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    • 专利摘要:
    无刷直流电机控制电路、无刷直流电机和微型水泵。无刷直流电机控制电路包括：第一线圈，所述第一线圈的第一端连接电源；第二线圈，所述第二线圈的第一端连接电源；霍尔传感器，所述霍尔传感器的电源端连接电源，所述霍尔传感器的电源地端连接公共地；第一开关器件，所述第一开关器件的输入端连接所述第一线圈的第二端，所述第一开关器件的输出端连接公共地，所述第一开关器件的控制端连接所述霍尔传感器的信号输出端；第二开关器件，所述第二开关器件的输入端连接所述第二线圈的第二端，所述第二开关器件的输出端连接公共地，所述第二开关器件的控制端连接所述第一开关器件的输入端。无刷直流电机控制电路结构简化，成本降价。
    公开号:CN214337824U
    申请号:CN202022928418.2U
    申请日:2020-12-09
    公开日:2021-10-01
    发明作者:陈金贵；姚钟红；温金福；陈昊
    申请人:Thermo Xiamen Intelligent Technology Co ltd；
    IPC主号:H02P6-08
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及无刷电机领域，尤其涉及一种无刷直流电机控制电路、无刷直流电机和微型水泵。
    [n0002] 无刷直流电机是一种典型的机电一体化产品，具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，在现今技术的发展电机性能提升。无刷直流电机可以运用于微型水泵、汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等等。
    [n0003] 目前市面上主流的无刷直流电机控制方案多为三相无刷直流控制方案，即三相带程序控制，存在着控制复杂，控制成本高的问题。
    [n0004] 更多相关内容，可以参考中国专利文献CN107769631A、CN103973047A和CN203607945U。
    [n0005] 本实用新型解决的问题是提供一种无刷直流电机控制电路、无刷直流电机和微型水泵，以简化无刷直流电机控制电路，简化无刷直流电机。
    [n0006] 为解决上述问题，本实用新型提供一种无刷直流电机控制电路，包括：第一线圈，所述第一线圈的第一端连接电源；第二线圈，所述第二线圈的第一端连接电源；霍尔传感器，所述霍尔传感器的电源端连接电源，所述霍尔传感器的电源地端连接公共地；第一开关器件，所述第一开关器件的输入端连接所述第一线圈的第二端，所述第一开关器件的输出端连接公共地，所述第一开关器件的控制端连接所述霍尔传感器的信号输出端；第二开关器件，所述第二开关器件的输入端连接所述第二线圈的第二端，所述第二开关器件的输出端连接公共地，所述第二开关器件的控制端连接所述第一开关器件的输入端。
    [n0007] 可选的，所述霍尔传感器的电源端和输出端之间具有电容。
    [n0008] 可选的，所述第一开关器件的控制端和所述霍尔传感器的信号输出端之间具有第一电阻，所述第一开关器件的控制端和公共地之间具有第二电阻；所述第二开关器件的控制端和所述第一开关器件的输入端之间具有第三电阻，所述第二开关器件的控制端和公共地之间具有第四电阻。
    [n0009] 可选的，所述第一开关器件和第二开关器件均为NMOS管。
    [n0010] 可选的，所述第一开关器件的输入端和输出端之间连接瞬态电压抑制二极管；所述第二开关器件的输入端和输出端之间连接瞬态电压抑制二极管；所述霍尔传感器的电源端和电源地端之间连接瞬态电压抑制二极管。
    [n0011] 可选的，电源与所述霍尔传感器的电源端、所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端之间还具有防反接保护电路。
    [n0012] 可选的，所述防反接保护电路包括第一分压电阻、第二分压电阻和第三开关器件，所述第三开关器件的控制端连接在所述第一分压电阻和第二分压电阻之间，所述第三开关器件的输入端连接电源，所述第三开关器件的输出端连接所述霍尔传感器的电源端、所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端。
    [n0013] 可选的，所述电路还包括直流-直流转换电路。
    [n0014] 为解决上述问题，本实用新型还提供了一种无刷直流电机，包括定子和转子，还包括如上所述的无刷直流电机控制电路。
    [n0015] 可选的，所述无刷直流电机控制电路中的所述霍尔传感器连接固定在所述定子上，且所述霍尔传感器位于所述定子和所述转子之间。
    [n0016] 为解决上述问题，本实用新型还提供了一种微型水泵，所述微型水泵包括上述无刷直流电机。
    [n0017] 本实用新型无刷直流电机控制电路的有益效果包括：
    [n0018] 1.纯硬件控制，无需微处理单元(MCU)如单片机等的控制，无需开发程序，研发成本低，简化了无刷直流电机控制电路；
    [n0019] 2.电路简洁，容易实现，材料成本生产成本低廉；
    [n0020] 3.能够使相应电机设计变得简单，材料少成本低，生产效率高；
    [n0021] 4.开发周期短，生产效率高。
    [n0022] 图1是实施例中无刷直流电机控制电路的示意图；
    [n0023] 图2是另一实施例中无刷直流电机控制电路的示意图；
    [n0024] 图3是另一实施例中无刷直流电机控制电路的示意图；
    [n0025] 图4是另一实施例中无刷直流电机控制电路的示意图；
    [n0026] 图5是实施例中无刷直流电机的结构示意图；
    [n0027] 图6是本实施例中微型水泵的立体示意图；
    [n0028] 图7是图6所示微型水泵的仰视结构示意图。
    [n0029] 现有的无刷直流电机控制电路主要有以下问题：
    [n0030] 1.控制复杂，需要MCU通过程序控制，研发成本高；如果程序没设计好，还有可能导致无法启动甚至烧机；
    [n0031] 2.配合MCU的电路也需要相对复杂，材料成本高，生产复杂，因此生产成本也高；
    [n0032] 3.电机设计相对复杂，材料多，成本高，生产效率低；
    [n0033] 4.开发周期长，效率低。
    [n0034] 为此，本实用新型提供一种新的无刷直流电机控制电路、无刷直流电机和微型水泵，以解决上述存在的不足。
    [n0035] 为更加清楚的表示，下面结合附图对本实用新型做详细的说明。
    [n0036] 本实用新型实施例提供一种无刷直流电机控制电路，请参考图1。
    [n0037] 无刷直流电机控制电路包括：
    [n0038] 第一线圈L1，第一线圈L1的第一端连接电源VCC；
    [n0039] 第二线圈L2，第二线圈L2的第一端连接电源VCC；
    [n0040] 霍尔传感器HALL1，霍尔传感器HALL1的电源端(1端)连接电源VCC，霍尔传感器HALL1的电源地端(2端)连接公共地GND；
    [n0041] 第一开关器件Q1，第一开关器件Q1的输入端(2端)连接第一线圈L1的第二端，第一开关器件Q1的输出端(3端)连接公共地GND，第一开关器件Q1的控制端(1端)连接霍尔传感器HALL1的信号输出端(3端)；
    [n0042] 第二开关器件Q2，第二开关器件Q2的输入端(2端)连接第二线圈L2的第二端，第二开关器件Q2的输出端(3端)连接公共地GND，第二开关器件Q2的控制端(1端)连接第一开关器件Q1的输入端(2端)。
    [n0043] 请参考图1，霍尔传感器HALL1的电源端(1端)和电源地端(2端)之间具有电容C1，电容C1设置在两个端口之间起到稳压和抗干扰作用。
    [n0044] 本实施例中，第一开关器件Q1的控制端和霍尔传感器HALL1的信号输出端之间具有第一电阻R2，第一开关器件Q1的控制端和公共地GND之间具有第二电阻R3；第二开关器件Q2的控制端和第一开关器件Q1的输入端之间具有第三电阻R4，第二开关器件Q2的控制端和公共地GND之间具有第四电阻R5。
    [n0045] 本实施例中，第一开关器件Q1和第二开关器件Q2均为NMOS管，并且，在一种情况下，可以选择型号为NCE6020AK的器件。在这种情况下，第一开关器件Q1和第二开关器件Q2均将NMOS管的栅极作为控制端，NMOS管的漏极作为输入端，NMOS管的源极作为输出端。
    [n0046] 本实施例中，电路中显示的第一线圈L1、第二线圈L2和霍尔传感器HALL1(霍尔传感器应该属于PCBA组件中，因为霍尔传感器需要就近放在转子旁边，而定子跟转子又需要就近放，所以在定子组件中的矽钢片切了个小口置放霍尔传感器，参考后续实施例相应内容)均是设置在相应电机的电机组件中的。第一线圈L1、第二线圈L2分别设置在转子的相对位置，它们用于在流过电流时，形成N极和S极，而霍尔传感器HALL1用于控制第一线圈L1和第二线圈L2何时通电，即何时形成相应的N极和S极。第一线圈L1和第二线圈L2的设置方向相反，它们的形成的N极和S极，在某一时刻，分别只有一个极朝向电机的转子，以驱动转子转动。
    [n0047] 本实用新型实施例提供的，是一种两相纯硬件互补型无刷直流电机控制电路，电路简易稳定可靠，电路的工作原理为：
    [n0048] 当霍尔传感器HALL1检测到相应电机(可以参考后续实施例对应的图5相应内容)的转子的N极时(即N极靠近霍尔传感器HALL1时)，霍尔传感器HALL1的信号输出端(3端)会输出高电平(霍尔信号，HALLSignal)，此时第一开关器件Q1导通，电源VCC加载于第一线圈L1上，会在转子N极顺时针方向90度处形成S极(第一线圈L1形成S极)，根据磁场异性相吸的力，从而拉动转子转动；
    [n0049] 当霍尔传感器HALL1检测到相应电机(可以参考后续实施例对应的图5相应内容)的转子的S极，霍尔传感器HALL1的信号输出端会输出低电平，此时第二开关器件Q2导通，电源VCC加载于第二线圈L2上，会在转子S极顺时针方向90度处形成N极(第二线圈L2形成N极)，根据磁场异性相吸的力，从而拉动转子转动；
    [n0050] 此控制电路循环交错重复如上步骤，就能够让电机的转子一直处于360°旋转状态，从而驱动相关负载。
    [n0051] 也就是说，采用上述结构，当第一开关器件Q1打开时，第二开关器件Q3关闭，第一开关器件Q1关闭时，第二开关器件Q2打开，无需软件程序控制，即可形成互补，完成磁场循环切换，从而拉动转子(参考后续实施例相应内容)360度旋转。
    [n0052] 本实施例提供的无刷直流电机控制电路具有以下优点：
    [n0053] 1.纯硬件控制，无需微处理单元(MCU)如单片机等的控制，无需开发程序，研发成本低，简化了无刷直流电机控制电路；
    [n0054] 2.电路简洁，容易实现，材料成本生产成本低廉；
    [n0055] 3.能够使相应电机设计变得简单，材料少成本低，生产效率高；
    [n0056] 4.开发周期短，生产效率高。
    [n0057] 本实用新型实施例提供另一种无刷直流电机控制电路，请参考图2。
    [n0058] 本实施例提供的无刷直流电机控制电路与图1所示电路大部分结构相同，不同之处在于，本实施例中，第一开关器件Q1的输入端和输出端之间连接瞬态电压抑制二极管TVS2；第二开关器件Q2的输入端和输出端之间连接瞬态电压抑制二极管TVS3；霍尔传感器HALL1的电源端和电源地端之间连接瞬态电压抑制二极管TVS1。各个瞬态电压抑制二极管均是将阴极连接在电位较高的一端，而阳极接公共地GND。
    [n0059] 通过增加稳压保护二极管(瞬态电压抑制二极管)，并且通过相应的接法，能有效的提高产品的可靠性，寿命更长。
    [n0060] 更多有关本实施例的结构、性质和优点，可以参考前述实施例相应内容。
    [n0061] 本实用新型实施例提供另一种无刷直流电机控制电路，请参考图3。
    [n0062] 本实施例提供的无刷直流电机控制电路与图2所示电路大部分结构相同，不同之处在于，本实施例中，电源VCC与霍尔传感器HALL1的电源端、第一线圈L1的第一端和第二线圈L2的第二端之间还具有防反接保护电路(未标注)。
    [n0063] 防反接保护电路包括第一分压电阻R6、第二分压电阻R7和第三开关器件Q3，第三开关器件Q3的控制端(1端)连接在第一分压电阻R6和第二分压电阻R7之间，第三开关器件Q3的输入端(3端)连接电源VCC，第三开关器件Q3的输出端(2端)连接霍尔传感器HALL1的电源端、第一线圈L1的第一端和第二线圈L2的第二端。
    [n0064] 第三开关器件Q3也可以采用NCE6020AK的器件，并且栅极作为相应的控制端。其它实施例中，也可以采用其它类型开关器件作为防反接保护电路的开关器件。
    [n0065] 通过在电源VCC输入端增加如下第三开关器件Q3，第一分压电阻R6和第二分压电阻R7用于实现防反接保护，在用户不小心将电源VCC接反的时候不至于把产品烧坏。
    [n0066] 更多有关本实施例的结构、性质和优点，可以参考前述实施例相应内容。
    [n0067] 本实用新型实施例提供另一种无刷直流电机控制电路，请参考图4。
    [n0068] 本实施例提供的无刷直流电机控制电路与图3所示电路大部分结构相同，不同之处在于，本实施例中，本实施例的无刷直流电机控制电路还包括直流-直流转换电路。直流-直流转换电路包括电源管理单片U1以及相应的电阻和电容C2，电容C2连接在电源管理单片U1电源输入引脚(1引脚)与开关引脚(5引脚)之间。电阻包括：连接在电源管理单片U1输出引脚(2引脚)与反馈引脚(4引脚)之间的电阻R8；连接在电源管理单片U1反馈引脚(4引脚)与公共引脚(3引脚)之间的电阻R9。本实施例中，电源管理单片U1可以采用型号为LM2596的芯片，一种压降型电源管理芯片。
    [n0069] 本实施例通过增加直流-直流转换电路，可以更好地实现电机的库存管控，可以不用重新设计电机，因为增加直流-直流转换电路便可兼容宽电压范围输入，并且性能不受影响。
    [n0070] 其它实施例中，也可以设置其它型号的电源管理芯片，实现电压转换和电路稳定作用，拓展电路的应用范围。
    [n0071] 更多有关本实施例的结构、性质和优点，可以参考前述实施例相应内容。
    [n0072] 本实用新型实施例还提供了一种无刷直流电机，如图5所示，电机100包括定子102和转子101，还包括前述实施例提供的无刷直流电机控制电路。
    [n0073] 无刷直流电机控制电路中的霍尔传感器103(参考前述实施例的霍尔传感器HALL1)连接固定在定子102上，并且，定子102是将前述实施例中的第一线圈L1和第二线圈L2作为固定线圈，即第一线圈L1和第二线圈L2正是构成定子102的主要部分，第一线圈L1和第二线圈L2交替设置，霍尔传感器103位于定子102上，并且霍尔传感器103还连接至相应的PCB板104(PCBA)，PCB板104设置在无刷直流电机的顶部，如图5所示。
    [n0074] 需要说明的是，前面已经提到，霍尔传感器103应该属于PCBA组件的一部分(PCB板104也属于PCBA组件的一部分)，霍尔传感器103需要就近放在转子101旁边，而定子102跟转子101又需要就近放，所以在定子102组件中的矽钢片，切了个小口(未标注)置放霍尔传感器103，如图5所示。
    [n0075] 由于具有前述实施例的无刷直流电机控制电路，本实施例提供的无刷直流电机100具有前述实施例电路的各种优点，电机设计简单，材料少成本低，生产效率高，开发周期短，生产效率高。
    [n0076] 本实用新型实施例提供另一种微型水泵，请参考图6和图7。
    [n0077] 微型水泵10的其中一部分正是前述实施例的无刷直流电机100，因此，可以结合参考图5相应内容。
    [n0078] 图6显示，微型水泵10包括泵体11和泵盖12，泵体11和泵盖12之间具有相应的连接结构(未标注)，这些连接结构可以具有四边样式。
    [n0079] 泵体11呈柱状结构，无刷直流电机100正是位于泵体11这部分的结构。泵盖12呈圆形盖状结构，并且连接有相应的进出水口。
    [n0080] 图7显示，微型水泵10的仰视结构，泵盖12仰视形状呈圆形，上述连接结构俯视形状呈倒角矩形，并且倒角为直边倒角。
    [n0081] 泵盖12内具有水腔(未标注，如图7)，所述水腔内具有连接在图5所示转子101下端的叶轮(未标注，如图7)，泵盖12还具有轴向上与所述水腔相通的进水口13和周向上与水腔相通的出水口14。
    [n0082] 如前所述，图7中显示进水口13直接能够暴露相应的水腔和叶轮，而出水口14从泵盖12切向伸出。
    [n0083] 泵盖12还具有防抽空进水孔12a，防抽空进水孔12a贯穿泵盖12并与所述水腔相通，为一个直径均一的通孔，并且是垂直贯穿泵盖12侧壁。
    [n0084] 泵盖12周向上与水腔相通的出水口14，通常是以切向相通的方式连通水腔的，以便更有利于微型水泵10的排水。
    [n0085] 本实施例中，设置微型水泵10的防抽空进水孔12a设置在泵盖12的周向侧面。其它实施例中，防抽空进水孔也可以是设置在泵盖斜底部，只要它能够比进水口13更加容易使泵盖12内的水腔进满水(使叶轮浸满水即可)。
    [n0086] 微型水泵10的防抽空进水孔12a的孔径范围为1.5mm～4mm，本实施例中选择为2mm。其它实施例中，也可以是选择其它尺寸。
    [n0087] 防抽空进水孔12a的孔径直接影响防抽空进水孔12a本身功能的实现和微型水泵10冲水功能的实现：一方面，如果防抽空进水孔12a太小，无法起到很好的辅助进水功能，无法确保微型水泵10防抽空作用；另一方面，如果防抽空进水孔12a太大，微型水泵10在冲水时，会有太多水从防抽空进水孔12a冲出，影响了微型水泵10的冲水水压，影响后续相应冲水应用场景的冲水效果，例如将微型水泵10安装在马桶之后，影响微型水泵10对马桶洗刷的冲洗效果。
    [n0088] 本实施例中，还尽量将防抽空进水孔12a设置在泵盖12靠近泵体的较高位置，此较高位置是指微型水泵10倒置时的较高位置。因为，微型水泵10在安装时通常是倒置安装的(例如微型水泵10倒置安装在马桶的水箱中，此时微型水泵10用于马桶的洗刷冲洗等功能)，将防抽空进水孔12a设置在泵盖12较高位置，能够更好的使得，只要有水没过防抽空进水孔12a，就能够使所述水腔充满水。
    [n0089] 也就是说，防抽空进水孔12a的设计，使得微型水泵10无论是在安装过程中，还是在水位下降后重新使水位没过泵盖12的过程中，都能够利用防抽空进水孔12a方便快捷地排空泵盖12内水腔的空气。
    [n0090] 综上，本实施例提供的微型水泵10，由于具有防抽空进水孔12a，因此，在其安装在相应的水中且水位高于水腔时，在安装过程中就能够非常方便地就确保微型水泵10内部的水腔充满水；并且在使用过程中也能够时时确保有水没过防抽空进水孔12a且水位高于水腔时，水腔中充满水，从而防止微型水泵10在冲水时发生抽空现象，防止因抽空而出现冲洗效果不佳的现象，防止因抽空而出现的刺耳抽空声音。
    [n0091] 同时，本实施例提供的微型水泵10，由于具有无刷直流电机100结构，因此，具有前述各实施例的相应优点。
    [n0092] 虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
    权利要求:
    Claims (10)
    [0001] 1.一种无刷直流电机控制电路，其特征在于，包括：
    第一线圈，所述第一线圈的第一端连接电源；
    第二线圈，所述第二线圈的第一端连接电源；
    霍尔传感器，所述霍尔传感器的电源端连接电源，所述霍尔传感器的电源地端连接公共地；
    第一开关器件，所述第一开关器件的输入端连接所述第一线圈的第二端，所述第一开关器件的输出端连接公共地，所述第一开关器件的控制端连接所述霍尔传感器的信号输出端；
    第二开关器件，所述第二开关器件的输入端连接所述第二线圈的第二端，所述第二开关器件的输出端连接公共地，所述第二开关器件的控制端连接所述第一开关器件的输入端。
    [0002] 2.如权利要求1所述的无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述霍尔传感器的电源端和电源地端之间具有电容。
    [0003] 3.如权利要求1所述的无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述第一开关器件的控制端和所述霍尔传感器的信号输出端之间具有第一电阻，所述第一开关器件的控制端和公共地之间具有第二电阻；所述第二开关器件的控制端和所述第一开关器件的输入端之间具有第三电阻，所述第二开关器件的控制端和公共地之间具有第四电阻。
    [0004] 4.如权利要求1所述的无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述第一开关器件和第二开关器件均为NMOS管。
    [0005] 5.如权利要求1所述的无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述第一开关器件的输入端和输出端之间连接瞬态电压抑制二极管；所述第二开关器件的输入端和输出端之间连接瞬态电压抑制二极管；所述霍尔传感器的电源端和电源地端之间连接瞬态电压抑制二极管。
    [0006] 6.如权利要求1所述的无刷直流电机控制电路，其特征在于，电源与所述霍尔传感器的电源端、所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端之间还具有防反接保护电路。
    [0007] 7.如权利要求6所述的无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述防反接保护电路包括第一分压电阻、第二分压电阻和第三开关器件，所述第三开关器件的控制端连接在所述第一分压电阻和第二分压电阻之间，所述第三开关器件的输入端连接电源，所述第三开关器件的输出端连接所述霍尔传感器的电源端、所述第一线圈的第一端和所述第二线圈的第二端。
    [0008] 8.如权利要求6所述的无刷直流电机控制电路，其特征在于，还包括直流-直流转换电路。
    [0009] 9.一种无刷直流电机，其特征在于，包括定子和转子，还包括如权利要求1至8任意一项所述的无刷直流电机控制电路，所述无刷直流电机控制电路中的所述霍尔传感器连接固定在所述定子上，并且，所述定子是将所述第一线圈和第二线圈作为固定线圈。
    [0010] 10.一种微型水泵，其特征在于，包括如权利要求9所述的无刷直流电机。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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