專利名稱：單組線圈的小型直流無刷馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種小型直流無刷馬達(dá)，更確切地說是涉及一種單組線圈、軸向繞線及徑向氣隙的小型直流無刷馬達(dá)。


圖1中示出一種傳統(tǒng)的單相雙組線圈馬達(dá)的驅(qū)動電路，主要包括一個霍爾元件1和一個集成電路形式的馬達(dá)驅(qū)動器9，馬達(dá)驅(qū)動器9接收霍爾元件1輸出的信號并向馬達(dá)8提供驅(qū)動電流。單相雙組線圈直流無刷馬達(dá)通常用作風(fēng)扇馬達(dá)(以下簡稱馬達(dá))。這種馬達(dá)8通常采用的直流馬達(dá)定子設(shè)有可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的徑向線圈，而其轉(zhuǎn)子則由一永久磁鐵構(gòu)成，霍爾元件1通過檢測永久磁鐵所產(chǎn)生的磁場來決定馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)相位。
馬達(dá)驅(qū)動器9設(shè)有一放大器2、一驅(qū)動脈沖發(fā)生電路3及一向馬達(dá)8輸出驅(qū)動電流的第一、第二驅(qū)動電路4、5。放大器2將來自霍爾元件1的電流放大并輸出，驅(qū)動脈沖發(fā)生電路3對放大器2的輸出信號進(jìn)行整形并輸出兩個相位差為180°且負(fù)載為50％的驅(qū)動脈沖4a及5a(如圖2中的b和c)。第一驅(qū)動脈沖4在外部端子6和接地端子間隨著其輸入接收的驅(qū)動脈沖4a而在導(dǎo)通與不導(dǎo)通之間切換，即第一驅(qū)動電路4通過切換操作吸收由電源線Vcc朝向地線向馬達(dá)供應(yīng)的驅(qū)動電流。第二驅(qū)動電路5的功能同第一驅(qū)動電路，即其外部端子7和接地端子間隨著其輸入接收的驅(qū)動脈沖5a而在導(dǎo)通與不導(dǎo)通之間切換。
第一驅(qū)動電路是由晶體管Q11及Q12連接成的達(dá)林頓電路，晶體管Q11、Q12的集電極連接外部端子6，Q11的基極接收驅(qū)動脈沖4a，Q12的基極連接Q11的發(fā)射極，而Q12的發(fā)射極則連接地線，第一驅(qū)動電路4中還包括有一齊納二極管Z1，其陰極連接外部端子6，而其陽極則連接晶體管Q11的基極。第二驅(qū)動電路5由晶體管Q13及Q14連接成達(dá)林頓電路，晶體管Q13、Q14的集電極連接外部端子7，Q13的基極接收驅(qū)動脈沖5a，Q14的基極連接Q13的發(fā)射極，而Q14的發(fā)射極則連接地線，第二驅(qū)動電路5中還包括有一齊納二極管Z2，其陰極連接外部端子7，而其陽極則連接晶體管Q13的基極。
下面結(jié)合圖2中的信號波形來說明上述傳統(tǒng)馬達(dá)驅(qū)動器的操作。
為了決定馬達(dá)轉(zhuǎn)子的相位，霍爾元件1輸出信號至放大器2，由放大器2放大，如圖中的a所示，放大后的信號送至驅(qū)動脈沖發(fā)生電路3，驅(qū)動脈沖發(fā)生電路3對來自放大器2的信號整形(如通過邏輯電路整形)，修正其相位并產(chǎn)生兩個驅(qū)動脈沖4a、5a，分別如圖2中的b、c所示，兩者相位差180°，且波形相反。
驅(qū)動脈沖4a供給第一驅(qū)動電路4中晶體管Q11的基極，驅(qū)動脈沖5a則供給第二驅(qū)動電路5中晶體管Q13的基極。在第一驅(qū)動電路4中，當(dāng)驅(qū)動脈沖4a為高電位時(ON)，晶體管Q11、Q12導(dǎo)通，如圖2中的d，驅(qū)動電流從電源Vcc流向單相馬達(dá)8的一組線圈8a并流向外部端子6，而當(dāng)驅(qū)動脈沖4a為低電位時(OFF)，晶體管Q11、Q12截止，切斷了外部端子6與地線間的通路，如圖2中的d，其結(jié)果中斷了線圈8a中的驅(qū)動電流，由于驅(qū)動電流通路在此時消失，線圈8a中因反電勢產(chǎn)生的電壓加在齊納二極管Z1上，當(dāng)電壓超過其擊穿電壓時，電流通過并在該處泄放能量。
第二驅(qū)動電路5的操作同第一驅(qū)動電路4，只是其輸入信號5a與第一驅(qū)動電路4的輸入信號4a相位差180°。在第二驅(qū)動電路5中，當(dāng)驅(qū)動脈沖5a為高電位時(ON)，晶體管Q13、Q14導(dǎo)通，如圖2中的e，驅(qū)動電流從電源Vcc流向單相馬達(dá)8的另一組線圈8b并流向外部端子7，而當(dāng)驅(qū)動脈沖5a為低電位時(OFF)，晶體管Q13、Q14截止，切斷了外部端子7與地線間的通路，如圖2中的e，其結(jié)果中斷了線圈8b中的驅(qū)動電流，由于驅(qū)動電流通路在此時消失，線圈8b中因反電勢產(chǎn)生的電壓加在齊納二極管Z2上，當(dāng)電壓超過其擊穿電壓時，電流通過并在該處泄放能量。
如上所述，馬達(dá)驅(qū)動器9產(chǎn)生兩個驅(qū)動脈沖4a及5a，其相位差180°，且交替提供驅(qū)動電流給馬達(dá)8的兩組線圈8a及8b，使馬達(dá)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
馬達(dá)驅(qū)動器9僅使外部端子6或7至地線間導(dǎo)通，這種直流馬達(dá)的結(jié)構(gòu)幾乎僅是單相雙組線圈，此外，在此種驅(qū)動器中，馬達(dá)的兩組線圈被交替驅(qū)動，所產(chǎn)生的馬達(dá)扭矩與其大小相比顯得很低，因而效率也低。另外，由于馬達(dá)線圈中產(chǎn)生的反電動勢是經(jīng)由齊納二極管釋放的，從而在馬達(dá)線圈中因電流停滯而產(chǎn)生高溫，同時驅(qū)動電流切換時會產(chǎn)生噪音，將影響馬達(dá)周圍其它電子設(shè)備的正常工作。
臺灣第338586號專利案中所公開的一種“單一線圈驅(qū)動風(fēng)扇馬達(dá)之裝置”，如圖3所示，在直流電源的輸入端串連一極性保護(hù)二極管D1與一電容器C1，并于二極管D1后的電源線路上并連一集成驅(qū)動電路，可交替輸出正負(fù)驅(qū)動信號，該集成驅(qū)動電路的兩個輸出端與一線圈組L1串連，該兩輸出端至電源正極還各串接一匹配用二極管D2、D3。
該專利技術(shù)雖然解決了傳統(tǒng)單相直流馬達(dá)驅(qū)動電路的缺陷，但因其定子的線圈采用傳統(tǒng)的徑向繞線方式，如圖4、圖5中所示，因此軸向厚度無法減小以符合小型主軸馬達(dá)的需求。此外，圖4及圖5中所示的四極及二極徑向繞線的定子結(jié)構(gòu)，其定子100的磁極是由中心軸孔101延伸出極臂102，極臂102的個數(shù)即為馬達(dá)的極數(shù)，線圈在繞線時十分費時，需將線圈分別卷繞在各極臂上，且不能間斷，要不停頓地一次完成繞線工作，磁場分布也不易均勻。因此，工業(yè)界極需發(fā)展一種微小型直流馬達(dá)，具有最小的軸向厚度且易于繞線，能不間斷地一次完成繞線工作并且不受馬達(dá)多極數(shù)的影響。
本實用新型的目的是設(shè)計一種單組線圈的小型直流無刷馬達(dá)，是一種單組線圈、軸向繞線、徑向氣隙的小型直流無刷馬達(dá)，使馬達(dá)的繞線能無間斷地一次卷繞完成，以提高線圈繞線的效率，減小馬達(dá)的軸向厚度，降低馬達(dá)的制作成本并提高馬達(dá)的功效。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的單組線圈的小型直流無刷馬達(dá)，包括定子、具有N及S極的永久磁鐵轉(zhuǎn)子及控制電路，所述的定子包括定子座、線圈座、卷繞在線圈座上的線圈、位于定子座上、下方的上磁極片及下磁極片，轉(zhuǎn)子中心位置處的心軸固定在定子座的中心軸孔中旋轉(zhuǎn)，控制電路與線圈連接，所述的控制電路由檢測轉(zhuǎn)子磁鐵磁極相位的感應(yīng)元件、與感應(yīng)元件輸出連接的放大元件及與放大元件輸出連接并使所述線圈內(nèi)電流方向交互改變的馬達(dá)驅(qū)動電路組成，轉(zhuǎn)子的永久磁鐵與上、下磁極片間留有徑向氣隙，其特征在于所述的線圈是軸向卷繞的單組線圈并有兩個線圈接點，軸向卷繞的單組線圈的兩端接點連接所述的控制電路。
所述控制電路中的馬達(dá)驅(qū)動電路包括一個與所述單組線圈的一接點連接的第一晶體管驅(qū)動電路和一與所述單組線圈的另一接點連接、且與第一晶體管驅(qū)動電路交互導(dǎo)通的第二晶體管驅(qū)動電路。
所述的單組線圈由第一、第二兩根漆包線同時軸向卷繞于線圈座上，第一根漆包線的第二端與第二根漆包線的第一端連接，第一根漆包線的第一端及第二根漆包線的第二端分別構(gòu)成單組線圈的兩端接點。
所述的第一、第二兩根漆包線有不同的外皮色彩。
由控制電路控制軸向單組線圈的電流導(dǎo)通方向以形成交變的旋轉(zhuǎn)磁場，因而驅(qū)動永久磁鐵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。由馬達(dá)的霍樂元件感應(yīng)轉(zhuǎn)子磁極的N、S極性，而輸出脈沖信號。當(dāng)霍爾元件輸出高電位時觸發(fā)控制電路中的第一組晶體管導(dǎo)通(ON)并使第二組晶體管截止(OFF)，線圈的第一接點為正電位、第二接點為負(fù)電位，線圈內(nèi)的電流是從第一接點流向第二接點。反之，當(dāng)霍爾元件輸出低電位時，觸發(fā)控制電路中的第二組晶體管導(dǎo)通(ON)并使第一組晶體管截止(OFF)，線圈的第二接點為正電位、第一接點為負(fù)電位，線圈內(nèi)的電流是從第二接點流向第一接點。如此周而復(fù)始地交互動作，便可在線圈內(nèi)形成正、反導(dǎo)通的電流，線圈產(chǎn)生交變磁場，以驅(qū)動馬達(dá)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
下面結(jié)合實施例及附圖進(jìn)一步說明本實用新型的技術(shù)。
圖1是傳統(tǒng)的雙組線圈單相直流馬達(dá)的驅(qū)動電路圖圖2是說明圖1雙組線圈單相直流馬達(dá)驅(qū)動電路的同步工作信號波形圖3是傳統(tǒng)徑向繞線單相直流馬達(dá)的驅(qū)動電路圖圖4是傳統(tǒng)徑向繞線單相四極直流馬達(dá)的線圈結(jié)構(gòu)示意圖圖5是傳統(tǒng)徑向繞線單相二極直流馬達(dá)的線圈結(jié)構(gòu)示意圖圖6是傳統(tǒng)軸向繞線雙組線圈的直流馬達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖圖7是本實用新型軸向繞線單組線圈的直流馬達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖圖8是本實用新型軸向繞線單組線圈直流馬達(dá)的驅(qū)動電路圖圖9是本實用新型雙條軸向繞線的單組線圈結(jié)構(gòu)示意圖圖10是本實用新型軸向繞線單組線圈小型直流無刷馬達(dá)的另一驅(qū)動電路圖圖1至圖5有關(guān)對本實用新型在先技術(shù)的說明前已述及，不再敘述。
參見圖6，圖中示出軸向繞線雙組線圈的直流馬達(dá)結(jié)構(gòu)，主要包括一定子座110、一轉(zhuǎn)子120及一控制電路130。該定子座110具有一線圈座111供雙組線圈沿軸向纏繞并引出三個接點，上極磁片112及下極磁片113分別設(shè)于線圈座111的上方及下方。轉(zhuǎn)子120，由永久磁鐵121設(shè)于轉(zhuǎn)子120內(nèi)部周緣處并與定子座11O的上極片112及下極片113形成徑向氣隙，以相互感應(yīng)。轉(zhuǎn)子120具有心軸122，固定在定子座110的中心軸孔114內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)子120可相對于定子座110轉(zhuǎn)動。控制電路130設(shè)置在定子座下方以檢測轉(zhuǎn)子120永久磁鐵121的相位，以控制線圈座111的線圈導(dǎo)通方向，使線圈座111的雙組線圈交互導(dǎo)通。線圈座111上繞有雙組軸向線圈L1及L2，且有三個接點，控制電路130與雙組線圈L1及L2的三個接點連接，并根據(jù)所檢測的轉(zhuǎn)子120永久磁鐵121的相位，使線圈L1及L2分別依順時鐘及逆時鐘方向交互導(dǎo)通電流，使上極片112及下極片113產(chǎn)生交變的磁場以驅(qū)動轉(zhuǎn)子120旋轉(zhuǎn)?？刂齐娐?30可使用傳統(tǒng)的單相直流馬達(dá)雙組線圈的控制電路，如圖1中所示的驅(qū)動電路。
軸向繞線的定子線圈，可改進(jìn)傳統(tǒng)徑向繞線費時費力的缺陷，因而可大幅度地降低定子線圈的繞線成本。再者，軸向繞線的線圈，因其繞線較徑向繞線均勻，因而磁場分布也較均勻，可提高馬達(dá)效率。雖然此軸向雙組繞線的直流馬達(dá)已改正了傳統(tǒng)徑向繞線馬達(dá)的缺點，但仍不完美，這是因為馬達(dá)的兩組線圈上有三個接點連接驅(qū)動控制電路，因此其軸向繞線方式仍需在線圈卷繞1/2時引出一接點，然后再繼續(xù)繞另1/2線圈，繞線工作仍要間斷，不能不停頓地一次纏繞完成；馬達(dá)的兩組線圈是被間斷并被交替驅(qū)動的，其有效線圈匝數(shù)將減半，所產(chǎn)生的馬達(dá)扭矩較低；未被驅(qū)動的線圈會因電流中斷而產(chǎn)生高溫，同時驅(qū)動電流切換易產(chǎn)生反電動勢及噪音，而降低了馬達(dá)效率。
本實用新型就是將前述的軸向雙組線圈的直流馬達(dá)改為軸向單組線圈的直流馬達(dá)，來克服所述的缺陷。
參見圖7，圖中示出本實用新型單組線圈、軸向繞線、徑向氣隙的小型直流無刷馬達(dá)的結(jié)構(gòu)。包括一定子座110、一轉(zhuǎn)子120及一控制電路200，該定子座110具有一線圈座111，供單組線圈115沿軸向纏繞并引出二個接點a、b，上極片112及下極片113分別設(shè)于線圈座111的上方及下方。轉(zhuǎn)子120，是由永久磁鐵121設(shè)置在轉(zhuǎn)子120內(nèi)部周緣處并與定子座110的上極片112及下極片113間形成徑向氣隙，以相互感應(yīng)。轉(zhuǎn)子120具有心軸122并固定在定子座110的中心軸孔114內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)子120可相對于定子座110轉(zhuǎn)動?？刂齐娐?00設(shè)置在定子座下方并與線圈115的兩個接點a、b連接，以檢測轉(zhuǎn)子120永久磁鐵121的相位，控制線圈座111上線圈115中電流的流動方向?？刂齐娐?00根據(jù)所檢測的轉(zhuǎn)子120永久磁鐵121的相位，來控制線圈115內(nèi)的電流按順時鐘或按逆時鐘流動，使上極片112及下極片113產(chǎn)生交變的磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子120旋轉(zhuǎn)。
參見圖8，是針對本實用新型的馬達(dá)線圈而設(shè)計的控制電路200。馬達(dá)的霍爾元件203可感應(yīng)轉(zhuǎn)子120磁極的N、S極性，而輸出脈沖信號。當(dāng)霍爾元件203感應(yīng)輸出高電位時，可觸發(fā)第一組晶體管221、222、223導(dǎo)通(ON)，同時晶體管224也導(dǎo)通(ON)，而第二組晶體管225、226、227截止(OFF)，線圈115的接點a為正電位，接點b為負(fù)電位，線圈115內(nèi)的電流是從接點a流向接點b。反之，當(dāng)霍爾元件203感應(yīng)輸出低電位時，可觸發(fā)第二組晶體管225、226、227導(dǎo)通(ON)，而第一組晶體管221、222、223截止(OFF)，同時晶體管224也截止(OFF)，線圈115的接點a為負(fù)電位，接點b為正電位，線圈115內(nèi)的電流是從接點b流向接點a。如此周而復(fù)始地交互動作，便可在線圈115內(nèi)形成交互正反導(dǎo)通的電流，使線圈115產(chǎn)生交變磁場，以驅(qū)動馬達(dá)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
本實用新型的軸向繞線單組線圈115可由單條漆包線軸向繞設(shè)于線圈座111上，也可以用二條漆包線同時卷繞而成，圖9中所示的就是用雙條漆包線同時卷繞而形成的一單組線圈115。同時將A、B兩根漆包線繞于線圈111上后，將A線圈的第二端點A2與B線圈的第一端點B1相連接，A線圈的第一端點A1與B線圈的第二端點B2成為兩個接點，兩個接點連接控制電路200，即可形成一雙條繞線的軸向單組線圈。由于該單組線圈115是由雙條漆包線同時卷繞而成的，從而進(jìn)一步縮短了繞線時間，而獲得相同有效的線圈匝數(shù)。為了便于識別兩漆包線A、B，以利于繞線及焊接工作，可采用兩種不同色彩外皮的漆包線。
參見圖10，本實用新型的馬達(dá)定子線圈是單一線圈115，且引出兩個接點a、b，以連接交互電路200’，該交互電路200’中的所有晶體管、電阻等電器元件都可集成設(shè)計在一個晶片內(nèi)，實現(xiàn)馬達(dá)小型化。
與前述軸向雙組線圈的直流馬達(dá)比較，本實用新型在相同的定子線圈座111的體積中，有效的線圈匝數(shù)為雙組線圈的兩倍，因而可在相同的體積空間中，大幅度地提高小型直流馬達(dá)的效率，且繞線更容易，無需在繞線1/2時引出接點。再者，可消除雙組線圈交互導(dǎo)通時的反電動勢及噪音，增加馬達(dá)的功效，并降低制造成本。
下面，在使用相同的扇葉、外框、線圈座等條件下列表比較軸向雙組線圈的直流馬達(dá)及軸向單組線圈的直流馬達(dá)的功效
由上表可知，本實用新型的軸向單組線圈的直流馬達(dá)，與同體積大小的軸向雙組線圈的馬達(dá)相比，其有效線圈匝數(shù)加倍，起動電壓、額定電流及額定功率均明顯減小，故軸向單組線圈的整體效益、特性完全不同于軸向雙組線圈的馬達(dá)。本軸向單組繞線的小型直流無刷馬達(dá)可簡化傳統(tǒng)馬達(dá)的結(jié)構(gòu)，降低馬達(dá)的制造成本和減小體積，提高馬達(dá)的效率。
權(quán)利要求1.一種單組線圈的小型直流無刷馬達(dá)，包括定子、具有N及S極的永久磁鐵轉(zhuǎn)子及控制電路，所述的定子包括定子座、線圈座、卷繞在線圈座上的線圈、位于定子座上、下方的上磁極片及下磁極片，轉(zhuǎn)子中心位置處的心軸固定在定子座的中心軸孔中旋轉(zhuǎn)，控制電路與線圈連接，所述的控制電路由檢測轉(zhuǎn)子磁鐵磁極相位的感應(yīng)元件、與感應(yīng)元件輸出連接的放大元件及與放大元件輸出連接并使所述線圈內(nèi)電流方向交互改變的馬達(dá)驅(qū)動電路組成，轉(zhuǎn)子的永久磁鐵與上、下磁極片間留有徑向氣隙，其特征在于所述的線圈是軸向卷繞的單組線圈并有兩個線圈接點，軸向卷繞的單組線圈的兩端接點連接所述的控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單組線圈的小型直流無刷馬達(dá)，其特征在于所述控制電路中的馬達(dá)驅(qū)動電路包括一個與所述單組線圈的一接點連接的第一晶體管驅(qū)動電路和一與所述單組線圈的另一接點連接、且與第一晶體管驅(qū)動電路交互導(dǎo)通的第二晶體管驅(qū)動電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單組線圈的小型直流無刷馬達(dá)，其特征在于所述的單組線圈由第一、第二兩根漆包線同時軸向卷繞于線圈座上，第一根漆包線的第二端與第二根漆包線的第一端連接，第一根漆包線的第一端及第二根漆包線的第二端分別構(gòu)成單組線圈的兩端接點。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單組線圈的小型直流無刷馬達(dá)，其特征在于所述的第一、第二兩根漆包線有不同的外皮色彩。
專利摘要本實用新型涉及一種小型直流無刷馬達(dá),具有單組線圈、軸向繞線和徑向氣隙的特點,包括一軸向單組線圈的定子,一具有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子及一控制電路,軸向單組線圈的兩端接點連接控制電路?？刂齐娐钒z測轉(zhuǎn)子磁鐵磁極相位的感應(yīng)元件、與感應(yīng)元件輸出連接的放大元件及與放大元件輸出連接并使所述線圈內(nèi)電流方向交互改變的馬達(dá)驅(qū)動電路組成。單組線圈內(nèi)電流方向的交互變化形成交變的旋轉(zhuǎn)磁場,以驅(qū)動永久磁鐵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。容易繞線、馬達(dá)軸向厚度小、成本低,效率高。
文檔編號H02K29/08GK2357435SQ98241559
公開日2000年1月5日 申請日期1998年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月19日
發(fā)明者洪銀樹 申請人:建準(zhǔn)電機(jī)工業(yè)股份有限公司