電路(6)和A/B繞組選通電路(7)的一個輸入端，第二信號處理電路(4)的輸出端連接AB/CD繞組選通電路(5)的輸入端，AB/CD繞組選通電路(5)的一個輸出端連接C/D繞組選通電路(6)的另一個輸入端，AB/CD繞組選通電路(5)的另一個輸出端連接A/B繞組選通電路(7)的另一個輸入端，磁敏Z元件(8)設置在外轉子磁鋼(10)的轉動平面的正上方，即當外轉子磁鋼(10)轉動到磁敏Z元件(8)的正下方時，磁敏Z元件(8)的正下方對應有磁極(11)。
9.根據(jù)權利要求8所述的磁敏Z元件直流無刷電機，其特征在于所述外轉子磁鋼(10)具有一對磁極。
專利摘要磁敏Z元件直流無刷電機，它涉及一種直流無刷電機，它解決了磁電式、霍爾元件式、光電式、高頻耦合式位置傳感器應用于無刷直流電機時所存在的體積大、結構復雜、定位不便、效率低、抗震性差的問題。本實用新型的磁敏Z元件設置在外轉子磁鋼(10)的轉動平面的正上方，磁敏Z元件輸出的信號通過第一信號處理電路(3)處理后輸出第一信號(G)，第一信號通過第二信號處理電路(4)后輸出第二信號(S)，這兩個信號共同作用通過AB/CD繞組選通電路(5)、C/D繞組選通電路(6)和A/B繞組選通電路(7)控制第一繞組(A)、第二繞組(B)、第三繞組(C)、第四繞組(D)按順序依次導通。本實用新型換相控制原理簡單、功耗低、靈敏度高、應用電路易于集成化和小型化。
文檔編號H02K29/06GK2894054SQ20062002067
公開日2007年4月25日 申請日期2006年4月26日 優(yōu)先權日2006年4月26日
發(fā)明者曹一江, 羅彬 申請人:哈爾濱理工大學