專利名稱：無感無刷直流馬達(dá)及采用該馬達(dá)的風(fēng)扇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無刷直流馬達(dá)，尤指一種無位置傳感器的無感無刷直流馬達(dá)及采用該馬達(dá)的風(fēng)扇。
背景技術(shù)：
圖1為一普通無刷直流風(fēng)扇的剖視圖。該無刷直流風(fēng)扇主要包括一定子1及轉(zhuǎn)子2。定子1大致包括多數(shù)疊置在一起的硅鋼片10、圈繞在硅鋼片10上的定子線圈12及一設(shè)有馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制電路的電路板14。該轉(zhuǎn)子2包括一扇輪20及設(shè)于扇輪20內(nèi)部的環(huán)形磁條22。該電路板14上安裝有一位置偵測元件15，用于在轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)時(shí)偵測轉(zhuǎn)子2的位置，通常該位置偵測元件15為一霍爾感應(yīng)器(Hall Sensor)。
請一起參閱圖1及2，硅鋼片10具有四個(gè)極臂11，該定子線圈12圈繞于這些極臂11上，并引出二個(gè)接線端OUT1及OUT2。該二個(gè)接線端OUT1、OUT2電性連接于電路板14的電路中，以對定子線圈12供電，使定子線圈12產(chǎn)生磁場，該定子線圈12產(chǎn)生的磁場與永久磁鐵22的磁場磁性吸引及排斥作用從而推動(dòng)轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)。該霍爾感應(yīng)器15的位置正對磁條22的位置。
該磁條22沿圓周方向被磁化成多數(shù)交替的N、S極。對于定子線圈12而言，旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子2的磁場方向呈交替性變換。為利用磁性吸引與排斥力持續(xù)推動(dòng)轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)，定子線圈12產(chǎn)生的磁場也應(yīng)跟隨轉(zhuǎn)子2的磁場變換作交替性變化。為使電子線圈12產(chǎn)生該交替性變換的磁場，流過定子線圈12的電流方向即應(yīng)該作交替性變換，此一過程稱為馬達(dá)的換向。
請繼續(xù)一起參閱圖3，該霍爾感應(yīng)器15及該驅(qū)動(dòng)控制電路完成該換向的任務(wù)。該霍爾感應(yīng)器15首先感應(yīng)轉(zhuǎn)子2在旋轉(zhuǎn)方向上的位置，當(dāng)偵測到磁條22的N極或S極到來時(shí)，該霍爾感應(yīng)器15向驅(qū)動(dòng)控制電路發(fā)出信號(hào)，使該驅(qū)動(dòng)控制電路變換定子線圈12的電流方向。
請參閱圖4，霍爾感應(yīng)器15通過感應(yīng)轉(zhuǎn)子2的位置，輸出信號(hào)為一正弦波電壓控制信號(hào)，具有交替的正向及負(fù)向電壓輸出。在正向電壓信號(hào)的激勵(lì)下，該驅(qū)動(dòng)控制電路可輸出一流過電子線圈12的一種方向的電流，在負(fù)向電壓信號(hào)的激勵(lì)下，該驅(qū)動(dòng)控制電路可輸出流過電子線圈12的另一種相反方向的電流。因此，在該霍爾感應(yīng)器15的電壓控制信號(hào)的控制下，該驅(qū)動(dòng)控制電路可實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的換向。
雖然使用霍爾感應(yīng)器15能夠?qū)崿F(xiàn)馬達(dá)的換向，但霍爾感應(yīng)器15在某些方面對馬達(dá)的發(fā)展也造成限制。為能準(zhǔn)確感應(yīng)轉(zhuǎn)子2的位置，霍爾感應(yīng)器15需精確安裝及定位在電路板14上，但為順應(yīng)電子產(chǎn)品日益輕薄短小的趨勢，馬達(dá)不得不制作得越來越小，在狹小的馬達(dá)內(nèi)部空間尋找適當(dāng)位置安裝及定位該霍爾感應(yīng)器15亦變得越來越困難。
另外，特別對于風(fēng)扇而言，電路板14設(shè)置于風(fēng)扇的氣流通道上，其不可避免地會(huì)對風(fēng)扇的風(fēng)量及風(fēng)壓造成負(fù)面影響。為尋求理想的風(fēng)量與風(fēng)壓，該電路板14最好能避免設(shè)置在風(fēng)扇內(nèi)部。然而由于該霍爾感應(yīng)器15一定要設(shè)置于與轉(zhuǎn)子2對應(yīng)的位置，使得該電路板14一定要安裝在風(fēng)扇內(nèi)部。
而且，該霍爾感應(yīng)器15有一定的工作溫度范圍，一般不能超過150攝氏度，因此采用這種霍爾感應(yīng)器15的馬達(dá)無法在許多高溫場合使用。
鑒于以上霍爾感應(yīng)器的限制，業(yè)界也開發(fā)有不采用霍爾感應(yīng)器的無刷馬達(dá)(無感無刷直流馬達(dá))。最有代表性的一種是利用定子線圈的反電動(dòng)勢(Back Electromotive Force，BEMF)信號(hào)來控制驅(qū)動(dòng)控制電路，從而實(shí)現(xiàn)電流的換向。如通過使用Micro Liner公司開發(fā)的芯片ML4410及ML4411，為無感無刷直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)提供控制器，對馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行操作。另外，在美國專利第4928043號(hào)中，使用一種鎖相環(huán)鎖相跟蹤反電動(dòng)勢，來完成對轉(zhuǎn)子的位置偵測。
然而以上種種方式皆需要重新設(shè)計(jì)新的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制電路，無疑將增加馬達(dá)的電路設(shè)計(jì)成本。
有鑒于此，業(yè)者一直期望能開發(fā)出一種低成本的無感無刷直流馬達(dá)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的無感無刷直流馬達(dá)利用芯片或利用鎖相環(huán)鎖相跟蹤反電動(dòng)勢，均使無感無刷直流馬達(dá)需要重新設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)控制電路，相對使得馬達(dá)設(shè)計(jì)成本居高不下。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明無感無刷直流馬達(dá)包括一定子、轉(zhuǎn)子及用于驅(qū)動(dòng)控制該馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)控制電路，該定子包括一定子鐵心及設(shè)置于該定子鐵心上的定子線圈及感應(yīng)線圈，該定子線圈及感應(yīng)線圈與該驅(qū)動(dòng)控制電路電性連接，該轉(zhuǎn)子包括一永久磁鐵，當(dāng)該永久磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，該感應(yīng)線圈產(chǎn)生正向與負(fù)向交替的感應(yīng)電壓并將該感應(yīng)電壓輸入該驅(qū)動(dòng)控制電路中，以切換該定子線圈的電流方向。
本發(fā)明馬達(dá)中，由于感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的信號(hào)，可完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)霍爾元件的功能，而且不需要重新設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)控制電路，相較于利用反電動(dòng)勢偵測轉(zhuǎn)子位置而言，本發(fā)明可明顯降低需重新電路設(shè)計(jì)產(chǎn)生的成本。
圖1是一種現(xiàn)有風(fēng)扇的剖面圖。
圖2是現(xiàn)有風(fēng)扇馬達(dá)的俯視圖。
圖3是現(xiàn)有風(fēng)扇馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)電路框圖。
圖4是現(xiàn)有霍爾傳感器的輸出信號(hào)與定子線圈電流對照波形圖。
圖5是本發(fā)明風(fēng)扇馬達(dá)的俯視圖。
圖6是圖5的局部放大圖。
圖7是本發(fā)明感應(yīng)線圈的輸出信號(hào)與定子線圈電流對照波形圖。
圖8是本發(fā)明風(fēng)扇的基本架構(gòu)示意圖。
圖9是本發(fā)明另一實(shí)施例的風(fēng)扇馬達(dá)的局部示意圖。
具體實(shí)施方式本發(fā)明的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)在于希望在不改變傳統(tǒng)無刷直流馬達(dá)電路設(shè)計(jì)的狀況下，在馬達(dá)結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)一種能夠偵測轉(zhuǎn)子位置的裝置，利用該裝置來代替?zhèn)鹘y(tǒng)馬達(dá)中的霍爾感應(yīng)器。為使該裝置能配合傳統(tǒng)無刷直流馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)控制電路，該裝置需能根據(jù)轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)適時(shí)地輸出控制信號(hào)，從而使該驅(qū)動(dòng)控制電路達(dá)到變換電流的功能。
下面參照附圖，結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖5是具有本發(fā)明特征的無感無刷直流馬達(dá)的部分元件的俯視圖。該無感無刷直流馬達(dá)(下稱[馬達(dá)])包括一具有四個(gè)極臂32的硅鋼片組30，這些極臂32上圈繞有定子線圈34，該定子線圈34具有二個(gè)接線頭OUT1、OUT2，該二個(gè)接線頭OUT1、OUT2電性連接于一電路板(圖未示)中，利用該電路板的電路供電，該定子線圈34可產(chǎn)生磁場。該定子線圈34外圍設(shè)有一環(huán)形磁條40，沿周向被交替磁化成多個(gè)N極與S極。該定子線圈34通電產(chǎn)生的磁場與該磁條的磁場磁性作用，而促使該磁條40旋轉(zhuǎn)。該磁條40用于與其它欲旋轉(zhuǎn)的物體接合共同構(gòu)成一馬達(dá)轉(zhuǎn)子，如風(fēng)扇扇葉、磁盤或光盤的承載機(jī)構(gòu)等。當(dāng)磁條40被推動(dòng)時(shí)，該風(fēng)扇扇葉隨之旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生氣流，或者該磁盤、光盤的承載機(jī)構(gòu)隨之旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)磁盤或光盤轉(zhuǎn)動(dòng)。
為偵測轉(zhuǎn)子的位置，該馬達(dá)于其中一個(gè)極臂32上設(shè)置一感應(yīng)線圈50，該感應(yīng)線圈50具有二個(gè)接線頭L1、L2，該二個(gè)接線頭L1、L2與電路板的驅(qū)動(dòng)控制電路連接，并輸出控制信號(hào)來控制該驅(qū)動(dòng)控制電路。
請一起參閱圖6及圖7，下面介紹該感應(yīng)線圈50的工作原理。
圖6是馬達(dá)結(jié)構(gòu)的局部放大圖。該極臂32上圈繞有兩種線圈，一種是用于通電產(chǎn)生磁場的定子線圈34，另一種是該感應(yīng)線圈50。
圖6顯示當(dāng)N極到來時(shí)的情形，該感應(yīng)線圈50在該磁條40的磁場的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢e＝N*dΦ/dt其中，N表示感應(yīng)線圈50的圈數(shù)，dΦ/dt表示磁條40的穿過感應(yīng)線圈50的磁通量變化率。
因此，當(dāng)感應(yīng)線圈50圈數(shù)越多，磁條40轉(zhuǎn)速越快，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢越大，反之越小。
該感應(yīng)線圈50內(nèi)的感應(yīng)電流的方向如圖中感應(yīng)線圈50上的箭頭所示。
當(dāng)磁條40的S極到來時(shí)，該感應(yīng)線圈50將產(chǎn)生一方向相反的感應(yīng)電動(dòng)勢，線圈內(nèi)的感應(yīng)電流也相反從圖中可看出，感應(yīng)線圈50可根據(jù)磁條40的N極及S極的位置變化，輸出交替變化的正向與負(fù)向電壓，因此，現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)控制電路無需重新設(shè)計(jì)即可與該感應(yīng)線圈50配合使用。
需要指出，在該感應(yīng)線圈50輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢波形中，如圖7的圈A部分所示，出現(xiàn)的電壓信號(hào)跳動(dòng)現(xiàn)象是磁條40的磁力線與硅鋼片組30的磁力線共同作用的結(jié)果。具體說明如下N極到來時(shí)，N極磁力線與感應(yīng)線圈50依照法拉第定律(Faraday’s Law)將產(chǎn)生e1＝N*dΦ/dt，而當(dāng)N極通過之后，在S極到達(dá)時(shí)，依照楞次定律(Lenz’s Law)感應(yīng)線圈50將會(huì)產(chǎn)生一阻止磁通變化的電壓，即e2＝-N*dΦ/dt，所以在N極變換成S極或S極變換成N極時(shí)，感應(yīng)線圈50的感應(yīng)電壓e＝e1-e2＝(N*dΦ/dt)-(-N*dΦ/dt)＝2N*dΦ/dt
從上式可知，N極變換成S極或S極變換成N極一瞬間，感應(yīng)線圈50的感應(yīng)電壓將跳變?yōu)?倍。而此種現(xiàn)象只是一暫態(tài)，所以產(chǎn)生如圖7的圈A部分的電壓跳變情形。但在該馬達(dá)中，該感應(yīng)電動(dòng)勢信號(hào)主要是當(dāng)作一種控制信號(hào)使用，只要其能夠輸出正向與負(fù)向電壓交替的波形，即使出現(xiàn)該種電壓信號(hào)跳動(dòng)也不會(huì)對馬達(dá)造成影響。
該馬達(dá)具體工作過程為當(dāng)N極到來時(shí)，感應(yīng)線圈50輸出正向電壓，驅(qū)動(dòng)控制電路輸出一種方向的流過定子線圈34的驅(qū)動(dòng)電流；當(dāng)S極到來時(shí)，感應(yīng)線圈50輸出負(fù)向電壓，驅(qū)動(dòng)控制電路輸出一相反方向的流過定子線圈34的驅(qū)動(dòng)電流。這就是說，當(dāng)磁條40在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，感應(yīng)線圈50能夠偵測到磁條40的N極及S極的位置，并能夠根據(jù)該N極及S極的位置變化變換驅(qū)動(dòng)電流的方向。
由上述介紹可知，該感應(yīng)線圈50可完全取代現(xiàn)有的霍爾感應(yīng)器，并且不需要對現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)控制電路作重新設(shè)計(jì)。
請參閱圖8，為一采用該馬達(dá)的風(fēng)扇結(jié)構(gòu)示意圖。該風(fēng)扇包括一扇框60、一定位在扇框60中的定子70及一繞設(shè)在定子70周圍的轉(zhuǎn)子80。由于無需設(shè)置霍爾感應(yīng)器等位置偵測元件，因此設(shè)有風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)控制電路的電路板75可脫離于該定子70而設(shè)置于該扇框60外面。因此，本發(fā)明可完全消除電路板對風(fēng)扇風(fēng)量及風(fēng)壓的負(fù)面影響，而且風(fēng)扇的高度也得以降低。甚至，為增加馬達(dá)功能設(shè)計(jì)的彈性，該風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)控制電路可整合于其它外部系統(tǒng)電路中，如應(yīng)用于計(jì)算機(jī)散熱時(shí)，可將該風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)控制電路整合于計(jì)算機(jī)主機(jī)板中，從而可利用中央處理器來精確控制風(fēng)扇的運(yùn)行狀態(tài)。
上述實(shí)施方式中，感應(yīng)線圈50是圈繞在任何一極臂32上。也可將感應(yīng)線圈50設(shè)在二相鄰極臂32間所增設(shè)的臂部90上。如圖9所示，仍可達(dá)到上述的功能及優(yōu)點(diǎn)。
以上是以風(fēng)扇為例來介紹本發(fā)明的馬達(dá)，可以理解，該馬達(dá)還可用于硬盤，光驅(qū)等資訊產(chǎn)品中。
權(quán)利要求
1.一種無感無刷直流馬達(dá)，其包括一定子、轉(zhuǎn)子及用于驅(qū)動(dòng)控制該馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)控制電路，該定子包括一定子鐵心及設(shè)置于該定子鐵心上的定子線圈，該定子線圈與該驅(qū)動(dòng)控制電路電性連接，該轉(zhuǎn)子包括一永久磁鐵，其特征在于該定子于該定子鐵心上進(jìn)一步設(shè)一感應(yīng)線圈，該感應(yīng)線圈與該驅(qū)動(dòng)控制電路電性連接。
2.如權(quán)利要求1所述的無感無刷直流馬達(dá)，其特征在于該定子鐵心具有數(shù)個(gè)極臂，該定子線圈圈繞于所述極臂上，該感應(yīng)線圈圈繞于其中任意一極臂上。
3.如權(quán)利要求1所述的無感無刷直流馬達(dá)，其特征在于該定子鐵心具有數(shù)個(gè)用于圈繞定子線圈的極臂，該定子鐵心進(jìn)一步于兩相鄰極臂之間設(shè)置一另一臂部，該感應(yīng)線圈圈繞于該另一臂部上。
4.如權(quán)利要求1至3其中任意一項(xiàng)所述的無感無刷直流馬達(dá)，其特征在于該驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)置于一電路板上，該電路板位于該無感無刷直流馬達(dá)外部。
5.一種風(fēng)扇，包括一定子及一轉(zhuǎn)子，該定子包括一當(dāng)通電時(shí)產(chǎn)生電磁場的定子線圈，該定子線圈與一風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)控制電路電性連接，該轉(zhuǎn)子包括一用于產(chǎn)生永久磁場的永久磁鐵及一攜帶該永久磁鐵的扇輪，該電磁場與該永久磁場相互作用從而推動(dòng)該轉(zhuǎn)子的扇輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其特征在于該定子進(jìn)一步包括一與所述風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)控制電路電性連接的感應(yīng)線圈，當(dāng)該風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，作為定子線圈電流的換向控制信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)扇，其特征在于該風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置于一電路板上，該電路板與該定子在空間上分離設(shè)置。
7.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)扇，其特征在于該風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路整合于一風(fēng)扇外部系統(tǒng)電路中。
8.如權(quán)利要求7所述的風(fēng)扇，其特征在于該外部系統(tǒng)電路是一計(jì)算機(jī)主機(jī)板電路。
9.如權(quán)利要求5至8其中任意一項(xiàng)所述的風(fēng)扇，其特征在于該定子鐵心具有數(shù)個(gè)用于圈繞定子線圈的極臂，該感應(yīng)線圈圈繞于其中任何一極臂上。
10.如權(quán)利要求5至8其中任意一項(xiàng)所述的風(fēng)扇，其特征在于該定子鐵心具有數(shù)個(gè)用于圈繞定子線圈的極臂，該定子鐵心進(jìn)一步于兩相鄰極臂之間設(shè)置一另一臂部，該感應(yīng)線圈圈繞于該另一臂部上。
全文摘要
一種用于風(fēng)扇的無感無刷直流馬達(dá)，其包括一定子、轉(zhuǎn)子及用于驅(qū)動(dòng)控制該馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)控制電路，該定子包括一定子鐵心及設(shè)置于該定子鐵心上的定子線圈，該定子線圈與該驅(qū)動(dòng)控制電路電性連接，該轉(zhuǎn)子包括一永久磁鐵，該定子于該定子鐵心上進(jìn)一步設(shè)一感應(yīng)線圈，該感應(yīng)線圈與該驅(qū)動(dòng)控制電路電性連接。該馬達(dá)中感應(yīng)線圈可輸出正向與負(fù)向交替的感應(yīng)信號(hào)，可完全替代現(xiàn)有霍爾感應(yīng)器而與現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)控制電路配合使用。
文檔編號(hào)F04D25/08GK1815861SQ20051003320
公開日2006年8月9日 申請日期2005年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者王為彬, 施文章, 黃晉興, 洪健隆, 王瓊媚, 陳志榮, 黃祥河, 林煥超, 白先聲 申請人:富準(zhǔn)精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻準(zhǔn)精密工業(yè)股份有限公司