CN102195435B - 单相无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种单相无刷直流电机。它解决了现有技术设计不够合理等技术问题。壳体内设有定子组件，定子组件中穿设有转子，定子组件包括后骨架，后骨架上设有定子体，定子体包括圆环体，圆环体内侧设有若干绕线体，绕线体包括连接体和设置在连接体上的圆弧体，圆弧体中部与连接体相连，各个圆弧体具有不同的圆弧半径，绕线体上绕制有绕组，各绕组串联在一起且相邻绕组反接，壳体上的位置传感器伸入至转子磁极。其优点在于：1、易于加工制造，有效消除单相无刷直流电机启动死区，减小电机齿槽力矩。2、系统自适应性好，动态响应快，运行时力矩波动小，峰值转矩大；在宽工作区内，保持系统的高效率运行。

Description

单相无刷直流电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种单相无刷直流电机。

背景技术

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器的电机，又称无换向器电机。直流无刷电动机的电机本身是机电能量转换部分，它除了电机电枢、永磁励磁两部分外，还带有传感器。电机本身是直流无刷电机的核心，它不仅关系到性能指标、噪声振动、可靠性和使用寿命等，还涉及制造费用及产品成本。由于采用永磁磁场，使直流无刷电机摆脱一般直流电机的传统设计和结构，满足各种应用市场的要求。现有技术中的无刷直流电机存在启动死区，电机的齿槽力矩较大，电机运行的平稳性较差，且使用寿命不够长。此外，传统的PI(比例和积分控制)或PID(比例、积分和微分控制)控制是目前单相无刷直流电机速度控制中使用最为广泛的技术，但也存在着动态响应较差的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，结构简单，能够有效消除单相无刷直流电机启动死区，减小电机的齿槽力矩，提高电机运行平稳性，使用寿命长的单相无刷直流电机。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本单相无刷直流电机，包括壳体，在壳体内设有定子组件，在定子组件中穿设有由永磁材料制成的转子，其特征在于，所述的定子组件包括后骨架，在后骨架上设有定子体，该定子体包括圆环体，在圆环体内侧设有若干绕线体，所述的绕线体包括与圆环体内侧相连的连接体和设置在连接体上的圆弧体，所述的圆弧体的中部与连接体相连，各个所述的圆弧体具有不同的圆弧半径，所述的绕线体上绕制有绕组，各绕组串联在一起且相邻绕组反接，在壳体上设有位置传感器且该位置传感器伸入至转子磁极。

在上述的单相无刷直流电机中，所述的绕线体的数量为四个，且四个圆弧体的圆心分布在圆环体圆心的周围。

在上述的单相无刷直流电机中，本电机还包括转速闭环控制系统，所述的转速闭环控制系统包括速度模糊调节器，在速度模糊调节器上连接有电流PID调节器，所述的电流PID调节器与电机电磁部分相连，所述的电机电磁部分与电机机械运动部分相连，所述的电机电磁部分的信号反馈至速度模糊调节器和电流PID调节器之间的第二信号处理单元，所述的电机机械运动部分的信号反馈至连接在速度模糊调节器上的第一信号处理单元，在第一信号处理单元上还连接有参考转速输入单元。

在上述的单相无刷直流电机中，所述的转子的一端设有风叶头，该风叶头包括呈圆柱状的本体，在本体的一端设有能够与转子相连的连接结构，另一端设有若干在圆周方向上均匀分布的凸体。

在上述的单相无刷直流电机中，所述的连接结构包括呈同心圆布置的第一环形槽和第二环形槽。

在上述的单相无刷直流电机中，所述的后骨架包括呈矩形的架体，在架体的中心设有通孔，架体的一面设有用于固定电机定子的连接部，架体的另一面设有定位结构。

在上述的单相无刷直流电机中，所述的连接部包括若干呈等腰梯形的凸起，所述的凸起在圆周方向均匀分布。

在上述的单相无刷直流电机中，所述的架体上设有若干挂线针。

与现有的技术相比，本单相无刷直流电机的优点在于：1、设计合理，结构简单，易于加工制造，能够有效消除单相无刷直流电机启动死区，减小电机的齿槽力矩，提高电机运行平稳性，使用寿命长。2、系统自适应性好，动态响应快，运行时的力矩波动小，峰值转矩大；在宽工作区内，保持系统的高效率运行。

附图说明

图1是本发明提供的主视结构示意图。

图2是本发明提供的侧视结构示意图。

图3是本发明提供的内部结构示意图。

图4是本发明提供的内部结构侧视示意图。

图5是本发明提供的定子体结构示意图。

图6是本发明提供的风叶头放大结构示意图。

图7是本发明提供的转速闭环控制系统结构框图。

图中，壳体1、定子组件2、后骨架21、架体21a、通孔21b、连接部21c、凸起210、挂线针21d、定子体22、圆环体221、绕线体222、连接体22a、圆弧体22b、绕组23、转子3、风叶头31、本体31a、凸体31b、第一环形槽31c、第二环形槽31d、速度模糊调节器4、电流PID调节器5、电机电磁部分6、电机机械运动部分7、第二信号处理单元8、第一信号处理单元9、参考转速输入单元10。

具体实施方式

如图1和2所示，本单相无刷直流电机包括壳体1，在壳体1内设有定子组件2，在定子组件2中穿设有由永磁材料制成的转子3。如图3和4所示，定子组件2包括后骨架21，在后骨架21上设有定子体22。如图5所示，该定子体22包括圆环体221，在圆环体221内侧设有若干绕线体222，所述的绕线体222包括与圆环体221内侧相连的连接体22a和设置在连接体22a上的圆弧体22b，所述的圆弧体22b的中部与连接体22a相连，各个所述的圆弧体22b具有不同的圆弧半径。绕线体222的数量为四个，且四个圆弧体22b的圆心分布在圆环体221圆心的周围。如图3和4所示，绕线体222上绕制有绕组23，各绕组23串联在一起且相邻绕组23反接，在壳体1上设有位置传感器且该位置传感器伸入至转子3磁极。后骨架21包括呈矩形的架体21a，在架体21a的中心设有通孔21b，架体21a的一面设有用于固定电机定子的连接部21c，架体21a的另一面设有定位结构。连接部21c包括若干呈等腰梯形的凸起210，所述的凸起210在圆周方向均匀分布。架体21a上设有若干挂线针21d。

如图6所示，转子3的一端设有风叶头31，该风叶头31包括呈圆柱状的本体31a，在本体31a的一端设有能够与转子3相连的连接结构，另一端设有若干在圆周方向上均匀分布的凸体31b。连接结构包括呈同心圆布置的第一环形槽31c和第二环形槽31d。

本发明具有一种正弦曲面、不均匀气隙的定子体，可确保电机气隙磁场平滑性和一致性，通过对电枢磁场和磁极磁场夹角的优化设计，消除单相无刷直流电机的起动死区，同时也有效减小电机的齿槽力矩，提高电机运行的平稳性和使用寿命。本发明在不同气隙曲线形状、不同槽口宽度以及不同最大气隙高度下的定位转矩进行分析。尽可能使定位转矩峰值及由定子磁动势产生的电磁转矩分量大致相同，以获得较为平滑的转矩特性。

如图7所示，本电机还包括转速闭环控制系统，所述的转速闭环控制系统包括速度模糊调节器4，在速度模糊调节器4上连接有电流PID调节器5，所述的电流PID调节器5与电机电磁部分6相连，所述的电机电磁部分6与电机机械运动部分7相连，所述的电机电磁部分6的信号反馈至速度模糊调节器4和电流PID调节器5之间的第二信号处理单元8，所述的电机机械运动部分7的信号反馈至连接在速度模糊调节器4上的第一信号处理单元9，在第一信号处理单元9上还连接有参考转速输入单元10。

模糊PID控制比经典PID控制有更快的动态响应特性以及更小的超调。本发明根据模糊控制原理，将PID控制分解为模糊PD控制器和传统的积分环节。控制器的输出等于两个分量之和，将模糊控制器和常规PID控制器的混合结构，既保留了经典PID控制器的特性，又增加了模糊PD控制器快速响应的特点，做到了响应快速和静态无差，完善了PID功能。在宽工作区内，保持系统的高效率运行。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了壳体1、定子组件2、后骨架21、架体21a、通孔21b、连接部21c、凸起210、挂线针21d、定子体22、圆环体221、绕线体222、连接体22a、圆弧体22b、绕组23、转子3、风叶头31、本体31a、凸体31b、第一环形槽31c、第二环形槽31d、速度模糊调节器4、电流PID调节器5、电机电磁部分6、电机机械运动部分7、第二信号处理单元8、第一信号处理单元9、参考转速输入单元10等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种单相无刷直流电机，包括壳体(1)，在壳体(1)内设有定子组件(2)，在定子组件(2)中穿设有由永磁材料制成的转子(3)，其特征在于，所述的定子组件(2)包括后骨架(21)，在后骨架(21)上设有定子体(22)，该定子体(22)包括圆环体(221)，在圆环体(221)内侧设有若干绕线体(222)，所述的绕线体(222)包括与圆环体(221)内侧相连的连接体(22a)和设置在连接体(22a)上的圆弧体(22b)，所述的圆弧体(22b)的中部与连接体(22a)相连，各个所述的圆弧体(22b)具有不同的圆弧半径，所述的绕线体(222)上绕制有绕组(23)，各绕组(23)串联在一起且相邻绕组(23)反接，在壳体(1)上设有位置传感器且该位置传感器伸入至转子(3)磁极。

2.根据权利要求1所述的单相无刷直流电机，其特征在于，所述的绕线体(222)的数量为四个，且四个圆弧体(22b)的圆心分布在圆环体(221)圆心的周围。

3.根据权利要求1或2所述的单相无刷直流电机，其特征在于，本电机还包括转速闭环控制系统，所述的转速闭环控制系统包括速度模糊调节器(4)，在速度模糊调节器(4)上连接有电流PID调节器(5)，所述的电流PID调节器(5)与电机电磁部分(6)相连，所述的电机电磁部分(6)与电机机械运动部分(7)相连，所述的电机电磁部分(6)的信号反馈至速度模糊调节器(4)和电流PID调节器(5)之间的第二信号处理单元(8)，所述的电机机械运动部分(7)的信号反馈至连接在速度模糊调节器(4)上的第一信号处理单元(9)，在第一信号处理单元(9)上还连接有参考转速输入单元(10)。

4.根据权利要求1或2所述的单相无刷直流电机，其特征在于，所述的转子(3)的一端设有风叶头(31)，该风叶头(31)包括呈圆柱状的本体(31a)，在本体(31a)的一端设有能够与转子(3)相连的连接结构，另一端设有若干在圆周方向上均匀分布的凸体(31b)。

5.根据权利要求4所述的单相无刷直流电机，其特征在于，所述的连接结构包括呈同心圆布置的第一环形槽(31c)和第二环形槽(31d)。

6.根据权利要求4所述的单相无刷直流电机，其特征在于，所述的后骨架(21)包括呈矩形的架体(21a)，在架体(21a)的中心设有通孔(21b)，架体(21a)的一面设有用于固定定子体(22)的连接部(21c)，架体(21a)的另一面设有定位结构。

7.根据权利要求6所述的单相无刷直流电机，其特征在于，所述的连接部(21c)包括若干呈等腰梯形的凸起(210)，所述的凸起(210)在圆周方向均匀分布。

8.根据权利要求6所述的单相无刷直流电机，其特征在于，所述的架体(21a)上设有若干挂线针(21d)。