CN1848615A - 三相dc无刷电动机和绕线方法 - Google Patents

三相dc无刷电动机和绕线方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种三相DC无刷电动机和绕线方法，提供了一种线圈绕组，通过抑制从电动机线圈绕组中的不平衡导致的感应电压的DC偏置分量，能够利用PWM无传感器驱动连贯地起动。缠绕三相DC无刷电动机的电枢绕组的方法使互感中的差实质上为零。

Description

三相DC无刷电动机和绕线方法
技术领域
本发明大体上涉及一种用于可以与具有多个槽的三相DC无刷电动机的定子铁心一起使用的线圈绕组的绕线方法，更具体地，涉及一种适用于脉冲宽度调制(PWM)操作的无传感器驱动(sensorless drive)的电动机。
背景技术
DC无刷电动机使用一种无传感器驱动方法，该方法不需要位置检测单元，以便满足针对小、薄、低成本电动机的强烈要求。针对低功率消耗的进一步要求同样导致使用通过电动机驱动电流的脉冲宽度调制来实现低功率消耗的PWM无传感器驱动方法。无传感器驱动DC无刷电动机通常通过检测正比于电动机速度而产生的每一个相的反电动势与在以星形连接三相线圈的情况下中心抽头的中心抽头电压相等之处的点，来检测转子位置，从而确定适当的换向(commutation)顺序，来转动电动机。
一种检测特定转子位置的方法将电流提供给两个相，而不激励另一个相激励，并且通过将反电动势与输出端处中心抽头电压进行比较，来检测输出端子的位置。
然而，作为PWM驱动电动机输出电压的结果，电动机端子电压在PWM无传感器驱动中变化很大。结果，流进电动机线圈的电流具有由电动机的线圈常数所确定的时间常数斜率。称为“感应电压(induced voltage)”的电压根据在非激励相的端子处的电流的时间变化而产生。这是由电流的时间变化和表示三个相的每一个对另外两个相的作用的互感引起的。在传统的线性无传感器驱动中，电动机输出电压线性地变化，并且线性电流流过电动机线圈。因此互感的作用为零。
图7中曲线101表示当脉冲电压如图8所示那样从U相提供给V相时转子位置和在非激励相处产生的感应电压之间的关系。如图7中曲线101所示，感应电压的幅度根据转子位置而改变。尽管固定了转子位置以测量图7所示的曲线101，但是转子正常地转动并且在非激励相中产生该感应电压加上转子旋转所产生的反电动势的总电压。将该总电压和中心抽头电压进行比较，以检测转子位置并且切换电动机线圈电流来驱动电动机。
如果在绕组的数目或缠绕电动机线圈的方法中存在不平衡，在多个相的互感中同样存在不平衡，并因此感应电压具有dc偏置电压，如图7中曲线100所示。当出现该dc偏置电压时，在图7的区间1中，即不能正常检测转子的位置，错误地检测转子位置。
然而，该感应电压不随传统的线性无传感器驱动而发生，并因此可以精确地检测转子位置，而不需要考虑电动机线圈绕线的方法。
然而，利用PWM无传感器驱动，绕组的数目或缠绕电动机线圈的方法中的不平衡会使得在转子不是实际处于的位置处检测转子，导致起动失败或延迟起动。
发明内容
为了实现这些目的，根据本发明第一方面的三相DC无刷电动机具有：以星形图样(star pattern)排列的3N(其中N是正整数)个定子；转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；其中，第一相、第二相和第三相的任意两个的互感的差实质上为零。
根据本发明另一个方面的三相DC无刷电动机具有：以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；其中，第一相线圈以正方向缠绕在最后的第一相定子上并且然后从预定位置引出；第二相线圈以正方向缠绕在最后的第二相定子上并且然后从预定位置引出；以及第三相线圈以正方向缠绕在最后的第三相定子上并且然后从预定位置引出。
根据本发明第三方面的三相DC无刷电动机具有：以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；其中，第一相线圈以正方向缠绕在最后的第一相定子上，然后以反方向在最后的第三相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从最后的第二相定子和最后的第三相定子之间的预定位置引出；第二相线圈以正方向缠绕在最后的第二相定子上，并且然后从预定位置引出；以及第三相线圈以正方向缠绕在最后的第三相定子上，并且以正方向在第一个第一相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从预定位置引出。
根据本发明第四方面的三相DC无刷电动机具有：以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；其中，第一相线圈以正方向缠绕在最后的第一相定子上，并且然后从最后的第一相定子和最后的第二相定子之间的预定位置引出；第二相线圈以正方向缠绕在最后的第二相定子上，然后以正方向在最后的第三相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从预定位置引出；以及第三相线圈以正方向缠绕在最后的第三相定子上，然后以反方向在最后的第二相定子上缠绕半匝，并且然后从预定位置引出。
本发明的第五方面是一种用于三相DC无刷电动机的线圈缠绕方法，所述三相DC无刷电动机具有：以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；其中，第一相线圈以正方向缠绕在最后的第一相定子上并且然后从预定位置引出；第二相线圈以正方向缠绕在最后的第二相定子上并且然后从预定位置引出；以及第三相线圈以正方向缠绕在最后的第三相定子上并且然后从预定位置引出。
本发明的第六方面是一种用于三相DC无刷电动机的线圈缠绕方法，所述三相DC无刷电动机具有：以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；其中，第一相线圈以正方向缠绕在最后的第一相定子上，然后以反方向在最后的第三相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从最后的第二相定子和最后的第三相定子之间的预定位置引出；第二相线圈以正方向缠绕在最后的第二相定子上，并且然后从预定位置引出；以及第三相线圈以正方向缠绕在最后的第三相定子上，并且以正方向在第一个第一相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从预定位置引出。
本发明的第七方面是一种针对三相DC无刷电动机的线圈缠绕方法，所述三相DC无刷电动机具有：以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；其中，第一相线圈以正方向缠绕在最后的第一相定子上，并且然后从最后的第一相定子和最后的第二相定子之间的预定位置引出；第二相线圈以正方向缠绕在最后的第二相定子上，然后以正方向在最后的第三相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从预定位置引出；以及第三相线圈以正方向缠绕在最后的第三相定子上，然后以反方向在最后的第二相定子上缠绕半匝，并且然后从预定位置引出。
根据本发明的缠绕三相DC无刷电动机的线圈的方法能够稳定地起动电动机，而不受感应电压的dc偏置电压的影响，即使在使用PWM无传感器驱动时。
通过参考下面结合了附图的说明和权利要求，本发明的其他目的和成就以及更完整的理解变得显而易见，并且可以理解。
附图说明
图1示出了DC无刷电动机的布置。
图2示出了本发明第一实施方式中的电动机线圈缠绕。
图3示出了本发明第二实施方式中的电动机线圈缠绕。
图4示出了本发明第三实施方式中的电动机线圈缠绕。
图5是在无传感器驱动期间电动机线圈电流的波形图。
图6是PWM无传感器电动机驱动设备的示意图。
图7示出了在转子位置处的感应电压波形。
图8描绘了测量非激励相的感应电压。
具体实施方式
实施方式1
下面参考附图，说明本发明的第一优选实施方式。
图1示出了三相DC无刷电动机的布置，三相DC无刷电动机具有：W相定子202、V相定子203、U相定子204以及转子201。W相定子202、V相定子203和U相定子204的相(phase)被划分为偏移90度的四个部分，从而存在12个定子，顺时针地标记为W1、V1、U1、W2、V2、U2、W3、V3、U3、W4、V4、U4。转子201由总共16个永久磁铁组成，包括与八个S极永久磁铁206交替的八个N极永久磁铁205。在本发明的该方案中，存在12个定子极和16个转子极，并因此定子与永久磁铁的极的比是3∶4。定子极的数目和永久磁铁极的数目可以改变，只要定子极比永久磁铁极的比为3∶4。
因此根据本发明的三相DC无刷电动机包括：3N(其中N是正整数)个从公共中心点放射状延伸出的定子202、203、204；转子201，具有4N个永久磁铁205、206，所述磁铁具有交替N极和S极；第一相(W相)绕组LW，缠绕在每隔两个定子的定子上；第二相(V相)绕组LV，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及第三相(U相)绕组LU，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上。
一个线圈绕组LW被缠绕在W相定子W1、W2、W3、W4上。该线圈绕组LW起始于定子W1和定子U4之间，穿过定子W1的第一表面(即，图1中可视的表面)以及定子W1和定子V1之间，然后缠绕在定子W1的第二表面(即，图1中隐藏的并且与电动机电路板相接触的表面)以及定子W1和定子U4之间，这样形成缠绕在定子W1上的正方向(还被称为逆时针方向)的一匝。因此，线圈绕组LW的起始端在定子W1和定子U4之间，并且从此处开始缠绕在定子W1的第二表面上。线圈绕组LW这样在定子W1上缠绕预定次数，然后，在定子W2上缠绕预定次数，然后在定子W3上缠绕预定次数，最后在定子W4上缠绕预定次数。因此，线圈绕组LW的终止端在定子V4和定子U4之间从定子V4的第二表面上的预定位置Com引出。
注意，下面将首先缠绕的定子(即，在本示例中的定子W1)称为“起始定子”，并且将后缠绕的定子(在本示例中的定子W4)称为“结束定子”。
一个线圈绕组LV被缠绕在V相定子V1、V2、V3、V4上。该线圈绕组起始于定子V1和定子W1之间，穿过定子V1的第一表面(即，图1中可视的表面)以及定子V1和定子U1之间，然后缠绕在定子V1的第二表面(即，图1中隐藏的并且与电动机电路板相接触的表面)以及定子V1和定子W1之间，这样形成缠绕在定子V1上的正方向(还被称为逆时针方向)的一匝。因此线圈绕组LV的起始端在定子V1和定子W1之间，并且从此处开始缠绕在定子V1的第二表面上。线圈绕组LV这样在定子V1上缠绕预定次数，然后在定子V2上缠绕预定次数，然后在定子V3上缠绕预定次数，最后在定子V4上缠绕预定次数。因此线圈绕组LV的终止端在定子V4和定子U4之间从定子V4的第二表面上的预定位置Com引出。
一个线圈绕组LU被缠绕在U相定子U1、U2、U3、U4上。该线圈绕组起始于定子U1和定子V1之间，穿过定子U1的第一表面(即，图1中可视的表面)以及定子U1和定子W2之间，然后缠绕在定子U1的第二表面(即，图1中隐藏的并且与电动机电路板相接触的表面)以及定子U1和定子V1之间，这样形成缠绕在定子U1上的正方向(还被称为逆时针方向)的一匝。因此线圈绕组LU的起始端在定子U1和定子V1之间，并且从此处开始缠绕在定子U1的第二表面上。线圈绕组LU这样在定子U1上缠绕预定次数，然后在定子U2上缠绕预定次数，然后在定子U3上缠绕预定次数，最后在定子U4上缠绕预定次数。因此线圈绕组LU的终止端在定子V4和定子U4之间从定子V4的第二表面上的预定位置Com引出。
图2示出了在根据本发明第一实施方式的三相DC无刷电动机中线圈是怎样缠绕的。注意，图1所示的W相定子202、V相定子203以及U相定子204在图2中为了演示而以直线示出。图2中所示的每一个定子的端是面对转子的端，相对端(穿过到页面的另一侧)处于定子中心，每一个定子的顶部是上述的第一表面，以及每一个定子的底部是第二表面。
U相线圈绕组LU从定子U1的底部右侧处的起始点开始逆时针地缠绕预定匝数，然后穿过定子W2和定子V2的底部(第二表面)，到达定子U2。线圈按照与定子U1相同的方式，同样从底部右侧开始逆时针地缠绕定子U2预定匝数。按照相同的方式缠绕定子U3和定子U4，并且按照完全相同的方式同样缠绕V相和W相。从定子U4、定子V4和定子W4的底部右侧抽出每一个绕组的端，并且在定子U4和定子V4之间的位置Com处捆扎该端，并且该捆扎的束与定子之外的公共节点相连。绕组与定子之外的公共节点相连，以消除对其他相的互感作用。
本发明的该第一实施方式中，第一相线圈这样以正方向缠绕在最后的第一相定子上并且然后从预定位置抽出，第二相绕组以正方向缠绕在最后的第二相定子上并且然后从预定位置抽出，以及第三相绕组以正方向缠绕在最后的第三相定子上并且然后从预定位置抽出。
接下来算术地说明本发明该实施方式中的互感作用。
图5是示出了施加在三相DC无刷电动机上的换向电流(commutation current)的波形图。如果Eu-dn、Ew-up、Ev-dn、Eu-up、Ew-dn以及Ev-up分别表示非激励相1、2、3、4、5和6中由PWM驱动所引起的感应电压的DC偏置分量，则可以由方程(1)来表示Eu-dn。
Eu-dn＝Mvu*(dIv/dt)+Mwu*(dIw/dt)        (1)
其中，Mvu是从V相到U相的互感，并且Mwu是从W相到U相的互感。
接下来考虑图2所示的布置的两个方面。
第一方面是从特定相的一个定子将线圈传递给相同相的另一个定子的方法(下面称为桥接)。第二方面是每一个相的绕组中的匝数的差。可以使用这两个方面来如下重写上述方程1。
Eu-dn＝Eu-dn(桥)+Eu-dn(匝数)
首先说明桥接线圈的方法。
如果如图5所示Iw＝-Iv以及dIv/dt＝-1，则可以重写方程(1)：
Eu-dn(桥)＝-Mvu+Mwu
以及
Ev-dn(桥)＝-Mwv+Muv
Ew-dn(桥)＝-Muw+Mvw
在此仅示出Eu-dn、Ev-dn以及Ew-dn，Eu-up、Ev-up以及Ew-up是相同的。
此外，因为Mvu和Muv是相同的，使用Muv、Mvw以及Mwu可以如下重写上述方程。
Eu-dn(桥)＝-Muv+Mwu
Ev-dn(桥)＝-Mvw+Muv
Ew-dn(桥)＝-Mwu+Mvw
接下来考虑一个相的线圈的桥和另一个相的定子之间的互感，其中n是缠绕在每一个定子的线圈的匝数。
在图2所示的布置中，Muv受U1、V2、U2、V3、U3和V4之间的互感的影响。
Muv＝[n*(-1/2)]+[-1/2*n]+[n*(-1/2)]+[-1/2*n]+[n*(-1/2)]+[-1/2*n]＝-3*n
Mvw＝-3*n
以及
Mwu＝-3*n。
结果，
Eu-dn(桥)＝Ev-dn(桥)＝Ew-dn(桥)＝0。
接下来说明每一个相中绕组匝数的差。
如果特定相的每一个定子单元上的绕组中匝数与其他相的定子单元上的绕组匝数相同，并且互感是相等的M，从一个分段相对相邻的另一个相产生的感应电压将具有相反的极性和一半的幅度。结果，上面的方程(1)成为：
Eu-dn(匝数)＝-1/2*[M*(dIv/dt)+M*(dIw/dt)]
以及
Ev-dn(匝数)＝-1/2*[M*(dIw/dt)+M*(dIu/dt)]
Ew-dn(匝数)＝-1/2*[M*(dIu/dt)+M*(dIv/dt)]
注意，尽管上面仅示出Eu-dn、Ev-dn以及Ew-dn，Eu-up、Ev-up以及Ew-up是相同的。
如果缠绕在每一个定子上的线圈的匝数是n，在图2所示的布置中不存在匝数的差。结果，
Eu-dn(匝数)＝Ev-dn(匝数)＝Ew-dn(匝数)＝0
Eu-dn＝Eu-dn(桥)+Eu-dn(匝数)＝0
以及
Ev-dn＝Ew-dn＝0。
同样地，
Eu-up＝Ev-up＝Ew-up＝0。结果，不出现感应电压的DC偏置分量，并且利用PWM无传感器驱动可以确保连贯地起动。
实施方式2
接下来说本发明的第二实施方式。图3描绘了缠绕根据本发明第二实施方式的三相DC无刷电动机的线圈。与示出了本发明第一实施方式的图2相类似，图3示出了在直线上依次排列的图1中示出的W相定子202、V相定子203以及U相定子204。
该实施方式与第一实施方式的不同之处在于缠绕线圈绕组LU、LV、LW的末端部分的方法。公共的绕组末端从定子U4和定子V4之间的位置Com引出，与第一实施方式相同，然而线圈绕组LU、LV和LW的末端都从第一表面缠绕到第二表面并且从定子U4和定子V4之间引出。
从相同的两个定子之间去除中性端，作为一种拉出中性端而不允许电动机线圈松弛的方式。这导致在缠绕最后的定子之后绕组的末端中缠绕额外的正匝，然而可以通过再添加反方向(还被称为顺时针方向)的匝来抵消互感作用。
下面进一步说明图3所示的第二实施方式的缠绕方法，然而因为每一个线圈绕组按照与第一实施方式相同的方式缠绕，从线圈绕组的开始到缠绕最后定子的末端，下面省略其进一步的说明。
V相线圈绕组LV的末端从第一表面缠绕到第二表面的中性位置Com，并且因此按照与第一实施方式完全相同的方式缠绕。
在缠绕最后的U相定子U4预定次数之后，U相线圈绕组LU以逆时针(正)方向在相邻的定子W1(第一W相定子)上缠绕额外的一匝，并且然后在从位置Com处的中性端点引出之前，穿过定子U4的顶部(第一表面)。
W相线圈绕组LW在最后的W相定子W4上缠绕预定次数，然后穿过定子V4的第二表面，以顺时针(负)方向在最后的U相定子U4上缠绕额外的一匝，并且然后从位置Com处的中性端点引出。
该缠绕方法减少了感应电压偏置，因为U相线圈绕组LU的额外的正匝和W相线圈绕组LW的额外的负匝的互感互相抵消掉。
从上述说明中可以理解，第一相绕组以正方向缠绕在最后的第一相定子上，然后以反方向在最后的第三相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从最后的第二相定子和最后的第三相定子之间的预定位置引出；第二相绕组以正方向缠绕在最后的第二相定子上，然后直接从预定位置引出；以及第三相绕组以正方向缠绕在最后的第三相定子上，然后以正方向在第一个第一相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从预定位置引出。
下面算术地说明具有本发明实施方式的布置的互感作用。
与第一实施方式相同，在图3中，Muv受U1、V2、U2、V3、U3和V4之间的互感的影响。
Muv＝[n*(-1/2)]+[-1/2*n]+[n*(-1/2)]+[-1/2*n]+[n*(-1/2)]+[-1/2*n]＝-3*n
Mvw受V1、W2、V2、W3、V3、W4、V4之间的互感的影响。
Mvw＝[n*(-1/2)]+[-1/2*n]+[n*(-1/2)]+[-1/2*n]+[n*(-1/2)]+[-1/2*n]+[n*(-1/2)]
＝-3.5*n
Mwu受U1、W2、U2、W3、U3、W4、U4、W1之间的互感的影响。
Mwu＝[-1/2*n]+[n*(-1/2)]+[-1/2*n]+[n*(-1/2)]+[-1/2*n]+[n*(-1/2)]+
     [n*(-1)]+[1*n]
   ＝-3*n
结果：
Eu-dn(桥)＝0
Ev-dn(桥)＝0.5*n
Ew-dn(桥)＝-0.5*n
匝数在三个相之间的差与第一实施方式相同。即：
Eu-dn(匝数)＝-1/2*[M*(dIv/dt)+M*(dIw/dt)]
Ev-dn(匝数)＝-1/2*[M*(dIw/dt)+M*(dIu/dt)]
Ew-dn(匝数)＝-1/2*[M*(dIu/dt)+M*(dIv/dt)]
注意，尽管上面仅示出Eu-dn、Ev-dn以及Ew-dn，Eu-up、Ev-up以及Ew-up是相同的。
如果在每一个定子上线圈绕组的匝数是n，在具有图3所示布置的匝数中在W1和U4处存在差异。U相线圈在W1上缠绕一匝，并且U相线圈在U4上缠绕0.5匝并且W相线圈反向地在U4上缠绕一匝。
此外，如果如图5所示，
dIv/dt＝-(dIw/dt)＝1
dIw/dt＝-(dIu/dt)＝1，以及
dIu/dt＝-(dIv/dt)＝1，然后
Eu-dn(匝数)＝-1/2*[{n*(1-0.5)*(-1)}+{n*(-0.5)*(1)}]＝0.5*n
Ev-dn(匝数)＝-1/2*[{n*(-1)*(-1)}+{n*(1-0.5)*(1)}]＝-0.75*n
以及
Ew-dn(匝数)＝-1/2*[{n*(-0.5)*(-1)}+{n*(-1)*(1)}]＝0.25*n。
结果，
Eu-dn＝0.5*n
Ev-dn＝-0.25*n，以及
Ew-dn＝-0.25*
因此本发明的该实施方式减少了感应电压的DC偏置分量，并因此能够利用PWM无传感器驱动来连贯地起动。
第三实施方式
图4示出了本发明的第三实施方式。图4中所示的第三实施方式与图3所示的本发明第二实施方式的不同在于中性端点处于定子V4和定子W4之间的位置Com处。
下面进一步说明图4所示的第三实施方式的缠绕方法，然而因为每一个线圈绕组按照与第一实施方式相同的方式缠绕，从线圈绕组的开始到缠绕最后的定子末端，下面省略其进一步的说明。
W相线圈绕组LW在最后的定子W4上缠绕预定次数，并且在从定子W4和定子V4之间的中性位置Com引出之前，末端再次缠绕在第一表面上。
U相线圈绕组LU在最后的定子U4上缠绕预定次数，然后穿过最后的V相定子V4的顶部(第一表面)，并且从中性位置Com引出。结果，U相线圈绕组LU以顺时针(负)方向在最后的V相定子V4上缠绕额外的0.5匝。
V相线圈绕组LV在最后的V4上缠绕预定次数，然后以逆时针(正)方向在最后的U相定子U4上缠绕额外的一匝，然后穿过最后的V相定子V4的顶部(第一表面)，并且从中性位置Com引出。
该绕线方法减少了感应电压偏置，因为由绕组的额外半匝抵消了U相和V相的互感。
从上面的说明可以理解，第一相绕组以正方向缠绕在最后的第一相定子上，并且然后从最后的第一相定子和最后的第二相定子之间的预定位置引出；第二相绕组以正方向缠绕在最后的第二相定子上，然后以正方向在最后的第三相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从预定位置引出；以及第三相绕组以正方向缠绕在最后的第三相定子上，然后以反方向在最后的第二相定子上缠绕半匝，并且然后从预定位置引出。
尽管在图3中描述了本发明的第二实施方式并且在图4中描述了本发明的第三实施方式，显而易见的是，通过满足上述方程的任意线圈绕组，可以实现稳定的无传感器PWM驱动。
电动机驱动设备
接下来参考附图来说明本发明中所用的电动机驱动设备。
图6是示出了使用本发明第一或第二实施方式如上操作的电动机驱动设备的示意图。图5是使用该电动机驱动设备的电动机线圈电流的波形图。
如图6所示，该电动机驱动设备包括转子位置检测单元1、电气角信号产生单元2、换向切换单元4、转矩命令控制单元5、电流检测单元6、比较器7、电流合成单元8、如上面在第一和第二实施方式中所述的三相DC无刷电动机9、外部转矩命令输入端子10、电流控制单元11、起动单元12以及切换控制单元13。
无传感器驱动是一种通过检测转子旋转所产生的反电动势来驱动电动机的控制方法。这表示当停止时转子不能够检测转子位置，因为没有产生反电动势。因此，在起动期间，最初由起动单元12无条件地施加以已知预定频率切换电流的换向信号，来转动转子。该换向信号使转子旋转并因此能够检测转子位置。然而，如果在由PWM驱动所引起的感应电压中出现DC偏置，会发生起动失败，因为不能够正确地检测转子位置。在第一和第二实施方式中所述的电动机被用于抑制感应电压偏置并因此能够在起动时连贯地检测转子位置。
由转子旋转所产生的三相反电动势被输入到转子位置检测单元1。此时在图5所示的非激励相区间1到6内检测反电动势。来自转子位置检测单元1的信号被输出到电气角信号产生单元2和切换控制单元13。切换控制单元13根据转子位置检测单元1的输出信号，计算转子旋转的数目，并且当达到特定数时将信号从起动单元12切换到电气角信号产生单元2。根据来自转子位置检测单元1的信号，电气角信号产生单元2每60电气角度产生信号。该60电气角度的信号被输入到电流控制单元11和换向切换单元4。
接下来说明输入到换向切换单元4的60度电气角信号。
输入到换向切换单元4的60度电气角信号是用于切换电流源每60电气角度的电流切换信号。因为电动机驱动电流的一个完整区间是360电角度，在六个区间内提供的60度电气角信号组成了一个电动机驱动电流区间。
这些60电气角区间的每一个中的电动机驱动电流具有两个状态，上升电流和下降电流。这两个电动机驱动电流以两个方向流动：流进电动机和流出电动机。每60电气角度切换这四个状态，以产生一个360电气角度区间内的电动机驱动电流。
接下来说明输入到电流控制单元11的60度电气角信号。
输入到电流控制单元11和外部转矩命令信号10的60度电气角信号被输入到转矩命令控制单元5并且被合并以产生目标值信号。
该目标值信号和流到由电流检测单元6所检测的电动机的驱动电流被输入到比较器7，如果线圈电流达到目标值，比较器7输出停止电流供给的换向信号。然后PWM控制在预定周期处起动电流供给，如果电动机驱动电流达到目标值则停止电流供给，并且重复该控制周期。
换向信号和电流切换信号被输入到电流合成单元8。电流合成单元8每60电气角度控制状态切换，从而每一个相中的特定电动机驱动电流变为指定的电动机线圈电流。
上述的布置和控制方法产生梯形的目标值信号，并且利用PWM控制方式，控制电动机驱动电流成为期望的梯形波形。
通过使用与具有如第一实施方式、第二实施方式或第三实方式例所述的线圈的电动机一起的驱动设备，可以确保稳定的起动。
工业实用性
因此本发明提供可一种理想地适用于无传感器PWM驱动的三相DC无刷电动机。
尽管结合其优选实施方式，参考附图，说明了本发明，需要注意，对于本领域的技术人员，各种改变和修改是显而易见的。应该将这些改变和修改理解为包含在由所附权利要求所定义的本发明范围内，除非它们脱离本发明的范围。

Claims (7)

1.一种三相DC无刷电动机，包括：
以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；
转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；
第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；
第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及
第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；
其中，所述第一相、第二相和第三相线圈的任意两个的互感的差实质上为零。
2.一种三相DC无刷电动机，包括：
以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；
转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；
第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；
第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及
第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；
其中，所述第一相线圈以正方向缠绕在最后的第一相定子上并且然后从预定位置引出；
所述第二相线圈以正方向缠绕在最后的第二相定子上并且然后从预定位置引出；以及
所述第三相线圈以正方向缠绕在最后的第三相定子上并且然后从预定位置引出。
3.一种三相DC无刷电动机，包括：
以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；
转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；
第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；
第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及
第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；
其中，所述第一相线圈以正方向缠绕在最后的第一相定子上，然后以反方向在最后的第三相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从最后的第二相定子和所述最后的第三相定子之间的预定位置引出；
所述第二相线圈以正方向缠绕在所述最后的第二相定子上，并且然后从预定位置引出；以及
所述第三相线圈以正方向缠绕在所述最后的第三相定子上，并且以正方向在所述第一相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从预定位置引出。
4.一种三相DC无刷电动机，包括：
以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；
转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；
第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；
第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及
第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；
其中，所述第一相线圈以正方向缠绕在最后的第一相定子上，并且然后从所述最后的第一相定子和最后的第二相定子之间的预定位置引出；
所述第二相线圈以正方向缠绕在所述最后的第二相定子上，然后以正方向在最后的第三相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从预定位置引出；以及
所述第三相线圈以正方向缠绕在所述最后的第三相定子上，然后以反方向在所述最后的第二相定子上缠绕半匝，并且然后从预定位置引出。
5.一种用于三相DC无刷电动机的线圈缠绕方法，所述三相DC无刷电动机包括：
以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；
转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；
第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；
第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及
第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；
其中，所述第一相线圈以正方向缠绕在最后的第一相定子上并且然后从预定位置引出；
所述第二相线圈以正方向缠绕在最后的第二相定子上并且然后从预定位置引出；以及
所述第三相线圈以正方向缠绕在最后的第三相定子上并且然后从预定位置引出。
6.一种用于三相DC无刷电动机的线圈缠绕方法，所述三相DC无刷电动机包括：
以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；
转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；
第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；
第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子的定子上；以及
第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；
其中，所述第一相线圈以正方向缠绕在最后的第一相定子上，然后以反方向在最后的第三相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从最后的第二相定子和所述最后的第三相定子之间的预定位置引出；
所述第二相线圈以正方向缠绕在所述最后的第二相定子上，并且然后从预定位置引出；以及
所述第三相线圈以正方向缠绕在所述最后的第三相定子上，并且以正方向在第一个第一相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从预定位置引出。
7.一种用于三相DC无刷电动机的线圈缠绕方法，所述三相DC无刷电动机包括：
以星形图样排列的3N(其中N是正整数)个定子；
转子，具有按照交替的N极和S极来排列的4N个永久磁铁；
第一相线圈，缠绕在每隔两个定子的定子上；
第二相线圈，缠绕在下一个每隔两个定子上的定子；以及
第三相线圈，缠绕在再下一个每隔两个定子的定子上；
其中，所述第一相线圈以正方向缠绕在最后的第一相定子上，并且然后从所述最后的第一相定子和最后的第二相定子之间的预定位置引出；
所述第二相线圈以正方向缠绕在所述最后的第二相定子上，然后以正方向在最后的第三相定子上缠绕额外的一匝，并且然后从预定位置引出；以及
所述第三相线圈以正方向缠绕在所述最后的第三相定子上，然后以反方向在所述最后的第二相定子上缠绕半匝，并且然后从预定位置引出。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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