CN104539128A

CN104539128A - 多相式永磁直流电机

Info

Publication number: CN104539128A
Application number: CN201510000422.3A
Authority: CN
Inventors: 程开业; 童国力; 秦文萍
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2015-01-04
Filing date: 2015-01-04
Publication date: 2015-04-22

Abstract

本发明涉及永磁直流电机，具体为一种多相式永磁直流电机。解决现有永磁直流电机输出力矩不平衡、谐波发热严重等问题。该多相式永磁直流电机的定子每对极下有12 n 个槽，n=1/2，1，2，3……，定子的每一极对下设有对称分布且匝数相等的六相绕组，各相绕组的出线端相互连接；供电装置根据转子的位置及转速让直流电流依序通过（1-4） → （2-5）→（3-6）→（4-1）→ （5-2） → （6-3）穿过绕组，电机定子绕组会在气隙中产生一个顺时针旋转的磁场，在其驱动下，电机的转子也将顺时针旋转。该电机可广泛使用在变速，变轴功率的非恒速使用环境，如电动车，电梯，皮带机，船只等；还可应用于大功率、大启动力矩的调速设备，如石油，纺织等高精度装置中。

Description

多相式永磁直流电机

技术领域

本发明涉及永磁直流电机，具体为一种多相式永磁直流电机。

背景技术

现有的永磁直流电机转子为永磁体,定子开槽下绕组。定子绕组为三相布置的对称绕组,接为Y形接线。这样，在每一相正向导通时，必须将其他二相依次分别导通，作为电流的出口。但这种相间电流的切换，易造成电流的间断或冲击，使电机输出力矩不平衡，定子和转子的谐波发热严重，并且会发生供电装置中的电力开关管反向击穿等问题。

发明内容

本发明解决现有永磁直流电机输出力矩不平衡、谐波发热严重等问题，提供一种多相式永磁直流电机。

本发明是采用如下技术方案实现的：多相式永磁直流电机，由定子、转子和供电装置构成；转子的磁极为铁氧体或稀土永磁材料制成的永磁磁极；定子有12 n p 个槽，n=1/2，1，2，3……,p为极对数，定子的每一极对下设有对称分布且匝数相等的六相绕组，不同极对下的同相绕组相互串联或并联，各相绕组的出线端相互连接；供电装置根据转子的位置及转速按如下顺序依次连续地向定子绕组供电：第一相绕组的进线端为正、第四相绕组的进线端为负，第二相绕组的进线端为正、第五相绕组的进线端为负，第三相绕组的进线端为正、第六相绕组的进线端为负，第四相绕组的进线端为正、第一相绕组的进线端为负，第五相绕组的进线端为正、第二相绕组的进线端为负，第六相绕组的进线端为正、第三相绕组的进线端为负。本发明为了减少定子绕组的直流电流，提高电机调速的灵敏度，减少启动电流，将定子上每对极下的绕组，设为了对称布置，间隔均匀，绕组匝数相同的六相式。电机工作时，供电装置通过上述的供电方式，即让直流电流依序通过（1-4） → （2-5）→（3-6）→（4-1）→ （5-2） → （6-3）穿过绕组，电机定子绕组会在气隙中产生一个顺时针旋转的磁场。在其驱动下，电机的转子也将顺时针旋转。转子的转速将与气隙磁场在同一方向，亦以同步速度旋转。通过调节定子电流的导通频率，电流大小和方向，来改变转子的转速、转向和输出功率。当每次一对绕组导通时，中间无间断，使电机输出平稳，无脉冲的波形和反向冲击电压，提高电机功率。对所属领域技术人员来讲，实现上述供电方式的供电装置的结构是公知的或者是容易实现的。

本发明具有如下技术效果： 1、控制设备简单，相对于一般的交流变频控制电机设备少三分之一，使用更可靠。2、调速范围广，如0 至 4000转，启动电流小。3、减少交-直-交电源转换的无功45%，减低损耗20%以上。4、可广泛使用在变速，变轴功率的非恒速使用环境，如电动车，电梯，皮带机，船只等；由于更合理的工作方式和提高一倍的导通角控制，本发明还可应用于大功率、大启动力矩的调速设备，如石油，纺织等高精度装置中；同时它采用的控制方式和设备均以现有工业为基础，对产业升级的改造成本不高，是一个节能和有宽广用途的产品。

附图说明

图1为本发明所述电机的结构示意图；

图2为本发明所述电机定子绕组的结构及连接示意图；

图3为本发明所述电机定子槽为6个时的结构示意图；

图4为本发明所述电机的供电装置的一种具体电路原理图。

具体实施方式

多相式永磁直流电机，由定子、转子和供电装置构成；转子的磁极为铁氧体或稀土永磁材料制成的永磁磁极；定子有12 n p 个槽，n=1/2，1，2，3……,p为极对数（即定子的每一极对下有12n个槽），定子的每一极对下设有对称分布且匝数相等的六相绕组，不同极对下的同相绕组相互串联或并联，各相绕组的出线端相互连接；供电装置根据转子的位置及转速按如下顺序依次连续地向定子绕组供电：第一相绕组的进线端为正、第四相绕组的进线端为负，第二相绕组的进线端为正、第五相绕组的进线端为负，第三相绕组的进线端为正、第六相绕组的进线端为负，第四相绕组的进线端为正、第一相绕组的进线端为负，第五相绕组的进线端为正、第二相绕组的进线端为负，第六相绕组的进线端为正、第三相绕组的进线端为负。

具体实施时，每二相绕组的电气中心夹角为60度。定子铁芯为矽钢片垒压制成，与一般电机的结构相同。定子的每一极对下的六相绕组采用公知的下线方式，如可采用整跨距或大跨距或小跨距，可采用双层绕组或单层绕组。图3所示的是一种定子为6槽（n为1/2）的二极电机，采用的是双层绕组且是整跨距。再以一个定子槽为12（n为1）的二极电机为例，第1槽和第7槽放置第一相绕组，第2槽和第8槽放置第二相绕组，第3槽和第9槽放置第三相绕组，第4槽和第10槽放置第四相绕组，第5槽和第11槽放置第五相绕组，第6槽和第12槽放置第六相绕组，此电机定子绕组为整跨距的单层绕组。该例中，如果定子绕组的跨距小于6槽（如第1槽和第6槽或第5槽放置第一相绕组）为小跨距绕组；如果定子绕组的跨距大于6槽（如第1槽和第8槽放置第一相绕组）为大跨距绕组。如果采用双层绕组，每相绕组将有两个线圈，将两个线圈按常规串联即可。

图4给出了供电装置的一种具体电路原理图，该供电装置具有结构合理、新颖、独特、简单等特点。该供电装置包括六个正向导通电力开关管1a、2a、3a、4a、5a、6a，六个反向导通电力开关管1b、2b、3b、4b、5b、6b，具有六个控制输出端1c、2c、3c、4c、5c、6c的控制单元，和转子位置及转速传感器；六个正向导通电力开关管的阳极与电源正极相连，六个反向导通电力开关管的阴极与电源负极相连，六个正向导通电力开关管的阴极分别一一对应地与六个反向导通电力开关管的阳极相连，并作为供电装置的输出端与定子各相绕组的进线端相连；控制单元的第一控制输出端1c与第一正向导通电力开关管1a和第四反向导通电力开关管4b的控制极相连，控制单元的第二控制输出端2c与第二正向导通电力开关管2a和第五反向导通电力开关管5b的控制极相连，控制单元的第三控制输出端3c与第三正向导通电力开关管3a和第六反向导通电力开关管6b的控制极相连，控制单元的第四控制输出端4c与第四正向导通电力开关管4a和第一反向导通电力开关管1b的控制极相连，控制单元的第五控制输出端5c与第五正向导通电力开关管5a和第二反向导通电力开关管2b的控制极相连，控制单元的第六控制输出端6c与第六正向导通电力开关管6a和第三反向导通电力开关管3b的控制极相连；转子位置及转速传感器Wi的输出端与控制单元的输入端相连。工作时，转子位置及转速传感器Wi将采集的转子位置及转速信号传送给控制单元，控制单元在相应软件的支持下，依次控制其六个控制输出端，使一对电力开关管导通，实现一对绕组导通，从而完成电机所需的供电。该供电装置还包括用于采集供电电源电流、电压的电流传感器Ia、电压传感器Va，电流传感器Ia、电压传感器Va的输出端与控制单元的输入端相连，这样，可实现电源电流和电压的监测，当电源电流和电压出现异常时，控制单元可对电机进行适时保护。具体实施时，所述的电力开关管可以是晶闸管、场效应管等，转子位置及转速传感器Wi可以是电容、激光或摩尔元件等。所述的控制单元可以是单片机、PLC、内含CPU的处理装置等，其所涉及的软件是本领域技术人员容易实现的，或者可采用公知的软件，如软件包deng。控制单元还配置有指令输入外设。该供电装置兼容性好，降低了系统的工程造价，提高了运行的可靠性。

Claims

1.一种多相式永磁直流电机，由定子、转子和供电装置构成；转子的磁极为铁氧体或稀土永磁材料制成的永磁磁极；其特征在于，定子有12 n p 个槽，n=1/2，1，2，3……,p为极对数，定子的每一极对下设有对称分布且匝数相等的六相绕组，不同极对下的同相绕组相互串联或并联，各相绕组的出线端相互连接；供电装置根据转子的位置及转速按如下顺序依次连续地向定子绕组供电：第一相绕组的进线端为正、第四相绕组的进线端为负，第二相绕组的进线端为正、第五相绕组的进线端为负，第三相绕组的进线端为正、第六相绕组的进线端为负，第四相绕组的进线端为正、第一相绕组的进线端为负，第五相绕组的进线端为正、第二相绕组的进线端为负，第六相绕组的进线端为正、第三相绕组的进线端为负。

2.根据权利要求1所述的多相式永磁直流电机，其特征在于，所述供电装置包括六个正向导通电力开关管（1a、2a、3a、4a、5a、6a），六个反向导通电力开关管（1b、2b、3b、4b、5b、6b），具有六个控制输出端（1c、2c、3c、4c、5c、6c）的控制单元，和转子位置及转速传感器（Wi）；六个正向导通电力开关管的阳极与电源正极相连，六个反向导通电力开关管的阴极与电源负极相连，六个正向导通电力开关管的阴极分别一一对应地与六个反向导通电力开关管的阳极相连，并作为供电装置的输出端与定子各相绕组的进线端相连；控制单元的第一控制输出端（1c）与第一正向导通电力开关管（1a）和第四反向导通电力开关管（4b）的控制极相连，控制单元的第二控制输出端（2c）与第二正向导通电力开关管（2a）和第五反向导通电力开关管（5b）的控制极相连，控制单元的第三控制输出端（3c）与第三正向导通电力开关管（3a）和第六反向导通电力开关管（6b）的控制极相连，控制单元的第四控制输出端（4c）与第四正向导通电力开关管（4a）和第一反向导通电力开关管（1b）的控制极相连，控制单元的第五控制输出端（5c）与第五正向导通电力开关管（5a）和第二反向导通电力开关管（2b）的控制极相连，控制单元的第六控制输出端（6c）与第六正向导通电力开关管（6a）和第三反向导通电力开关管（3b）的控制极相连；转子位置及转速传感器（Wi）的输出端与控制单元的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的多相式永磁直流电机，其特征在于，供电装置还包括用于采集供电电源电流、电压的电流传感器（Ia）、电压传感器（Va），电流传感器（Ia）、电压传感器（Va）的输出端与控制单元的输入端相连。