[实用新型]两相可调速无刷直流电机

说明书

技术领域

本实用新型属于动力设备技术领域，涉及一种直流电机，具体涉及一种小功率的两相可调速无刷直流电机。该直流电机主要应用于磁力搅拌器系列实验产品中，也可应用于汽车空调系统、排风机系统、自动擦鞋机系统等。

背景技术

无刷直流电机是上世纪七十年代发展起来的一种新型机电一体化产品，以节能、免维护、调速方便等特点而备受关注，发展迅速。无刷直流电机用电子换向取代了机械换相。应用最多的是三相无刷直流电机与两相无刷直流电机。三相无刷直流电机的输出扭矩较大，主要应用于需要较大扭矩的场合，但价格较高。两相无刷直流电机结构简单，主要用作驱动风机类负载，价格较低，输出扭矩较小。

目前，对无刷直流电机的研发主要集中在无位置传感器无刷直流电机的控制、无刷直流电机的转矩波动抑制以及无刷直流电机的控制策略方面。在实际应用中，与无刷直流电机有关的许多专利都是从某一个方面解决了无刷直流电机在实际应用过程中存在的问题。

转子结构两相无刷直流电机采用转子机构，以德国PPAST品牌两相无刷直流电机为例，该电机内部有四个极靴及两个线圈。四个极靴对应于转子上的四个永磁磁铁，且极靴采用不对称设计以产生启动力矩；两个线圈根据霍尔元件检测的信号，分别导通断开，驱动电机转子同步运转。线圈的换向主要由电子元件搭建的电路控制，电机的调速主要通过控制电机两端输入电压的高低来实现。该转子结构两相无刷直流电机存在以下问题：1)电机线圈的利用率为50％ 左右，利用率较低；2)调速范围较窄，为150～3000RPM；3)利用脉冲宽度调制(PWM)方式调速时的效果较差，PWM频率较高时电机内部的驱动电路板发热严重，有较大热损耗，PWM频率较低时，电机的静音效果较差，有明显的啸叫声。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种调速范围较宽、静音效果好、线圈利用率较高、输出扭矩大的两相可调速无刷直流电机。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是，一种两相可调速无刷直流电机，包括依次相连接的整流桥2、H桥3、电机本体4、霍尔传感器5和电平转换单元6，H桥3和电平转换单元6分别与控制单元1相连接，控制单元1包括信号捕获器7、A/D转换器8和PWM发生器9，信号捕获器7与电平转换单元6相连接，PWM发生器9与H桥3相连接，控制单元1采用Atmega48单片机。

电机本体4包括同轴设置的转子12和转子中轴14，转子中轴14的外圆周均布有依次设置的第一极靴10、第二极靴13、第三极靴15和第四极靴16，第一极靴10和第三极靴15上绕制有第一线圈11，第一线圈11的一端从第一极靴10远离转子中轴14的一端沿第一极靴10的轴向顺时针绕向转子中轴14，绕过转子中轴14，从第三极靴15远离转子中轴14的一端沿第三极靴15的轴向顺时针绕向转子中轴14，并从第三极靴15伸出，形成第一线圈11的端子A’，第一线圈11的另一端为端子A，第二极靴13和第四极靴16上绕制有第二线圈17，第二线圈17的一端从第二极靴13远离转子中轴14的一端沿第二极靴13的轴向逆时针绕向转子中轴14，绕过转子中轴14，从第四极靴16远离转子中轴14的一端沿第四极靴16的轴向逆时针绕向转子中轴14，并从第四极靴16伸出，形成第二线圈17的端子B’，第二线圈17的另一端为端子B，第一线圈11、第二线圈17、H桥3和PWM发生器9构成驱动电路。

所述的驱动电路包括H桥3，H桥3的OUT₂引脚与第一线圈11从第三极靴15伸出的一端和第二线圈17从第四极靴16伸出的一端相连接，H桥3的OUT₁引脚与第一线圈11的另一端和第二线圈17的另一端相连接，H桥3的信号输入端IN₁和信号输入端IN₂分别与PWM发生器9相连接。

霍尔传感器5采用开关型霍尔元件。

H桥3采用MC33886。

本实用新型无刷直流电机采用单片机为核心控制单元，开关型霍尔元件为检测装置，通过H桥对电机进行换向控制及速度控制，调速范围达到0～4900RPM；输出扭矩明显提高，其输出扭矩为同规格无刷直流电机输出扭矩的2倍，很好地解决了磁力搅拌器搅拌动力系统的动力源问题，采用高频PWM，使得电机的静音效果非常理想。

附图说明

图1是本实用新型无刷直流电机的结构示意图。

图2是本实用新型无刷直流电机中电机本体的结构示意图。

图3是本实用新型无刷直流电机线圈换向控制方波波形图。