專利名稱：電動車用無位置傳感器無刷直流電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬車用無刷直流電動機現(xiàn)有技術(shù)中的自行車用直流電動機已廣泛采用無刷電動機，有的已采用稀土鐵氧體制造轉(zhuǎn)子，在結(jié)構(gòu)上不斷加以改進，以提高性能、降低能耗、縮小體積，并以電子電路作為控制調(diào)速的裝置。但還存在一個共同的問題是都采用了位置傳感器，即在電動機內(nèi)裝有光敏元件或電感元件作位置傳感器，提供換相信號給控制器，如專利申請?zhí)?8210723.2、89200201.8、89201082.7、89214177.8等都是。位置傳感器給電動機制造工藝帶來諸多的復(fù)雜性，調(diào)整較困難，還要從電動機中引出較多的電線(除供電引線外，還要引出位置信號線)、增加使用、維護的困難，而且其換相靈敏度較低，不能保證三相間的相位差為120°。另外，大多數(shù)控制器的驅(qū)動器均采用大功率晶體管，而大功率晶體管本身的功耗較大，通常自行車用電動機的相電流可達10A，其功耗約為140W，這在以小型電瓶作為電源的車用電動機，其無效功耗直接影響其使用效率。
本實用新型的目的在于1、提供一種電動機，其內(nèi)部不裝有任何為換相提供參數(shù)信號的位置傳感器，以簡化電動機結(jié)構(gòu)、制造工藝和調(diào)整工藝，提高換相靈敏度和準(zhǔn)確性。
2、從電路上改進，減少控制部件的自身無效功耗，提高使用效率。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)類似的是一種無電刷直流電動機，由永磁性材料制造轉(zhuǎn)子(2)(可以是通常的鐵氧體，亦可以是稀土鐵氧體)、硅鋼片繞以線圈組成三相繞組(5)的定子(3)(其磁極可以是6－12對)、軸(4)、機殼(1)及機外換相控制器(圖3)所組成。其特征在于本實用新型的換相控制器由峰(零)值檢測器U1(6)、脈沖分配器U2(7)、緩沖器U4和驅(qū)動管BG1，2，3組成的驅(qū)動器(8)、反電勢吸收電路D1及D2，3，4、穩(wěn)壓電源U6(9)、及電壓檢測器U3和U5(10)組成，三相繞組按星型連接。在電動機內(nèi)部未裝有任何為換相提供參數(shù)信號的位置傳感器，而是由三個峰(零)值檢測器U1(6)其輸入端依次接至鄰相的繞組和電源電壓上，檢測各相繞組上的反峰電壓的最大值或零值，檢測器U1的輸出端接到各自的脈沖分配器U2(7)上，控制啟動脈沖，脈沖分配器U2(7)、電壓檢測器(10)之U5的輸出與VCC接到驅(qū)動器(8)中之U4的輸入端，由U4驅(qū)動功率輸出管BG1，2，3，BG1，2，3再去控制驅(qū)動電動機相應(yīng)的繞組L導(dǎo)通而使電動機轉(zhuǎn)動。當(dāng)一相(如A相)繞組上的反峰電壓值達到最大值(或零值)時(圖2之a(chǎn)點)，立即通過脈沖分配器(7)使另一相(C相)自動導(dǎo)通而切斷第三相(B相)，達到換相的目的。轉(zhuǎn)子由于繞組電流和轉(zhuǎn)子磁場的作用，使轉(zhuǎn)子相對于定子旋轉(zhuǎn)一個角度到另一位置，當(dāng)B相反電勢達到最大值時(圖2之b點)，導(dǎo)通A相而切斷C相，當(dāng)C相反電勢達到最大值時(圖2之c點)，導(dǎo)通B相而切斷A相。這樣周而復(fù)始，不斷檢測到由電動機旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的反電勢最大值(零值)A→B→C→A，而分別對相應(yīng)的相線圈通電，即C→A→B→C(圖2)，使電動機處于不斷旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。
本實用新型這種無位置傳感器，徹底摒棄了電動機內(nèi)部的額外附加物，進入電動機的導(dǎo)線只有一根電源線及A、B、C三根相線，簡化了聯(lián)結(jié)，提高了可靠性，另外，由于電子檢測的靈敏度和穩(wěn)定性均較機械式檢測為高，所以其總體的效率及穩(wěn)定性均高于有位置傳感器的電動機。
換相控制器(圖3)的功耗主要源于驅(qū)動器(BG1，2，3)，本實用新型為減少其無效功耗，三個控制相電流通斷的驅(qū)動器(BG1，2，3)，由場效應(yīng)管替代大功率晶體管，其自耗功率從原來的23W降低到8－9W，僅此一項，其整體效率可提高10％。由于場效應(yīng)管的耐壓較低，而電動機繞組L在被切斷的瞬時產(chǎn)生較高的反峰電動勢可能導(dǎo)至場效應(yīng)管被擊穿，因此每相繞組均并聯(lián)有反電勢吸收電路以抑制反電勢不超過場效應(yīng)管的安全電壓，反電勢吸收電路(吸收二極管組)由二個二極管即各相的一個二極管D2，3，4和一個公用的穩(wěn)壓二極管D1串聯(lián)組成。
本實用新型與已有技術(shù)相比有以下優(yōu)點1、以電子檢測器(U1)檢測反峰相電壓的峰值或零值替代了結(jié)構(gòu)式位置傳感器，簡化了電動機的制造工藝，換相位置準(zhǔn)確，提高了電動機的可靠性和穩(wěn)定性。
2、以場效應(yīng)管替代驅(qū)動器的晶體管，降低了控制器的功耗，提高了電瓶的使用效率。
本實用新型的實施例本實用新型的實施例見圖1、3及4，電動機中沒有位置傳感器，引出線只有四根電源線。電子檢測器是由三個運算放大器組成的峰值檢測器U1，檢測各相反峰電勢的峰值，脈沖分配器U2是由三個D型觸發(fā)器組成，根據(jù)U1檢測的峰值情況來分配脈沖，每一時刻只有一個D觸發(fā)器輸出為高電平以啟動緩沖器U4。BG1－3是場效應(yīng)管驅(qū)動器，U2分配過來的脈沖電壓，經(jīng)過U4緩沖，驅(qū)動相應(yīng)的三相驅(qū)動器BG1－3。
BG1－3將使三相線圈分別依次通電、斷電。三相線圈斷電過程中產(chǎn)生的反向電壓峰值(圖2－B相之a(chǎn)至c)，通過反電勢吸收二極管D2－D4及反電勢吸收穩(wěn)壓二極管D1被控制在60V以內(nèi)，以保證反向電壓不會過高而導(dǎo)致BG1－3被擊穿。U6是穩(wěn)壓電源，將不穩(wěn)定的電瓶電壓24V穩(wěn)定到一個穩(wěn)定的電壓15V，保證控制電路工作可靠。U3是電壓檢測器，當(dāng)電瓶電壓低于21V時U3的輸出由低變高，使U5輸出一個低電平關(guān)斷整個電路，保護電瓶不會過放電。


圖1電動機結(jié)構(gòu)圖(1)電動機鋼套(2)轉(zhuǎn)子(3)定子(4)軸(5)星形三相繞組圖2換相波形圖圖3本實用新型的換相控制器框圖(6)峰值(零值)檢測器(7)脈沖分配器(8)驅(qū)動器(9)電壓檢測器(10)穩(wěn)壓電源圖4本實用新型的電原理圖U1A、B、C相峰值檢測器(6)U2脈沖分配器(7)U4緩沖器U3及U5電壓檢測器(9)U6穩(wěn)壓電源BG1，2，3三相的場效應(yīng)管驅(qū)動器(8)D1反電勢吸收穩(wěn)壓二極管D2，3，4反電勢吸收二極管L1，2，3星形三相繞組(5)
權(quán)利要求1.一種電動車用無位置傳感器直流電動機，由永磁極轉(zhuǎn)子(2)硅鋼片繞以三相線圈繞組(5)的定子(3)、軸(4)、及換相控制器組成，其特征在于；①電動機內(nèi)部不裝有任何為換相提供參數(shù)信號的位置傳感器；②電動機的控制器由峰(零)值檢測器U1(6)、脈沖分配器U2(7)、緩沖器U4和驅(qū)動管BG1,2,3組成的驅(qū)動器(8)、反電勢吸收電路D1及D2,3,4、穩(wěn)壓電源U6(9)及電壓檢測器U3和U5(10)組成，三相由相同的三套(6)至(8)組成，三相繞組按星型連接；③峰(零)值檢測器(6)之一的輸入端接到鄰相的繞組和電源電壓上，以檢測繞組的反峰電壓；④檢測器U1(6)的輸出接到脈沖分配器U2(7)，控制啟動脈沖；⑤脈沖分配器U2(7)、電壓檢測器之U5的輸出與Vcc接到驅(qū)動器(8)中之U4的輸入端，由U4驅(qū)動功率輸出管BG1,2,3，BG1,2,3再去控制驅(qū)動電動機繞組L導(dǎo)通而使電動機轉(zhuǎn)動；⑥每相繞組分別與吸收反電勢二極管組相并聯(lián)，以抑制反電勢不超過場效應(yīng)管的安全電壓；⑦驅(qū)動器(8)之功率輸出管BG1,2,3采用場效應(yīng)管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的電動車用無位置傳感器直流電動機，其特征在于吸收二極管組是由穩(wěn)壓二極管D1與各相的二極管D2，3，4相串聯(lián)組成。
專利摘要本實用新型屬車用無刷直流電動機。本實用新型采用電子檢測器檢測各相的反峰電壓代替位置檢測器控制電動機旋轉(zhuǎn)。電子檢測器由峰(零)值檢測器U采用場效應(yīng)管代替大功率晶體管用作驅(qū)動器以減少控制器的功耗，使電動機的效率提高10％。
文檔編號H02K29/00GK2099410SQ9121739
公開日1992年3月18日 申請日期1991年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月6日
發(fā)明者張克宇 申請人:北京海淀志遠開發(fā)公司