專利名稱:直流無刷馬達的制作方法
技術領域:
本發明是關于一種直流無刷馬達,特別是關于一種主要應用于電腦冷卻風扇的直流無刷馬達。
背景技術:
隨著電子技術的不斷發展,處理器產生的熱量隨著處理速度的提高不斷增加,處理器的散熱問題也變得日益突出。為了排放更多的熱量,應用于處理器散熱的冷卻風扇要求轉速更高、風量更大,所以對其采用的直流無刷馬達的轉速及轉矩也提出更高的要求。常用的直流無刷馬達根據其使用的驅動電路可分為兩相單向驅動與單相雙向驅動兩種。
圖5及圖6所示是采用兩相單向驅動的直流無刷馬達。該直流無刷馬達主要包括一定子繞組110、一轉子140及一驅動電路150。該轉子140內側環設有一永久磁鐵142,該永久磁鐵142上設有兩磁極,其可對應與定子繞組110通電產生的交變磁場相作用,以產生一轉矩驅動轉子140運動。該定子繞組110向其四周間隔突設有四個繞線端(114、115、116、117)。線圈是先同向繞制繞線端114和繞線端116(即當電流流過繞制在繞線端114和繞線端116的線圈時,繞線端114和繞線端116產生的外側磁場極性相同),引出一接線端122后再同向繞制繞線端117和繞線端115,其中繞線端117和繞線端115產生的外側磁場極性與繞線端114和繞線端116產生的外側磁場極性相反。其中該線圈的兩端還設有接線端124及接線端126。
驅動電路150主要包括一驅動控制元件152,該驅動控制元件152設有兩個輸出控制端Out1及Out2及幾個輸入控制端(圖未示),這兩個輸出控制端Out1及Out2分別連接至三極管Q1及三極管Q2的基極,該驅動控制元件152可以根據輸入信號使輸出控制端Out1及Out2交替輸出高電位,從而實現三極管Q1及三極管Q2的通斷控制。接線端122連接在Vcc上,而接線端124及126則分別與三極管Q1及三極管Q2的集電極相連。這種驅動電路150在第一工作周期時,輸出控制端Out1處于高電位,三極管Q1導通,電流依次流過繞線端116及繞線端114的線圈后從三極管Q1流出。而在第二工作周期時,輸出控制端Out2處于高電位,三極管Q2導通,電流依次流過繞制繞線端117及繞線端115的線圈后從三極管Q2流出。從而使繞線端116和繞線端114及繞線端117和繞線端115的線圈交替通電產生一交變磁場以實現轉子140的連續運轉。這種驅動電路150的設計方式使馬達在某一時刻只有繞線端114和繞線端116或繞線端117和繞線端115處于通電工作狀態,而定子繞組110通電產生的旋轉力矩M與通電線圈的匝數與電流強度的乘積NI成正比,由于該馬達在某一時刻只有一半線圈在通電工作,所以這種驅動方式不能充分利用馬達內的所有線圈,所提供的力矩較小。另外馬達設計由于受Vcc大小、冷卻風扇體積及繞線端繞線空間大小的限制,NI亦不能無限增大,所以使用上述繞線驅動方式難以滿足高轉速冷卻風扇的需要。
圖7及圖8所示是采用單相雙向驅動的直流無刷馬達。該直流無刷馬達也主要包括一定子繞組110、一轉子140及一驅動電路160。該直流無刷馬達的線圈是先后依次繞制繞線端114、繞線端115、繞線端116及繞線端117,其中繞線端114與繞線端116為一組,其極性相同;而繞線端115與繞線端117為另一組,其極性與繞線端114及繞線端116相反。該線圈的兩端設有接線端132及接線端134。
驅動電路160主要包括一驅動控制元件162,這個驅動控制元件162設有四個輸出控制端Out1、Out2、Out3及Out4及幾個輸入端(圖未示),這四個輸出控制端分別對應連接至三極管Q1、三極管Q2、三極管Q3及三極管Q4的基極。這種驅動電路160在第一工作周期時,輸出控制端Out1及Out4處于高電位,三極管Q1及三極管Q4導通,電流流經三極管Q1后依次流過繞線端114、繞線端115、繞線端116及繞線端117,最后從三極管Q4流出。而在第二工作周期時,輸出控制端Out2及Out3處于高電位,三極管Q2及三極管Q3導通,電流流經三極管Q2后將反向依次流過繞線端117、繞線端116、繞線端115及繞線端114,最后經三極管Q3流出。這種驅動電路160雖然在同一工作時刻四個繞線端的線圈都處于通電工作狀態,有效地利用了整個線圈,但驅動電路160中增加了一個三極管Uce的壓降,且四個繞線端采用串聯連接的方式也使線圈的阻抗為采用兩相單向驅動方法時的一倍,在Vcc為定值時,定子繞組110的最大可輸入電流將大大降低,所以也不能得到較大的輸出轉矩。
發明內容
本發明的目的在于提供一種效率高、輸出轉矩大的風扇用直流無刷馬達。
為達到上述目的,本發明采用了以下技術方案本發明直流無刷馬達主要包括一定子繞組、一轉子及一驅動電路,該轉子是環設于該定子繞組四周的,其內側設有兩磁極;該定子繞組向其四周間隔突設有四個繞線端,驅動電路主要包括一驅動控制元件及四個三極管,該驅動控制元件設有四個輸出端口,這些輸出端口是分別對應與上述的四個三極管的基極相連的,其中第一三極管與第二三極管的集電極是與電源相連的,而發射極則分別與第三三極管及第四三極管的集電極相連的,該定子繞組的兩個繞線端的線圈與另外的兩個繞線端的線圈呈并聯的電連接關系,其一端連接至第一三極管的發射極與第三三極管的集電極之間,而其另一端則連接至第二三極管的發射極與第四三極管的集電極之間,其中該驅動控制元件可以根據輸入信號控制四個三極管的導通與截止,從而使第一工作周期內電流從第一方向流經所有的繞線端,而在第二工作周期內電流從第二方向流經所有的繞線端。
本發明直流無刷馬達與常用的雙相單向驅動直流無刷馬達相比較,本發明直流無刷馬達的四個繞線端的線圈在任一時刻都處于通電工作狀態,提高了線圈的利用率并相應提高了輸出轉矩。而與常用的單相雙向驅動直流無刷馬達相比較,本發明直流無刷馬達的驅動電路將四繞線端采用并聯的方式連接,其線圈阻抗僅為將四繞線端串聯的1/4,將大大提高直流無刷馬達的最大可輸入電流,從而獲得較大的輸出轉矩。另一方面,本發明直流無刷馬達的驅動電路的電阻比上述兩種直流無刷馬達的驅動電路的電阻都小,而電流在電阻上所作的功不能轉換成磁場能,只能轉換成無效的熱能,所以本發明直流無刷馬達也具有較高的效率。
下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步的描述。
圖1是本發明直流無刷馬達第一實施方式的機械結構圖。
圖2是本發明直流無刷馬達第一實施方式的驅動電路圖。
圖3是本發明直流無刷馬達第二實施方式的機械結構圖。
圖4是本發明直流無刷馬達第二實施方式的驅動電路圖。
圖5是常用的雙相單向驅動直流無刷馬達的機械結構圖。
圖6是常用的雙相單向驅動直流無刷馬達的驅動電路圖。
圖7是常用的單相雙向驅動直流無刷馬達的機械結構圖。
圖8是常用的單相雙向驅動直流無刷馬達的驅動電路圖。
具體實施方式請參閱圖1至圖2,本發明直流無刷馬達主要是應用于電腦冷卻風扇,其第一實施方式主要包括一定子繞組10、一轉子40及一驅動電路50。
圖1所示為一定子繞組10及一轉子40,該轉子40內側設有一環狀的永久磁鐵42,該永久磁鐵42上相對設有兩磁極,這兩磁極可與定子繞組10通電產生的交變磁場相作用,產生一轉矩以驅動該轉子40旋轉。該定子繞組10是用硅鋼片制成的,其中央開設有一通孔12以供該定子繞組10套設固定至風扇底座(圖未示)。該定子繞組10向外間隔突設有四個繞線端14、15、16、17。線圈是先同向繞制繞線端14和繞線端16(即當電流流過繞制在繞線端14和繞線端16上的線圈時,繞線端14和16產生的外側磁場極性相同),從而組成一對磁極。線圈引出一接線端22后再同向繞制繞線端17和繞線端15,從而組成另一對磁極。其中繞線端17和繞線端15產生的磁場極性與繞線端14和繞線端16產生的磁場極性是相反的。其中該線圈的兩端還設有接線端24和接線端26。
圖2所示為該直流無刷馬達采用的驅動電路50,其主要包括一驅動控制元件52(如LB11961 IC或LB11962 IC等)。這個驅動控制元件52設有四個輸出控制端Out1、Out2、Out3及Out4,其分別對應與三極管Q1、三極管Q2、三極管Q3及三極管Q4的基極相連。該驅動控制元件52另外還設有多個輸入端(圖未示),該驅動控制元件52可根據由輸入端輸入的控制信號(如霍爾元件位置感測信號或PWM控制信號)對輸出控制端Out1、Out2、Out3及Out4的輸出狀態進行控制。其中三極管Q1的集電極是與電源Vcc相連的,其發射極則連接在三極管Q3的集電極上,三極管Q3的發射極接地。三極管Q2的集電極也與電源Vcc相連,其發射極則連接在三極管Q4的集電極上,三極管Q4的發射極接地。接線端22連接在三極管Q1的發射極與三極管Q3的集電極之間,而接線端24和接線端26短接后則連接在三極管Q2的發射極與三極管Q4的集電極之間。驅動電路50在第一工作周期時,輸出控制端Out1及Out4處于高電位,輸出控制端Out2及Out3處于低電位,三極管Q1及三極管Q4導通,三極管Q2及三極管Q3截止。驅動電流將經三極管Q1后正向流過由繞線端16和繞線端14及繞線端17和繞線端15構成的并聯繞線組,最后從三極管Q4流出。而在第二工作周期時,輸出控制端Out2及Out3處于高電位,Out1及Out4處于低電位,三極管Q2及三極管Q3導通,而三極管Q1及三極管Q4截止。驅動電流流經三極管Q2后將反向流過由繞線端16和繞線端14及繞線端17和繞線端15構成的并聯繞線組,最后從Q3流出。交替換向流經定子繞組10的驅動電流產生一交變磁場,從而驅動轉子40連續運轉。
將本發明直流無刷馬達應用于7015系列電腦冷卻風扇(該風扇的規格為70×70×15mm),經實驗測得的實驗數據如下表所示
從上述的數據比較可得知,7015風扇在采用兩相單向驅動馬達時,當線圈繞滿繞線端之間的繞線空間時,其轉速可達5700RPM,但其驅動電流高達0.7A。當7015風扇采用單相雙向驅動馬達時,即使線圈繞滿繞線端之間的繞線空間,其最高轉速也僅達到5200RPM。而采用本發明的直流無刷馬達時,即使線圈尚未繞滿繞線端之間的繞線空間,風扇轉速已能達到5700RPM,其驅動電流也僅為0.46A,如果線圈繞滿繞線端之間的繞線空間,風扇的轉速還可以進一步提高。可見采用本發明直流無刷馬達的風扇具有轉速高,效率高的優點。
請一并參閱圖3及圖4,本發明直流無刷馬達的另一實施方式主要包括一定子繞組10、一轉子40及一驅動電路60。
該定子繞組10與上述的定子繞組10的不同之處在于本實施方式的線圈是先依次反向繞制繞線端14和繞線端15(即通電時繞線端14和15產生的外側磁場極性相反),抽出一接線端22后,再依次反向繞制繞線端16和繞線端17。從而使得相鄰繞線端的極性相反,而相對繞線端的極性相同。該驅動電路60與上述的驅動電路50的不同之處在于驅動電路60中的繞線端15是和繞線端14串聯后,再與繞線端16和繞線端17構成并聯的電連接關系,其工作原理與上述的第一實施方式相同。
本發明不僅僅可應用于常用的2磁極/4定子槽的直流無刷馬達中,也可同樣類似地應用于其他磁極數∶定子槽數=1∶2的直流無刷馬達中。另外,上述的驅動控制元件52也可以只設有輸出控制端Out1及Out2,而連接時只須將輸出控制端Out1同時與三極管Q1及三極管Q4的基極相連,并將輸出控制端Out2同時與三極管Q2及三極管Q3的基極相連也可以達到相同的控制效果。
權利要求
1.一種直流無刷馬達,其主要包括一定子繞組、一轉子及一驅動電路,該轉子是環設于該定子繞組四周的,其內側設有N個磁極;該定子繞組向其四周間隔突設有2N個繞線端;該驅動電路主要包括一驅動控制元件及四個三極管,該驅動控制元件設有至少兩個輸出端口,上述的至少兩個輸出端口是分別對應與上述的四個三極管的基極相連的,其中第一三極管與第二三極管的發射極是分別與第三三極管及第四三極管的集電極相連的,其特征在于該定子繞組的N個繞線端的線圈與另外的N個繞線端的線圈呈并聯的電連接關系,其一端連接至第一三極管的發射極與第三三極管的集電極之間,而其另一端則連接至第二三極管的發射極與第四三極管的集電極之間,其中該驅動控制元件可以根據輸入信號控制四個三極管的導通與截止,從而使第一工作周期內電流從第一方向流經所有繞線端的線圈,而在第二工作周期內電流從第二方向流經所有繞線端的線圈。
2.如權利要求1所述的直流無刷馬達,其特征在于上述線圈是先同向間隔繞制于該定子繞組的N個繞線端,抽出一接線端后再同向間隔繞制于該定子繞組另外的N個繞線端,其中上述的N個繞線端的極性是與上述的另外的N個繞線端的極性相反的。
3.如權利要求2所述的直流無刷馬達,其特征在于上述接線端是連接至第一三極管的發射極與第三三極管的集電極之間的,而該線圈的兩端還各設有一接線端,該兩接線端是短接后連接至第二三極管的發射極與第四三極管的集電極之間的。
4.如權利要求1所述的直流無刷馬達,其特征在于上述線圈是先依次繞制于該定子繞組的N個繞線端,抽出一接線端后再依次繞制于該定子繞組另外的N個繞線端,其中相鄰繞線端的極性是相反的。
5.如權利要求4所述的直流無刷馬達,其特征在于上述接線端是連接至第一三極管的發射極與第三三極管的集電極之間的,而該線圈的兩端還各設有一接線端,該兩接線端是短接后連接至第二三極管的發射極與第四三極管的集電極之間的。
6.如權利要求1所述的直流無刷馬達,其特征在于上述N的數值為2。
7.如權利要求4所述的直流無刷馬達,其特征在于上述驅動控制元件設有四個輸出端口,每個輸出端口對應與一個三極管的基極相連,每一工作周期有兩個輸出端口為高電平,而另外二個輸出端口為低電平。
8.如權利要求1所述的直流無刷馬達,其特征在于上述驅動控制元件是LB11961 IC或LB11962 IC。
9.如權利要求1所述的直流無刷馬達,其特征在于上述直流無刷馬達主要是應用于電腦冷卻風扇。
10.如權利要求1所述的直流無刷馬達,其特征在于上述第一三極管與第二三極管的集電極連接至電源,而第三三極管與第四三極管的發射極接地。
全文摘要
一種直流無刷馬達,其主要包括一定子繞組、一轉子及一驅動電路,該轉子是環設于該定子繞組四周的,其內側設有兩磁極;該定子繞組向其四周間隔突設有四個繞線端,該驅動電路主要包括一驅動控制元件及四個三極管,該驅動控制元件設有四個輸出端口,這些輸出端口是分別對應與四個三極管的基極相連的,其中第一三極管與第二三極管的發射極是分別與第三三極管及第四三極管的集電極相連的,該定子繞組的兩個繞線端的線圈與另外的兩個繞線端的線圈是呈并聯的電連接關系,其一端連接至第一三極管的發射極與第三三極管的集電極之間,而其另一端則連接至第二三極管的發射極與第四三極管的集電極之間。
文檔編號H02P6/14GK1581650SQ03140200
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月16日 優先權日2003年8月16日
發明者魯恩兵 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司