CN102751837B - 无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

本发明的无刷直流电机，包括电机外圈和内圈，电机外圈由若干间隔设置的外圈磁极构成，电机内圈也由若干间隔设置的内圈磁极构成；特征在于：所述外圈磁极内侧弧线长度是内圈磁极外侧弧线长度的1.3～1.8倍。优选为1.5倍；电机内圈可由依次均匀分布的多个六相绕组组成。本发明使得外圈磁极与内圈磁极的结构关系达到最佳，避免了电机启动时的晃动问题，使得启动更加平稳。通过间隔地设置多个六相绕组，再每个绕组中电流方向进行控制，有效地实现了电机的启动和转动。本发明具有结构合理、有益效果显著和便于推广应用的优点。

Description

无刷直流电机

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机，更具体的说，尤其涉及一种外圈磁极内侧弧线长度是内圈磁极外侧弧线长度1.3～1.8倍的无刷直流电机。

背景技术

随着人类对地球上非可再生资源的大肆掠夺，导致譬如煤、石油、天然气日益减少。面对非可再生能源的日益枯竭，人类不得不寻求别的可替代能源。燃油汽车作为石油消耗的主要形式，在石油资源日益减少的情况下，迫使人们不得不发展其它形式的交通工具。

    电动汽车的能源形式来源广泛，可广泛利用由太阳能、风能、核能等清洁能源产生的电能，电动汽车的发展日益得到人们的重视。直流电机作为电动汽车的核心部件，其结构形式是否科学合理，直接影响到整个电动汽车的性能。现有无刷直流电机在启动时容易产生“起步晃动”的情形，致使电机在启动时只是来回前后摇摆，且震动强烈，是现有电动汽车电机普遍存在的一种不良现象。究其原因，是由于电机的内圈磁极与外圈磁极之间存在作用力平衡而造成的。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种外圈磁极内侧弧线长度是内圈磁极外侧弧线长度1.3～1.8倍的无刷直流电机。

本发明的无刷直流电机，包括电机外圈和与电机外圈相配合的电机内圈，电机外圈由若干间隔设置的外圈磁极构成，电机内圈也由若干间隔设置的内圈磁极构成；其特别之处在于：所述外圈磁极内侧弧线长度是内圈磁极外侧弧线长度的1.3～1.8倍。

电机内圈和电机外圈均由若干间隔设置的磁极构成，磁极可采用永磁体，也可通过线圈绕组通电产生；可由电机内圈作为转子，也可由电机外圈作为转子，根据实际情况选取、设定。将外圈磁极内侧的弧线长度设置为内圈磁极外侧弧线长度的1.3～1.8倍，可使电机转动的过程，外圈磁极与内圈磁极有较佳的位置关系，解决了电机不易启动的问题，避免电机启动时的晃动现象。

本发明的无刷直流电机，所述外圈磁极内侧弧线长度是内圈磁极外侧弧线长度的1.5倍。外圈磁极与内圈磁极采用1.5倍的形式，使得外圈磁极与内圈磁极的位置关系达到最佳，再配合以控制电路对励磁线圈的控制，可使电机十分容易的启动起来，并具有较大的起步力矩。

本发明的无刷直流电机，所述外圈磁极的数目是内圈磁极数目的1.5倍。外圈磁极与内圈磁极采用1.5倍的数目关系，有利于实现转子有步调的运动。

本发明的无刷直流电机，所述电机内圈由依次均匀分布的多个六相绕组组成；六相绕组中每个绕组的电流方向可分别进行控制，在电机运行过程中，同一六相绕组中间隔的四相绕组依次通电。电机内圈采用六相绕组间隔设置的形式，并通对每一绕组中电流方向的控制，可有效地实现电机的启动，以及启动之后的转速控制。在电机工作的过程中，同一六相绕组中间隔的四相绕组依次通电，就相当于“双电机”在工作，有利于输出更大的扭矩，满足动力要求更高的场合。

本发明的无刷直流电机，所述外圈磁极的数量为8对，内圈磁极的数量为12对。

本发明的无刷直流电机，所述内圈磁极上设置有用于检测电机内圈与电机外圈相对位置关系的霍尔元件。霍尔元件设置在电机内圈和电机外圈上，用于检测电机内圈和电机外圈的相对位置关系。

本发明的无刷直流电机，还包括用于控制内圈正三相绕组和内圈反三相绕组中绕组的控制电路，所述控制电路通过二极管、开关管或单片机控制流经绕组中的电流方向。

本发明的有益效果是：（1）本发明通过将外圈磁极内侧弧线长度设置为内圈磁极外侧弧线长度的1.3～1.8倍，并取最佳值为1.5倍，使得外圈磁极与内圈磁极的结构关系达到最佳值，配以控制电路对线圈中励磁电流的控制，不仅有效地避免了电机启动时的晃动问题，使得启动更加平稳，而且使得整个电机的运行更加平稳。（2）通过在电机内圈上间隔地设置六相绕组，再利用控制电路对线圈中电流方向的控制，有效地实现了电机的启动和转动。（3）本发明可以通过霍尔元件获取内、外圈磁极的相对位置关系，还可通过程序来控制转子按照设定值进行有步调的运行。（4）本发明的无刷直流电机在做成六相绕组时，同一时刻有四相绕组通电，相当于“双电机”工作形式，可以进行较大动力输出。

附图说明

图1为本发明的无刷直流电机B、C绕组通正向电流，E、F绕组通反向电流的开始时刻；

图2为本发明的无刷直流电机C、D绕组通正向电流，F、A绕组通反向电流的开始时刻；

图3为本发明的无刷直流电机D、E绕组通正向电流，A、B绕组通反向电流的开始时刻；

图4为本发明的无刷直流电机E、F绕组通正向电流，B、C绕组通反向电流的开始时刻；

图5为本发明的无刷直流电机F、A绕组通正向电流，C、D绕组通反向电流的开始时刻；

图6为本发明的无刷直流电机A、B绕组通正向电流，D、E绕组通反向电流的开始时刻；

图7为本发明的无刷直流电机B、C绕组通正向电流，E、F绕组通反向电流的开始时刻；

图中：1外圈磁极，2内圈磁极，3、4六相绕组，5外圈N磁极，6外圈S磁极。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的无刷直流电机的结构示意图，所示的电机外圈由若干个外圈磁极1组成，电机内圈由若干个内圈磁极2组成；内圈磁极2与外圈磁极1相配合，根据实际需要，外圈磁极1和内圈磁极2均可作为转子使用。外圈磁极1内侧的弧线长度为内圈磁极2外侧弧线长度的1.3～1.8倍，最佳选为1.5倍。图1～图7给出的无刷直流电机中，外圈磁极1内侧的弧线长度均为内圈磁极2外侧弧线长度的1.5倍，使得外圈磁极1与内圈磁极2有较佳的位置关系，避免电机启动时的晃动现象。

所示的内圈磁极2上相邻的六个线圈为一组，称之为六相绕组，六相绕组间隔设置；每一相绕组中包括A、B、C、D、E、F六个绕组，且每个绕组中的电流方向均可进行控制。图中给出的直流电机中，外圈磁极1的数量为8对，内圈磁极2的数量为12对。

图1给出了无刷直流电机B、C绕组通正向电流，E、F绕组通反向电流的开始时刻，设电机内圈为转子，图中所示的内圈磁极2的极性均为线圈通正电时产生的。在图1中所示的位置时刻，B、C绕组通正向电流、E、F绕组通反向电流，A、D绕组不通电。

此时，B绕组所在的内圈磁极呈S极性，受到相邻外圈S磁极6的斥力和相邻外圈N磁极5的吸力，具有顺时针运动的趋势；C绕组所在的内圈磁极呈N极性，受到相邻外圈N磁极5的斥力和外圈S磁极6的吸力，具有顺时针运动的趋势。

E绕组通反向电流，所在的内圈磁极呈S极性，受到相邻外圈S磁极6的斥力和相邻外圈N磁极5的吸力，也具有顺时针运动的趋势；F绕组通反向电流，F绕组所在的内圈磁极呈N极性，受到相邻外圈N磁极5的斥力和外圈S磁极6的吸力，也具有顺时针运动的趋势。

通过分析可知，通有电流的B、C、E、F绕组所在的磁极均受到顺时针方向的作用力，故电机内圈会沿顺时针转动。

转动到图2所示位置时（本实施例下相当于转动了7.5度），开始对C、D绕组通正向电流，F、A绕组通反向电流；此刻，C绕组所在的内圈磁极2为N极性，受到外圈N磁极5斥力的同时也受到外圈S磁极6的吸引力，具有顺时针运动的趋势；D绕组所在的内圈磁极2为S极性，会受到外圈S磁极6的斥力和外圈N磁极5的吸引, 具有顺时针运动的趋势。采用上述同样的分析可知，C、D、F、A所在的内圈磁极2均受到顺时针方向的作用力；在磁力的作用下会继续顺时针转动。

转动到图3所示位置时（顺时针转动7.5度），开始对D、E绕组通正向电流，A、B绕组通反向电流，采用上述同样的分析可知，D、E、A、B所在的内圈磁极2也均受到顺时针方向的作用力；在磁力的作用下会继续顺时针转动。

转动到图4所示位置时（顺时针转动7.5度），开始对E、F绕组通正向电流，B、C绕组通反向电流，采用上述同样的分析可知，E、F、B、C所在的内圈磁极2也均受到顺时针方向的作用力；在磁力的作用下会继续顺时针转动。

电机内圈转动到图5所示位置时（顺时针转动7.5度），开始对F、A绕组通正向电流，C、D绕组通反向电流，采用与图1中同样的分析过程可知，F、A、C、D绕组所在的内圈磁极2也均受到顺时针方向的作用力；电机内圈在磁力的作用下会继续顺时针转动。

电机内圈转动到图6所示位置时（顺时针转动7.5度），开始对A、B绕组通正向电流，D、E绕组通反向电流，采用同样的分析过程可知，A、B、D、E绕组所在的内圈磁极2也均受到顺时针方向的作用力；电机内圈在磁力的作用下会继续顺时针转动。

当电机内圈转动到图7所示的位置时，是重新对B、C绕组通正向电流，E、F绕组通反向电流的时刻，至此，本发明的无刷直流电机完成了一个完整的通电周期，通过依次循环通电，可使电机长时间运行下去。

其中，绕组中的电流方向，可通过二极管、开关管或单片机进行控制。对电机内圈转动角度的检测，可通过霍尔元件来实现；假设三个霍尔元件分别设置在B、C线圈所在内圈磁极上的中间部位（分别称之为b霍尔、c霍尔）以及设置在B、C线圈所在磁极之间位置（称之为bc霍尔）。则在图1的位置时刻，b霍尔感应最弱，c、bc霍尔感应较强；图2时刻，b、bc霍尔感应较强，c霍尔感应最弱；图3时刻，bc感应最弱，b、c霍尔感应较强；图4时刻，b霍尔感应最弱，c、bc霍尔感应较强；在图5时刻，c霍尔感应最弱，b、bc霍尔感应最强；在图6时刻，bc霍尔感应最弱，a、b霍尔感应较强；这样，就可有效、准确地实现对电机内圈与电机外圈相对位置关心的检测。进而实现对电机的有效控制。

Claims (2)

1.一种无刷直流电机，包括电机外圈和与电机外圈相配合的电机内圈（2），电机外圈由若干间隔设置的外圈磁极（1）构成，电机内圈也由若干间隔设置的内圈磁极（2）构成；其特征在于：所述外圈磁极内侧弧线长度是内圈磁极外侧弧线长度的1.3～1.8倍；

所述外圈磁极的数目是内圈磁极数目的1.5倍；

所述电机内圈由依次均匀分布的多个六相绕组（3）组成；六相绕组中每个绕组的电流方向可分别进行控制，在电机运行过程中，同一六相绕组中间隔的四相绕组依次通电；

所述外圈磁极（1）的数目为8对，内圈磁极（2）的数目为12对；

所述内圈磁极上设置有用于检测电机内圈与电机外圈相对位置关系的霍尔元件；

还包括用于控制内圈正三相绕组和内圈反三相绕组中绕组的控制电路，所述控制电路通过二极管、开关管或单片机控制流经绕组中的电流方向。

2.根据权利要求1所述的无刷直流电机，其特征在于：所述外圈磁极内侧弧线长度是内圈磁极外侧弧线长度的1.5倍。