CN215186329U - 一种开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关磁阻电机，它包括定子组件和控制器，所述定子组件包括N相绕组；所述控制器包括PCB板以及设置在所述PCB板上的控制电路，所述控制电路包括：MCU控制单元；N相绕组不对称半桥电路，N相绕组检流电路，所述MCU控制单元通过N相绕组不对称半桥电路控制所述N相绕组的通电或断电；所述MCU控制单元通过N相绕组检流电路对所述N相绕组的电流进行检测，所述N相绕组中i相与i+2相绕组的绕组检流电路为同一个检流电路，其中i+2≤N，N≥4且为偶数。本实用新型提供一种开关磁阻电机，它电路布局合理，转子位置信号无需导线传输，定子绕组也无需导线与控制器连接。

Description

一种开关磁阻电机

技术领域

本实用新型涉及一种开关磁阻电机，属于电机技术领域。

背景技术

目前，大部分电动工具以及园林工具制造厂商采用串激电机来驱动机械结构回转工作。众所周知，串激电机使用碳刷和换向器，因而寿命短、故障率高，并且碳刷粉尘会污染环境。也有制造厂商采用永磁直流无刷电机但永磁材料价格高、易退磁的缺点。因此采用用于园林工具的开关磁阻电机是一个不错的选择，可以克服以上的问题。

但是，现有的电机控制器上的电路布局混乱，各个电路之间产生的干扰信号大。电机控制器中的电路复杂繁多，尤其是线圈绕组检流电路，导致电路元器件的使用过多，使电机的制造成本高昂。电机的转子位置信号需要通过导线从电机本体传输到控制器，控制系统抗干扰性能差。电机的定子绕组接线端需要通过导线从电机本体连接到控制器，导线产生的干扰信号大。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种开关磁阻电机，它电路布局合理，转子位置信号无需导线传输，定子绕组也无需导线与控制器连接。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种开关磁阻电机，它包括：

定子组件，所述定子组件包括N相绕组；

控制器，所述控制器包括PCB板以及设置在所述PCB板上的控制电路，所述控制电路包括：

MCU控制单元；

N相绕组不对称半桥电路，所述MCU控制单元通过N相绕组不对称半桥电路控制所述N相绕组的通电或断电；

N相绕组检流电路，所述MCU控制单元通过N相绕组检流电路对所述N相绕组的电流进行检测，所述N相绕组中i相与i+2相绕组的绕组检流电路为同一个检流电路，其中i+2≤N，N≥4且为偶数。

进一步，所述PCB板上设置有多个焊盘；

所述定子组件包括定子铁芯以及安装在定子铁芯上的线圈骨架，所述线圈骨架的轴向一端的径向外边缘设置有多个用于与线圈骨架上的所述N相绕组电性连接的刺破式端子，所述刺破式端子与焊盘一一对应焊接。

进一步，所述刺破式端子对应安装在凹槽内，所述凹槽设置在所述定子铁芯的定子凸极径向外侧处的线圈骨架上；

所述N相绕组中i相与i+2相绕组对应的刺破式端子临近设置。

进一步，所述N相绕组为4相绕组，所述4相绕组分别为A相绕组、B相绕组、C相绕组和D相绕组；

所述4相绕组不对称半桥电路包括用于驱动电机的A相绕组和C相绕组的A相和C相不对称半桥电路、用于驱动电机的B相绕组和D相绕组的B相和D相不对称半桥电路，所述A相和C相不对称半桥电路设置在PCB板的Ⅰ区内，所述B相和D相不对称半桥电路设置在PCB板的Ⅱ区内；

所述4相绕组检流电路包括用于检测A相绕组和C相绕组电流的A相和C相检流电路、用于检测B相绕组和D相绕组电流的B相和D相检流电路，所述A相和C相检流电路为同一个检流电路，且设置在PCB板的Ⅰ区内，所述B相和D相检流电路为同一个检流电路，且设置在PCB板的Ⅱ区内。

进一步，所述Ⅰ区与Ⅱ区在PCB板上周向相邻。

进一步，所述PCB板上设置有8个焊盘，8个所述焊盘分别为焊盘A+、焊盘A－、焊盘B+、焊盘B－、焊盘C+、焊盘C－、焊盘D+、焊盘D－，所述焊盘A+、焊盘A－、焊盘C+、焊盘C－分布在PCB板的Ⅰ区内，所述焊盘B+、焊盘B－、焊盘D+、焊盘D－分布在PCB板的Ⅱ区内。

进一步，所述刺破式端子为8个，分别插接在对应的凹槽内，8个所述凹槽分布成与8个所述焊盘相对应的两个区域，所述凹槽分别位于PCB板上相应的焊盘下方。

进一步，所述控制电路还包括转子位置检测电路，所述转子位置检测电路用于检测转子组件的角度位置，并传递到MCU控制单元；

所述控制电路的所述N相绕组不对称半桥电路中的功率管设置在PCB板的正面，所述转子位置检测电路中的位置传感器安装在PCB板的反面。

进一步，所述控制电路还包括线圈温度检测电路，所述线圈温度检测电路用于检测电机的工作温度，所述线圈温度检测电路中的温度传感器设置在PCB板的反面。

进一步，包括前端盖、后端盖、转子组件和螺钉，所述控制器的PCB板固定在线圈骨架上且所述PCB板位于后端盖与线圈骨架之间，所述转子组件位于线圈骨架的内孔中，所述螺钉依次穿过前端盖、定子铁芯拧入后端盖中。

采用了上述技术方案，本实用新型的定子组件的绕组接线端通过刺破式端子与控制器上的焊盘直接焊接形成电连接，不需要导线连接，对外部产生的干扰信号小、成本低。电机转子位置传感器直接安装在控制器上，使位置传感器与控制器不需要导线连接，位置信号传输可靠、抗干扰性好、成本低。控制器的控制电路也分别布置在PCB板上对应的区域内，使整个控制电路的布局更加合理，控制器的工作更加稳定。定子组件的i相绕组与i+2相绕组共用一个检流电路，可以减少一半数量的检流电路，减少了元器件的使用，降低了电机制造成本。

附图说明

图1为本实用新型的一种开关磁阻电机的主视图；

图2为本实用新型的后端盖的结构示意图；

图3为本实用新型的定子组件的分解示意图；

图4为本实用新型的定子铁芯的结构示意图；

图5为本实用新型的线圈骨架的结构示意图；

图6为本实用新型的绕组的结构示意图；

图7为本实用新型的控制器的俯视图；

图8为本实用新型的控制器的侧视图；

图9为本实用新型的控制器的电气布局分布图；

图10为本实用新型的控制器的控制电路原理框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1～10所示，一种开关磁阻电机，它包括前端盖1、后端盖2、控制器4、转子组件6、定子组件3和螺钉7。定子组件3包括定子铁芯31以及安装在定子铁芯31内的线圈骨架32，定子铁芯31的内周设置有定子凸极311，控制器4包括PCB板41以及设置在PCB板41上的控制电路。PCB板41固定在线圈骨架32上且PCB板41位于后端盖2与线圈骨架32之间，转子组件6位于线圈骨架32的内孔中，螺钉7依次穿过前端盖1、定子铁芯31拧入后端盖2中。

如图3～7所示，PCB板41上设置有多个焊盘44，线圈骨架32的轴向一端的径向外边缘设置有多个用于与线圈骨架32上的绕组34电性连接的刺破式端子35，刺破式端子35与焊盘44焊接。刺破式端子35对应安装在凹槽33内，凹槽33设置在定子铁芯31的定子凸极311径向外侧处的线圈骨架32上，N相绕组34中i相与i+2相绕组对应的刺破式端子35临近设置。将凹槽33设置在定子凸极311径向外侧，使绕组34绕线完成后方便与刺破式端子35焊接。定子组件3的绕组34接线端通过刺破式端子35与PCB板41上的焊盘44直接焊接形成电连接，不需要导线连接，对外部产生的干扰信号小、成本低。

如图3～9所示，本实施例中，以四相电机为例：

PCB板41上设置有8个焊盘44，8个焊盘44分别为焊盘A+、焊盘A－、焊盘B+、焊盘B－、焊盘C+、焊盘C－、焊盘D+、焊盘D－，焊盘A+、焊盘A－、焊盘C+、焊盘C－分布在PCB板41的Ⅰ区内，焊盘B+、焊盘B－、焊盘D+、焊盘D－分布在PCB板41的Ⅱ区内，线圈骨架32上设置有8个凹槽33，8个凹槽33分布成与8个焊盘44相对应的两个区域，凹槽33分别位于PCB板41上相应的焊盘44下方。将多个焊盘44分成两个区域设置，在两个焊盘区域内布置对应的不对称半桥电路和绕组检流电路，控制器4的其余控制电路也分别布置在对应的区域内，使整个控制电路的布局更加合理，各个电路之间的干扰也降到最小，使控制器4的工作更加稳定。

定子组件3的线圈有8个，分别缠绕安装在包裹定子凸极311的线圈架322上，其中每2个线圈串联或并联组成一相绕组34，分别命名为A相绕组341、B相绕组342、C相绕组343、D相绕组344；每相绕组34有两个接线端，分别为：属于A相绕组的接线端A+和接线端A－、属于B相绕组的接线端B+和接线端B－、属于C相绕组的接线端C+和接线端C－、属于D相绕组的接线端D+和接线端D－。每个绕组34的接线端分别与对应的位于凹槽33内的刺破式端子35电性连接。

如图2、7所示，PCB板41的正面边缘设置有电机控制端插座45和电源输入端插座46，后端盖2的底壁上还设置有与电机控制端插座45对应的电机控制插座孔26和与电机电源输入端插座46对应的电机电源插座孔27。

如图7～10所示，PCB板41上设置有控制电路，控制电路包括MCU控制单元、N相绕组不对称半桥电路、N相绕组检流电路、转子位置检测电路、直流电源输入端口、辅助电源、母线电压检测电路、电源调试及下载口电路以及线圈温度检测电路。

如图9所示，MCU控制单元设置在PCB板41的Ⅳ区内。

MCU控制单元通过N相绕组不对称半桥电路控制绕组的通电或断电，如图7所示，N相绕组不对称半桥电路中的功率管42设置在PCB板41的正面，如图1所示，功率管42的散热面上安装有导热垫5，导热垫5的正反面分别与后端盖2和功率管42紧贴，将功率管42上的热量导出。

MCU控制单元通过N相绕组检流电路对绕组的电流进行检测，N相绕组中i相与i+2相绕组的绕组检流电路为同一个检流电路，其中i+2≤N，N≥4且为偶数。根据转子位置检测电路检测的转子组件6的角度位置，传递到MUC控制单元，通过N相绕组不对称半桥电路控制绕组34的通电或断电。由于i相与i+2相绕组不同时通电，所以在N相绕组不对称半桥电路设计中，i相与i+2相共用一个检流电路，整个电路可以减少一半数量的检流电路，减少了零部件的使用。对应的，电路设计在PCB板41上时，i相与i+2相的半桥电路及共用的检流电路设置在一个区域，元器件之间的布线最短、路径最优，整体布局更优。

转子位置检测电路设置在PCB板41的Ⅴ区内，如图8所示，转子位置检测电路中的位置传感器47安装在PCB板41的反面，位置传感器47为光电开关，转子位置检测电路用于检测转子组件6的角度位置，并传递到MCU控制单元，电机转子位置传感器安装在控制器上，位置传感器47与控制器4不需要导线连接，位置信号传输可靠、抗干扰性好、成本低。

直流电源输入端口用于输入供控制器4使用的直流电源，直流电源输入端口将直流电输送至辅助电源，辅助电源为MCU控制单元供电。

母线电压检测电路设置在直流电源输入端口和辅助电源之间，直流电源输入端口辅助电源和母线电压检测电路均设置在PCB板41的Ⅵ区内。

电源调试及下载口电路与电机控制端插座45均设置在PCB板41的Ⅲ区内。

还包括线圈温度检测电路，线圈温度检测电路用于检测电机的工作温度，如图8所示，线圈温度检测电路中的温度传感器48设置在PCB板41的反面。为了防止电机过载运行时电机温升太高而烧坏电机，PCB板41上还设置有检测定子组件3线圈绕组34温度的线圈温度检测电路，当线圈温度检测电路检测到附近的定子组件3线圈绕组34的温度超规定的值时，MCU控制单元控制N相绕组不对称半桥电路使电机降低功率运行或停止运行，电机温度不再升高，使电机在安全的工作温度范围内运行。

N相绕组不对称半桥电路包括用于驱动电机的A相绕组和C相绕组的A相和C相不对称半桥电路、用于驱动电机的B相绕组和D相绕组的B相和D相不对称半桥电路，A相和C相不对称半桥电路设置在PCB板41的Ⅰ区内，B相和D相不对称半桥电路设置在PCB板41的Ⅱ区内；

N相绕组检流电路包括用于检测A相绕组和C相绕组电流的A相和C相检流电路、用于检测B相绕组和D相绕组电流的B相和D相检流电路，A相和C相检流电路设置在PCB板41的Ⅰ区内，B相和D相检流电路设置在PCB板41的Ⅱ区内。

本实用新型的PCB板41上的所述Ⅰ区与Ⅱ区在PCB板41上周向相邻，Ⅰ区与Ⅱ区作为强电区相邻布置，且PCB板41上强弱电区域分离，保证电气安全。

以上的具体实施例，对本实用新型解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关磁阻电机，其特征在于，它包括：

定子组件(3)，所述定子组件(3)包括N相绕组(34)；

控制器(4)，所述控制器(4)包括PCB板(41)以及设置在所述PCB板(41)上的控制电路，所述控制电路包括：

MCU控制单元；

N相绕组不对称半桥电路，所述MCU控制单元通过N相绕组不对称半桥电路控制所述N相绕组的通电或断电；

N相绕组检流电路，所述MCU控制单元通过N相绕组检流电路对所述N相绕组的电流进行检测，所述N相绕组中i相与i+2相绕组的绕组检流电路为同一个检流电路，其中i+2≤N，N≥4且为偶数。

2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机，其特征在于：所述PCB板(41)上设置有多个焊盘(44)；

所述定子组件(3)包括定子铁芯(31)以及安装在定子铁芯(31)上的线圈骨架(32)，所述线圈骨架(32)的轴向一端的径向外边缘设置有多个用于与线圈骨架(32)上的所述N相绕组电性连接的刺破式端子(35)，所述刺破式端子(35)与焊盘(44)一一对应焊接。

3.根据权利要求2所述的一种开关磁阻电机，其特征在于：所述刺破式端子(35)对应安装在凹槽(33)内，所述凹槽(33)设置在所述定子铁芯(31)的定子凸极(311)径向外侧处的线圈骨架(32)上；

所述N相绕组中i相与i+2相绕组对应的刺破式端子(35)临近设置。

4.根据权利要求3所述的一种开关磁阻电机，其特征在于：所述N相绕组(34)为4相绕组，所述4相绕组分别为A相绕组(341)、B相绕组(342)、C相绕组(343)和D相绕组(344)；

所述4相绕组不对称半桥电路包括用于驱动电机的A相绕组和C相绕组的A相和C相不对称半桥电路、用于驱动电机的B相绕组和D相绕组的B相和D相不对称半桥电路，所述A相和C相不对称半桥电路设置在PCB板(41)的Ⅰ区内，所述B相和D相不对称半桥电路设置在PCB板(41)的Ⅱ区内；

所述4相绕组检流电路包括用于检测A相绕组和C相绕组电流的A相和C相检流电路、用于检测B相绕组和D相绕组电流的B相和D相检流电路，所述A相和C相检流电路为同一个检流电路，且设置在PCB板(41)的Ⅰ区内，所述B相和D相检流电路为同一个检流电路，且设置在PCB板(41)的Ⅱ区内。

5.根据权利要求4所述的一种开关磁阻电机，其特征在于：所述Ⅰ区与Ⅱ区在PCB板上周向相邻。

6.根据权利要求5所述的一种开关磁阻电机，其特征在于：所述PCB板(41)上设置有8个焊盘(44)，8个所述焊盘(44)分别为焊盘A+、焊盘A－、焊盘B+、焊盘B－、焊盘C+、焊盘C－、焊盘D+、焊D－，所述焊盘A+、焊盘A－、焊盘C+、焊C－分布在PCB板(41)的Ⅰ区内，所述焊盘B+、焊盘B－、焊盘D+、焊盘D－分布在PCB板(41)的Ⅱ区内。

7.根据权利要求6所述的一种开关磁阻电机，其特征在于：所述刺破式端子(35)为8个，分别插接在对应的凹槽(33)内，8个所述凹槽(33)分布成与8个所述焊盘(44)相对应的两个区域，所述凹槽(33)分别位于PCB板(41)上相应的焊盘(44)下方。

8.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机，其特征在于：所述控制电路还包括转子位置检测电路，所述转子位置检测电路用于检测转子组件(6)的角度位置，并传递到MCU控制单元；

所述控制电路的N相绕组不对称半桥电路中的功率管(42)设置在PCB板(41)的正面，所述转子位置检测电路中的位置传感器(47)安装在PCB板(41)的反面。

9.根据权利要求8所述的一种开关磁阻电机，其特征在于：所述控制电路还包括线圈温度检测电路，所述线圈温度检测电路用于检测电机的工作温度，所述线圈温度检测电路中的温度传感器(48)设置在PCB板(41)的反面。

10.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机，其特征在于：包括前端盖(1)、后端盖(2)、转子组件(6)和螺钉(7)，所述控制器(4)的PCB板(41)固定在线圈骨架(32)上且所述PCB板(41)位于后端盖(2)与线圈骨架(32)之间，所述转子组件(6)位于线圈骨架(32)的内孔中，所述螺钉(7)依次穿过前端盖(1)、定子铁芯(31)拧入后端盖(2)中。

Images