CN2770217Y

CN2770217Y - 一种新型永磁无刷直流电机

Info

Publication number: CN2770217Y
Application number: CN 200520095349
Authority: CN
Inventors: 赵桂标
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2015-02-25

Abstract

本实用新型永磁无刷直流电机。该电机的定子和转子磁极均采用双边凸极的对称几何结构，定子绕组槽数为转子的极数加2或4；在定子相对称的两个凸上安装有集中励磁绕组互相串联，构成一相；所述的转子由转轴、软磁铁心、永磁体和套环组成；永磁体安装在转子的软磁铁心表面，形成可同步旋转的磁极；在永磁体外圆处利用无磁性套环采用过盈配合方法对顶角成圆柱形转子。该电机具有结构简单、坚固，可靠性高的优点；在宽广的转速和功率范围内均具有高效率，低损耗；可以实现软起动和四象限运行，有较强的再生自动能力。该电机适合应用于工农业电气化设备，军工尤其是汽车驱动装置，以及家电产品等方面。

Description

一种新型永磁无刷直流电机

技术领域：

本实用新型所属的技术领域为电机工程，提供一种新型永磁无刷直流电机。

背景技术：

直流电动机以其优良的调速特性而得到广泛的应用。但是直流电动机由于需要机械式换向器，可靠性差，需要经常维护，换向时产生电磁干扰，噪声大等缺点而应影响了其进一步的应用。随着电力电子技术和计算机控制的发展，以电子换相取代机械式换向的永磁无刷直流电动机应运而生。与其他电动机相比，无刷直流电动机的最大特点是以转子位置信号控制的开关变换器替代了有刷直流电动机中由电刷和换向器组成的机械式换向装置，使其既有直流电动机优良的调速和控制特性，又有交流电机结构简单，运行可靠，维护方便等优点。永磁无刷直流电动机由于采用永久磁钢而不需励磁绕组，可以缩小电机体积，减小损耗，提高电机效率。我国稀土资源丰富，大力研究开发永磁电机是电机行业发展的方向之一。也是研制生产电动汽车关键技术功关方向。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种新型永磁无刷直流电机。

本实用新型的技术方案是：一种新型永磁无刷直流电机，由电机本体和控制器组成，其特征是该电机的定子和转子磁极均采用双边凸极的对称几何结构，定子绕组槽数为转子的极数加2或4；定子用用硅钢片冲制成；在定子相对称的两个凸上安装有集中励磁绕组互相串联，构成一相；所述的转子由转轴、软磁铁心、永磁体和套环组成；转子磁极采用高性能稀土永磁材料制成，磁路结构为径向式；永磁体安装在转子的软磁将永磁体、软磁铁心和转轴等转子的结构部件紧紧地固定在相应的位置，构成圆柱形转子。该电机的磁通量集中于磁极区，通过定子电流来励磁，各组磁路的磁阻是随转子位置的不同而变化，转子的转动是依靠磁引力来运行。

基于降价状态观测器的无位置传感换相控制方法，不是单纯检测电机反电势或三次谐波电压，而是综合电机三相的电压、电流进行计算推算转子位置，比传统方法适用性更强，计算更稳定、准确，能够获得更高的调速比。采用多路并联工作的方案，这时即使一个并支路发生故障，电机仍可长时间连续工作，具有很高的容错性。定子铁芯采用冷扎取向硅钢片厚度0.27冲制而成涡流小、铁损小、换极快。这种结构电机的槽面积利用率高，线圈端部短，因而可以节省用铜，减小铜耗，提高效率。漆包线采用耐电晖，可防水防爆。电机驱动主回路，基于大功率智能IGPT模块——IPM带有过电压/过电流/超温等多种保护功能，门极驱动最优，高效率，高可靠，低温升；应用电流反馈闭环控制，既便于***直接控制转矩获得最佳动态性能，又便于发挥主电路电流容量且不超过容限；采用单极性脉冲宽调制技术，易于使电枢电流平滑连续，且提高了主电路效率。

本实用新型所提供的新型永磁直流电机具有如下特点：

1.电机结构新颖，转子仅有装有永久磁钢的磁极，定子每对极下每相仅有一个集中线圈，跨绕一个齿，各个线圈端部相互不交叠。具有体积小，结构和工艺简单，工作可靠维修方便的显著优点；

2.这种结构电机的槽面积利用率高，线圈端部短，因而可以节省用铜，减小铀耗，提高效率；

3.如果采用多路并联工作的方案，这时即使一个并联支路发生故障，电机仍可长时间连续工作，具有很高的容错性；

4.电机驱动主回路，基于大功率智能IGPT模块——IPM带有过电压/过电流/超温等多种保护功能，门极驱动最优，高效率，高可靠，低温升；应用电流反馈闭环控制，既便于***直接控制转矩获得最佳动态性能，又便于发挥主电路电流容量且不超过容限；采用单极性脉冲宽调制技术，易于使电枢电流平滑连续，且提高了主电路效率；

5.基于降阶状态观测的无位置传感换相控制方法，不是单纯检测电机反电势或三次谐波电压，而是综合电机三相的电压、电流进行计算推算转子位置，比传统方法适用性更强，计算更稳定、准确，能够获得更高的调速比；

6.动***具有四象限运行能力，具有可控的智能发电能力，能够根据设置适应不同化学储能单元(如铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池等)的充电特性，具有升压充电能力；

7.基于电机控制专用数字信号处理的智能型自适应智能控制方法，具有在线参数辨识能力，在线故障自检测能力，采用宽温度范围设计，应用“三防”工艺，***性好，可靠性高。

电机该适合应用于农业电气化设备，尤其是汽车驱动装置，以及家电产品等方面和领域。

附图说明：

图1是该永磁无刷直流电机的基本结构示意图。

图2是本实用新型公开的一种双三相12/8极永磁无刷直流电机的绕组结构示意图。

图3本电机采用的是双三相星形联结全桥驱动电路图。

具体实施方式：

如图1和2所示，该电机定子绕组采用集中整距单绕结构，采用Y型联结方法，构成双三相永磁无刷直流电机。这种绕组结构实际上是两台并联的三相6/8极无刷直流电机结构，定子槽数为沿圆匀布的6个槽，匀布6个售中绕组，构成三相，转子磁极为8级。

本实用新型电机的工作原理是永磁无刷直流电机的正常运行是通过电子换向器给定子上的电枢各相绕组不断地换相通电，以使得定子磁场随着转子的位置在不断地变化，使定子磁场与转子磁磁场在空间位置始终保持90°左右的电角宽，产生电磁转矩推动转子旋转。

本实用新型电机的控制策略采用方波电流(实际上方波为顶宽不小于120°矩形波)的永磁无刷直流电机的控制。电子换向方案采双三相星形联结全体驱动方式。如图3所示的双三相星形联结全桥驱动电路。图中，开关管A、B、C和X、Y、Z是P沟道MOSFET功率管，低电平时导通；开关管A、B、C是N沟道MOSFET功率管，高电平时导通。通过反电动势信号3个输出是通过逻辑电路控制这些开关管的导通和关断，其控制方式有两种：二二导通方式和三三导通方式。本实施例采用的是二二导通方式。

二二导通方式是每次使2个开关管同时导通。根据图3的开关管命名关系，ABC三相开关管的导通顺序为：A→C、A→B、C→B、C→A、B→A、B→C。共有6种导通状态，每隔60°改变一次状态更换一个开关管，每个开关管导通120°。当AC导通时，电流的路线为：电源→A相绕组→C相绕组C→地。当转子转过15°角后，反电动机送来的控制信号使A→C截止，A、B开始导通，电流的路线变为：电源→A相绕组→C相绕组→C相绕组B开始导通，电流的路线变为：电源→A→B相绕组→C相绕组→C→地。按照这一规律，每换一次导通状态，合成电磁转矩的矢量方向就转过15°角。六个导通状态对应着6个合成电磁转矩，它们的大小相同。

同样地，abc三相开关管的导通顺序为：Y→Z、X→Z、X→Y、Z→Y、Z→X、Y→X。同样也有6种导通状态，也是每隔60°改变一次导通状态，每改变一次状态更换一个开关管，每个开关管导通120°。导通时的电流的路线规律以及所合成电磁转矩的矢量方向都相同。

值得注意的是，在双三相同时运行时，ABC三相与abc三相之间的电流磁动势与永磁磁极的磁动势，在空间位置相差7.5°电角度。这一特点，意味着双三相运行方式的合成转矩增加了，输出转矩的波形变得更加平滑，转矩的波动大大减小。

Claims

1.一种新型永磁无刷直流电机，由电机本体和控制组成，其特征是该电机的定子采用硅钢片冲制叠压制成；在定子相对称的两个凸上安装有集中励磁绕组互相串联，构成一相；所述的转子由转轴、软磁铁心、永磁体和套环组成；转子磁极采用高性能稀土永磁材料制成，磁路结构为径向式；永磁体安装在转子的软磁铁心表面，形成可同步旋转的磁极；在永磁体外圆处利用无磁性套环采用过盈配合方法，将永磁体、软磁铁心和转轴等转子的结构部件紧紧地固定在相应的位置，构成圆柱形转子。