CN113872396A - 一种基于磁耦合谐振的直流无刷电机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁耦合谐振的直流无刷电机及其控制方法，本发明的直流无刷电机包括外壳、定子和转子，外壳内设无线供能模块和输入电流方向检测电路，转子上设无线接收模块、输入电流方向感应电路、转动位置检测模块、转子电枢驱动模块和转子电枢，无线供能模块和无线接收模块两者相邻布置，输入电流方向检测电路和输入电流方向感应电路两者相邻布置以实现输入电流方向检测信号的无线传输，无线接收模块的能量输出端通过转子电枢驱动模块和转子电枢相连，且输入电流方向感应电路、转动位置检测模块分别与转子电枢驱动模块的检测信号输入端相连。本发明兼具运行平稳、启动/制动效果好、驱动简单、速度高、运行噪声小且使用寿命长的优点。

Description

一种基于磁耦合谐振的直流无刷电机及其控制方法

技术领域

本发明涉及直流无刷电机，具体涉及一种基于磁耦合谐振的直流无刷电机及其控制方法。

背景技术

随着经济的快速发展，科技也在不断地进步，电机作为科技发展中重要的一环在各个领域中都发挥着不容小视的作用。传统的直流电机的启动特性和调速特性都十分的优秀，虽然使用电刷这种巧妙的机械换向，很好的解决了电流的换向问题，但是电刷和换向器的滑动接触容易造成机械磨损，大大减少了电机的使用寿命与可靠性。现有的直流无刷电机用电子换向取代了机械换向，消除了电刷带来的磨损，同时也提高了效率，但因为需要不断地定位，提高了控制难度与其结构的复杂性，对控制器的要求也高，因此现有直流无刷电机的响应速度不如传统直流电机。综上所述，由于现有传统直流电机因为电刷的影响降低而电机的使用寿命与效率，而直流无刷电机虽然替换掉了电刷，但也牺牲了其简单的控制，使得直流电机不能兼具有其各自的优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种兼具运行平稳、启动/制动效果好、驱动简单、速度高、运行噪声小且使用寿命长的基于磁耦合谐振的直流无刷电机及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于磁耦合谐振的直流无刷电机，包括外壳和分别设于外壳中的定子和转子，所述外壳内设有无线供能模块和输入电流方向检测电路，所述转子上设有无线接收模块、输入电流方向感应电路、转动位置检测模块、转子电枢驱动模块和转子电枢，所述无线供能模块和无线接收模块两者相邻布置以实现基于磁耦合谐振的无线电能传输，所述输入电流方向检测电路和输入电流方向感应电路两者相邻布置以实现输入电流方向检测信号的无线传输，所述无线接收模块的能量输出端通过转子电枢驱动模块和转子电枢相连，且所述输入电流方向感应电路、转动位置检测模块分别与转子电枢驱动模块的检测信号输入端相连。

可选地，所述无线供能模块包括换向模块、逆变模块以及串接有发射谐振电容的发射线圈，所述外壳内设有与无线接收模块相对布置的发射基座，所述发射线圈套设于发射基座上，所述换向模块、逆变模块以及发射线圈依次相连。

可选地，所述输入电流方向检测电路首尾相连形成回路的霍尔电流传感器H1和发光二极管D1，所述霍尔电流传感器H1布置在无线供能模块的直流电源输入端处，所述发光二极管D1与输入电流方向感应电路相对布置。

可选地，所述无线接收模块包括整流模块以及串接有接收谐振电容的接收线圈，所述转子上设有与无线供能模块相对布置的接收基座，所述接收线圈套设于接收基座上，所述接收线圈通过整流模块与转子电枢驱动模块相连。

可选地，所述逆变模块输出的高频交流激励信号的频率等于发射线圈、接收线圈两者所构成谐振电路的固有谐振频率。

可选地，所述固有谐振频率的计算函数表达式为：

上式中，f为接收线圈、发射线圈两者所构成谐振电路的固有谐振频率，L为接收线圈、发射线圈的电感量，C为接收线圈、发射线圈串联的接收谐振电容或发射谐振电容的电容量。

可选地，所述输入电流方向感应电路包括与输入电流方向检测电路相对布置的NPN型光电感应传感器G1，所述NPN型光电感应传感器G1的输出端与转子电枢驱动模块相连。

可选地，所述转动位置检测模块由相互连接的锁键型霍尔传感器和差分放大电路组成，所述锁键型霍尔传感器用于在正对定子的磁场时输出高电平、逆对定子的磁场时输出低电平，所述差分放大电路的输出端与转子电枢驱动模块相连。

可选地，所述转子电枢驱动模块包括第一电压比较器、第二电压比较器、异或运算器以及反向器、H桥电路，所述输入电流方向感应电路通过第一电压比较器与异或运算器的一个输入端相连，所述转动位置检测模块分别通过第二电压比较器与异或运算器的另一个输入端相连，所述异或运算器的输出端与H桥电路的一个桥臂的控制端相连、且通过反向器与H桥电路的另一个桥臂的控制端相连。

此外，本发明还提供一种前述基于磁耦合谐振的直流无刷电机的控制方法，包括：通过外部直流源向无线供能模块输入直流电，通过无线供能模块和无线接收模块基于磁耦合谐振的无线电能传输，同时通过转子电枢驱动模块利用输入电流方向感应电路输出的电流方向感应信号、转动位置检测模块输出的转动位置检测信号来实现转子电枢中的电流方向使得转子连续转动。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：

1、本发明利用无线供能模块和无线接收模块两者相邻布置以实现基于磁耦合谐振的无线电能传输，采用磁耦合谐振来代替碳刷，降低了电刷磨损所带来的消耗与阻力，很大程度上提高了电机的运行效率。

2、本发明基于磁耦合谐振来传输能量为转子供电，能量传输效率高，所以在电机运行时温度也不会有很大的上升。

3、本发明继承了传统直流电机控制简单的特点，相比于现有的直流无刷电机，本发明不需要复杂的外部电机驱动，通上直流电便可以运行。

4、本发明运行平稳，转子没有与外部进行直接接触，减小了摩擦降低的噪声与阻力，而且相比于现有的直流无刷电机，本发明启动时振动也更小。

附图说明

图1为本实施例直流无刷电机的结构示意图。

图2为本实施例中磁耦合谐振无线电能传输的基本原理图。

图3为本实施例中转向模块的电路图。

图4为本实施例中转子电枢驱动模块的电路图。

图5为本实施例中正向电流时传感器安装与触发的原理图和传感器输出的时序图。

图6为本实施例中返向电流时传感器安装与触发的原理图和传感器输出的时序图。

图7为本实施例中磁耦合谐振直流无刷电机转子运行A图。

图8为本实施例中磁耦合谐振直流无刷电机转子运行B图。

图9为本实施例中磁耦合谐振直流无刷电机转子运行C图。

图例说明：1、外壳；11、发射基座；2、定子；3、转子；30、转子电枢；31、接收基座；4、无线供能模块；41、换向模块；42、逆变模块；43、发射谐振电容；44、发射线圈；5、输入电流方向检测电路；6、无线接收模块；61、整流模块；62、接收谐振电容；63、接收线圈；7、输入电流方向感应电路；8、转动位置检测模块；81、第一电压比较器；82、第二电压比较器；83、异或运算器；84、反向器；85、H桥电路；9、转子电枢驱动模块。

具体实施方式

如图1所示，本实施例基于磁耦合谐振的直流无刷电机包括外壳1和分别设于外壳1中的定子2和转子3，外壳1内设有无线供能模块4和输入电流方向检测电路5，转子3上设有无线接收模块6、输入电流方向感应电路7、转动位置检测模块8、转子电枢驱动模块9和转子电枢30，无线供能模块4和无线接收模块6两者相邻布置以实现基于磁耦合谐振的无线电能传输，输入电流方向检测电路5和输入电流方向感应电路7两者相邻布置以实现输入电流方向检测信号的无线传输，无线接收模块6的能量输出端通过转子电枢驱动模块9和转子电枢30相连，且输入电流方向感应电路7、转动位置检测模块8分别与转子电枢驱动模块9的检测信号输入端相连。磁耦合谐振式无线传输能量的原理如图2所示，它本质上是二线圈的结构，主要由无线供能模块4、无线接收模块6两个部分所组成的，无线供能模块4主要为驱动线圈A，而无线接收模块6主要为负载线圈B。二线圈结构的磁耦合谐振式无线传输的原理为：当无线传输系统正常工作的时候，发射模块中的驱动线圈A的附近会产生高频交变的磁场，这就能让驱动线圈A和负载线圈B发生谐振，由此驱动线圈A和负载线圈B的固有频率相同。由于两个线圈之间发生谐振，所以产生了能量的传输，最后驱动线圈A将能量通过近场耦合的形式传递到负载线圈B中进行能量的消耗，由此完成能量的无线传输。本实施例基于磁耦合谐振的直流无刷电机基于磁耦合谐振无线传输能量为转子供电，并用霍尔传感器模块来控制桥式电路对电流进行换向从而实现电机的转动，并通过外部直流源电流方向判断电路和转动位置检测模块来控制桥式电路对电流进行换向从而实现电机的转动，并且实现直流电机的正反转，解决了传统直流电机的磨损问题，同时也解决了现有直流无刷电机控制复杂的问题。其中，定子2与传统直流电机一致，为永久性磁铁或电磁铁制成。

如图1所示，本实施例的无线供能模块4包括换向模块41、逆变模块42以及串接有发射谐振电容43的发射线圈44，外壳1内设有与无线接收模块6相对布置的发射基座11，发射线圈44套设于发射基座11上，换向模块41、逆变模块42以及发射线圈44依次相连。本实施例中，发射基座11采用轻质不导磁的材料制成，可减轻重量，可避免因为使用铁芯所产生的涡流效应，可进一步降低在电机运行时产生的温升。

如图3所示，本实施例中换向模块41为由4个二极管组成的桥式电路D1～D4，用于将外部输入的直流源都转换成一个方向。本实施例中，二极管D1～D4具体采用肖特基二极管。外部直流电由端口①和②输入，当端口①为正极和②为负极时，肖特基二极管D1和D4导通，D2和D3截止，端口③的电压为正，④的电压为负；当端口①为负极和②为正极时，肖特基二极管D2和D3导通，D1和D4截止，端口③的电压为正，④的电压为负。由此，外部直流电无论是正接还是反接，输出端的电压方向不变，以保证逆变模块的输入电压稳定。

本实施例中，逆变模块42包含方波集成控制器、桥式逆变器和滤波电路，方波集成控制器输出方波信号驱动桥式逆变器产生高频交流激励信号用于传输能量，当有直流源输入时，方波集成控制器输出方波信号来驱动桥式逆变器上的MOS管对所输入的直流源进行高频逆变，逆变输出的交流电通过滤波电路滤波输出至发射线圈44。

如图1所示，本实施例的输入电流方向检测电路5首尾相连形成回路的霍尔电流传感器H1和发光二极管D1，霍尔电流传感器H1布置在无线供能模块4的直流电源输入端处，发光二极管D1与输入电流方向感应电路7相对布置。以图1中外部直流源的电流方向为正方向，当电流为正方向时，霍尔电流传感器H1感应到电流并将电流信号转换为电压信号，输出正向电压使得发光二级管D1导通发光，输入电流方向感应电路7接收到光信号判定直流源为正向电流；当电流为反方向时，霍尔电流传感器H1感应到电流并将电流信号转换为电压信号，输出反向电压使得发光二级管D1截止不发光，输入电流方向感应电路7接收到光信号判定直流源为反向电流。

如图1所示，本实施例的无线接收模块6包括整流模块61以及串接有接收谐振电容62的接收线圈63，转子3上设有与无线供能模块4相对布置的接收基座31，接收线圈63套设于接收基座31上，接收线圈63通过整流模块61与转子电枢驱动模块9相连。整流模块61用于将接收到发射模块所传来的高频交流激励信号转换为直流电为转子线圈供能。其中，接收基座31采用轻质不导磁的材料制成，可减轻重量，可避免因为使用铁芯所产生的涡流效应，可进一步降低在电机运行时产生的温升。本实施例中，发射基座11、接收基座31之间的气隙极小，以提升能量传输效率。

本实施例中，逆变模块42输出的高频交流激励信号的频率等于发射线圈44、接收线圈63两者所构成谐振电路的固有谐振频率。当高频交流激励信号加到发射线圈44上时，由于发射线圈44和接收线圈63所构成谐振电路的固有谐振频率等于高频交流激励信号的频率，所以发射线圈44和接收线圈63都会发生谐振，而它们的谐振频率又都一样，即发射线圈44和接收线圈63之间发生磁耦合谐振，这时转子3上的接收模块就可以高效的接收到无线供能模块4所传来的能量。

参见图2所示磁耦合谐振式无线传输能量的原理，对应到本实施例中，驱动线圈A即为发射线圈44，负载线圈B即为接收线圈63。通过设计发射线圈44、接收线圈63使得它们电感的电感量都为L，损耗电阻都为R，并且串联的电容大小都为C，则当X_C＝X_L时，即ωL＝1/(ωC)，其中X_C为容抗，X_L为感抗，ω为电源角频率，这时发射线圈44和接收线圈63所构成谐振电路的固有谐振频率f相同。与四线圈的结构相比，本时候死里通过驱动线圈A和负载线圈B之间的气隙做得非常小，无线传输距离极短，从而不需要在中间加入发射振荡线圈和接收振荡线圈来增加传输距离，这样不但可以减小能量在传输过程中的损耗，而且能有效降低负载对谐振频率的影响，大大提升能量的传输效率。本实施例中，固有谐振频率的计算函数表达式为：

上式中，f为发射线圈44、接收线圈63两者所构成谐振电路的固有谐振频率，L为发射线圈44、接收线圈63的电感量，C为发射线圈44、接收线圈63串联的接收谐振电容62或发射谐振电容43的电容量(本实施例中两者大小相等)。

如图1所示，本实施例的输入电流方向感应电路7包括与输入电流方向检测电路5相对布置的NPN型光电感应传感器G1，NPN型光电感应传感器G1的输出端与转子电枢驱动模块9相连，本实施例中，当NPN型光电传感器G1感应到光信号时其输出的信号为0，当NPN型光电传感器G1没有感应到光信号时其输出的信号为1。

本实施例中，转动位置检测模块8由相互连接的锁键型霍尔传感器H2和差分放大电路组成，锁键型霍尔传感器H2用于在正对定子2的磁场时输出高电平、逆对定子2的磁场时输出低电平，差分放大电路的输出端与转子电枢驱动模块9相连。转动位置检测模块8主要运用霍尔反应的原理，在磁场中当锁键型霍尔传感器正对磁场时其输出的信号为1，当霍尔传感器逆对磁场时其输出的信号为0。本实施例中锁键型霍尔传感器H2与转子电枢30的绕组垂直安装。

如图4所示，本实施例的转子电枢驱动模块9包括第一电压比较器81、第二电压比较器82、异或运算器83以及反向器84、H桥电路85，输入电流方向感应电路7通过第一电压比较器81与异或运算器83的一个输入端相连，转动位置检测模块8分别通过第二电压比较器82与异或运算器83的另一个输入端相连，异或运算器83的输出端与H桥电路85的一个桥臂的控制端相连、且通过反向器84与H桥电路85的另一个桥臂的控制端相连。本实施例中转子电枢驱动模块9由驱动信号处理电路控制桥式电路实现，H桥电路85为2个半桥所组成的电路，通过MOS管控制这2个半桥桥臂的通断可以实现电流方向的改变，在本实施例中，就是运用此原理来进行换向。图4所示的上半部分电路为驱动信号处理电路，外部接有外部直流源电流方向判断电路和转动位置检测模块8。输入电流方向检测电路5和输入电流方向感应电路7组成外部直流源电流方向判断电路，以图1中外部直流源的电流方向为正方向，当电流为正方向时，输入电流方向检测电路5的霍尔电流传感器H1输出正向电压使得发光二极管D1导通发光，输入电流方向感应电路7接收到信号判定直流源为正向电流，则输出低电平，反之输出高电平。电流方向信号和转子位置信号都通过电压比较器(第一电压比较器81或第二电压比较器82)输出到异或运算器83进行处理中，当电流方向信号为0(为0时为正向电流)时，转子位置信号输入0，则异或运算器输出0；转子位置信号输入1，则异或运算器83输出1。当电流方向信号为1(为1时为反向电流)时，转子位置信号输入0，则异或运算器83输出1；转子位置信号输入1，则异或运算器输出0。由此就可以实现当改变外部直流源的电流方向时，电机的转向也能发生改变。由异或运算器输出的信号分为两个信号，其分别为直接输出的第一驱动信号(驱动信号1)和经过反向器84反向过的第二驱动信号(驱动信号2)。H桥电路85用于控制电流大方向，如图4所示下半部分，H桥电路85是由2个半桥组成的电路，分别由四个场效应管Q1～Q4所控制，四个场效应管中Q1和Q2为P型场效应管，Q3和Q4为N型场效应管。桥臂上的四个场效应管相当于是四个开关，P型管在栅极电压为低电平时导通，为高电平时关断；N型管则在栅极为高电平时导通，为低电平时关断。电路设计由驱动信号1来控制场效应管Q1和Q3，驱动型号2来控制场效应管Q2和Q4。H桥电路的运行机理为：当驱动信号1输出高电平，驱动信号2输出低电平时，场效应管Q1和Q4关断，Q2和Q3导通，从而实现流过绕组的电流方向为自右往左；当驱动信号1输出低电平，驱动信号2输出高电平时，场效应管Q1和Q4导通，Q2和Q3关断，从而实现流过绕组的电流方向为自左往右，由此实现了电流的换向控制。本实施例中，转子电枢30采用传统直流电机的方式绕线，直流电通过线圈，在定子2所产生的磁场中产生安培力来驱动线圈带动转子旋转。

此外，本实施例还提供一种前述基于磁耦合谐振的直流无刷电机的控制方法，包括：通过外部直流源向无线供能模块4输入直流电，通过无线供能模块4和无线接收模块6基于磁耦合谐振的无线电能传输，同时通过转子电枢驱动模块9利用输入电流方向感应电路7输出的电流方向感应信号、转动位置检测模块8输出的转动位置检测信号来实现转子电枢30中的电流方向使得转子3连续转动。上述过程包括：一方面通过无线传输能量的方式为转子3提供直流电，另一方面通过外部直流源电流方向判断电路给出外部直流电流方向信号以及转动位置检测信号检测到转子所在位置信息，将信号传给转子电枢驱动模块9来控制转子电枢30中电流的方向，以此让在磁场中的通电的转子电枢30产生安培力，带动转子3一直旋转，且当外部直流源电流方向返向时能实现电机的反转控制。如图5所示，设当前直流源的电流方向为正方向，所以NPN型光电传感器G1感应到直流电流方向感应电路输出的光信号，所以输出0。当转子为位置#1时锁键型霍尔传感器H2输出1，G1⊕H2输出1，转子绕组受到安培力以逆时针开始旋转；当运行到位置#2时，虽然传感器出了磁场，但是没有感应到相反的磁场，所以输出信号不变即转子绕组受力方向不变，继续转动；当运行到位置#3时，传感器感应到了不同的磁场方向，所以输出信号也改变了即锁键型霍尔传感器H2输出0，G1⊕H2输出0，由此改变了转子绕组中的电流方向，受力方向也变化了，使得转子继续以逆时针的方向运行到位置#4，通过以上的控制，实现了转子一直以一个方向持续地转动。如图6所示，当直流源的电流方向为反方向，此时NPN型光电传感器G1没有感应到直流电流方向感应电路输出的光信号，所以输出1。当为转子位置#1时锁键型霍尔传感器H2输出1，G1⊕H2输出0，转子绕组受到安培力以顺时针开始旋转；当运行到位置#2时，虽然传感器出了磁场，但是没有感应到相反的磁场，所以输出信号不变即转子绕组受力方向不变，继续转动；当运行到位置#3时，锁键型霍尔传感器感应到了不同的磁场方向，所以输出信号也改变了即锁键型霍尔传感器H2输出0，G1⊕H2输出1，由此改变了线圈中的电流方向，受力方向也变化了，使得转子继续以顺时针的方向运行到位置#4。通过以上的控制，实现了转子一直向一个方向持续转动。如图7～图9所示，为了进一步的说明转子3的转动，将转子的线圈分为三个标志性的位置分别进行阐述。如图7所示，当电流方向为a到b时，在上方部分的通电线圈由左手安培定则可以判断，它在磁场中受到了一个垂直于磁场水平向左的力，同理，下方部分的通电线圈收到了一个垂直于磁场水平向右的力，在这两个力的同时作用下转子开始以逆时针的方向开始转动。如图8所示，当线圈运行到此位置时，传感器接受信号，控制桥式电路对线圈的电流进行换向，所以电流由从a流向b变为了从b流向a。虽然此时安培力不提供转力，但在惯性的作用下，转子会继续以逆时针的方向旋转。如图9所示，当转子转过了图8所示的位置后，在上方部分的通电线在磁场中受到了一个垂直于磁场水平向左的力，下方部分的通电线圈收到了一个垂直于磁场水平向右的力，转子继续以逆时针的方向旋转。转子每转到相应位置，传感器就控制电路进行电流的换向，周而复始，转子就能得到一个持续的转力，使得转子不停的运转。

综上所述，本实施例基于磁耦合谐振的直流无刷电机利用发射模块5和转子3的磁耦合谐振来进行无接触式传输电能为转子线圈供能，使得通电线圈在磁场中受到安培力的作用下开始运转，通过霍尔传感器实时获取转子线圈的位置以及外部直流源电流方向信息来驱动H桥电路对线圈中的电流进行换向，使得转子能够持续的朝着一个方向转动，以及对电机正反转的控制。本实施例基于磁耦合谐振的直流无刷电机通过无线能量传输的方式为转子线圈供电，并且通过霍尔传感器与H桥电路所组成的电流换向控制电路，代替了传统的直流电机中的机械换向器，减少了转子与外部的接触与磨损，大大提高了电机的寿命与运行效率，同时本实施例基于磁耦合谐振的直流无刷电机通电就能自启动直接运行，相较于现有直流无数电机复杂的外部驱动控制要简化很多，成本也有所降低。本实施例利用无线传输能量和转子内部的换向电路代替电刷，大大减少了电刷所带来的损耗，还提高了电机的效率，运行也更加平稳；相较于现有直流无数电机复杂的外部驱动控制要简化很多，成本也有所降低，兼具运行平稳、启动/制动效果好、驱动简单、速度高、运行噪声小且使用寿命长的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于磁耦合谐振的直流无刷电机，包括外壳(1)和分别设于外壳(1)中的定子(2)和转子(3)，其特征在于，所述外壳(1)内设有无线供能模块(4)和输入电流方向检测电路(5)，所述转子(3)上设有无线接收模块(6)、输入电流方向感应电路(7)、转动位置检测模块(8)、转子电枢驱动模块(9)和转子电枢(30)，所述无线供能模块(4)和无线接收模块(6)两者相邻布置以实现基于磁耦合谐振的无线电能传输，所述输入电流方向检测电路(5)和输入电流方向感应电路(7)两者相邻布置以实现输入电流方向检测信号的无线传输，所述无线接收模块(6)的能量输出端通过转子电枢驱动模块(9)和转子电枢(30)相连，且所述输入电流方向感应电路(7)、转动位置检测模块(8)分别与转子电枢驱动模块(9)的检测信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的直流无刷电机，其特征在于，所述无线供能模块(4)包括换向模块(41)、逆变模块(42)以及串接有发射谐振电容(43)的发射线圈(44)，所述外壳(1)内设有与无线接收模块(6)相对布置的发射基座(11)，所述发射线圈(44)套设于发射基座(11)上，所述换向模块(41)、逆变模块(42)以及发射线圈(44)依次相连。

3.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的直流无刷电机，其特征在于，所述输入电流方向检测电路(5)首尾相连形成回路的霍尔电流传感器H1和发光二极管D1，所述霍尔电流传感器H1布置在无线供能模块(4)的直流电源输入端处，所述发光二极管D1与输入电流方向感应电路(7)相对布置。

4.根据权利要求2所述的基于磁耦合谐振的直流无刷电机，其特征在于，所述无线接收模块(6)包括整流模块(61)以及串接有接收谐振电容(62)的接收线圈(63)，所述转子(3)上设有与无线供能模块(4)相对布置的接收基座(31)，所述接收线圈(63)套设于接收基座(31)上，所述接收线圈(63)通过整流模块(61)与转子电枢驱动模块(9)相连。

5.根据权利要求4所述的基于磁耦合谐振的直流无刷电机，其特征在于，所述逆变模块(42)输出的高频交流激励信号的频率等于发射线圈(44)、接收线圈(63)两者所构成谐振电路的固有谐振频率。

6.根据权利要求5所述的基于磁耦合谐振的直流无刷电机，其特征在于，所述固有谐振频率的计算函数表达式为：

上式中，f为发射线圈(44)、接收线圈(63)两者所构成谐振电路的固有谐振频率，L为发射线圈(44)、接收线圈(63)的电感量，C为发射线圈(44)、接收线圈(63)串联的接收谐振电容(62)或发射谐振电容(43)的电容量。

7.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振的直流无刷电机，其特征在于，所述输入电流方向感应电路(7)包括与输入电流方向检测电路(5)相对布置的NPN型光电感应传感器G1，所述NPN型光电感应传感器G1的输出端与转子电枢驱动模块(9)相连。

8.根据权利要求5所述的基于磁耦合谐振的直流无刷电机，其特征在于，所述转动位置检测模块(8)由相互连接的锁键型霍尔传感器和差分放大电路组成，所述锁键型霍尔传感器用于在正对定子(2)的磁场时输出高电平、逆对定子(2)的磁场时输出低电平，所述差分放大电路的输出端与转子电枢驱动模块(9)相连。

9.根据权利要求6所述的基于磁耦合谐振的直流无刷电机，其特征在于，所述转子电枢驱动模块(9)包括第一电压比较器(81)、第二电压比较器(82)、异或运算器(83)以及反向器(84)、H桥电路(85)，所述输入电流方向感应电路(7)通过第一电压比较器(81)与异或运算器(83)的一个输入端相连，所述转动位置检测模块(8)分别通过第二电压比较器(82)与异或运算器(83)的另一个输入端相连，所述异或运算器(83)的输出端与H桥电路(85)的一个桥臂的控制端相连、且通过反向器(84)与H桥电路(85)的另一个桥臂的控制端相连。

10.一种权利要求1～9中任意一项所述基于磁耦合谐振的直流无刷电机的控制方法，其特征在于，包括：通过外部直流源向无线供能模块(4)输入直流电，通过无线供能模块(4)和无线接收模块(6)基于磁耦合谐振的无线电能传输，同时通过转子电枢驱动模块(9)利用输入电流方向感应电路(7)输出的电流方向感应信号、转动位置检测模块(8)输出的转动位置检测信号来实现转子电枢(30)中的电流方向使得转子(3)连续转动。

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