CN1905333A

CN1905333A - 层绕组及基于层绕组的恒功率永磁无刷直流电机

Info

Publication number: CN1905333A
Application number: CN 200610019939
Authority: CN
Inventors: 陈贤珍
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2007-01-31

Abstract

本发明公开了一种层绕组及基于层绕组的恒功率永磁无刷直流电机，涉及一种永磁无刷直流电机。层绕组的结构为W_ni，W_nj，W_nk……W_nm，即一种匝数为W、层数为n、每层支路数为i、j、k……m的绕组；其中：W、n为自然数，i、j、k……m为正整数。一种基于层绕组的恒功率永磁无刷直流电机，由绕组(1)、转子(2)、转子位置检测器(3)、控制器(4)、逆变器(5)、直流电源(6)组成；所述绕组(1)为层绕组。本发明利用层绕组可以实现特性任意变化的电机的设计和制造；可以利用单CPU或双CPU的多种计算机高级语言控制，从而提升永磁无刷直流电机的性能和技术水平；利用层绕组还可以扩大感应电机的调速范围和扩大电机的许多应用领域。

Description

层绕组及基于层绕组的恒功率永磁无刷直流电机

技术领域

本发明涉及一种永磁无刷直流电机，尤其涉及一种层绕组及基于层绕组的恒功率永磁无刷直流电机。

背景技术

永磁无刷直流电机是用电子换向替代电刷换向的一种新型直流电机，它主要由转子位置检测器、控制器和电机本体三部分组成。

本申请人下列的6项专利均涉及到永磁无刷直流电机：

1、永磁直流电动机外转子结构(ZL95200391.0)；

2、永磁无刷电动装置(ZL00229528.8)；

3、适于软换档的无刷永磁直流电动机定子绕组(ZL00229603.8)；

4、软换档驱动装置及采用该装置的电动车(ZL03222946.1)；

5、性能参数可调的无刷直流电机(US4528486)；

6、电子换向的电机、运行手法、控制电路、洗衣机及专门的驱动(US5821660)。

现有电动车用的永磁无刷直流电机由绕组、转子、转子位置检测器、控制器、逆变器、直流电源组成。

常规的电机，包括感应电机，同步电机……，以及上述所列永磁无刷直流电机，它们的绕组均是以极数、槽数、相数构成，常常采用单层绕组(每槽内放一个线啳边)或双层绕组(每槽内放两个线啳边)；即使是多层绕组，最多是两个双层即4层绕组。该类绕组均是以每一个线啳构成绕组单元，分为线啳组、相绕组接法。

所述的线啳组接法是：按极数、相数分为极相组，根据槽矢量图进行连接。

所述的相绕组接法是：根据每一线啳组的相位及幅值进行串并联连接。

上述接法的现有电机中串并联支路数与磁极数和相数有关，在槽数一定时，具有一定的数量限制。例如采用分数槽绕组时，连接选择并联支路时更显得突出。

随着科学技术的飞速进步和人们生活水平的不断提高，人们对电机功能的要求越来越高，尤其是永磁无刷直流电机在电动车中的广泛应用，迫切需要较好的运行特性和较宽的调速范围。

现有的永磁无刷直流电机及上述6项专利均采用上述已有的绕组连接法，常常具有并励电机特性(即使是上述第3、4项专利也未采用本发明的层绕组和接法。)，因而不能达到恒功率变绕组调速，使电机得不到充分的应用；分档运行时往往不能达到一档运行时的最佳功率。

另外，现有的电机绕组往往是由一套绕组构成或两套绕组分别设计于不同极数，而使两套绕组分别使用。由于电机装有两套绕组又只使用一套绕组，故使电机利用率较低。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种层绕组及基于层绕组的恒功率永磁无刷直流电机。

本发明的目的是这样实现的：

首先提出一种层绕组的概念和构成方法，即将电机绕组形成多种串并联连接方式以改变电机的运行特性，进而将该层绕组用于永磁体无刷直流电机，使“可变的绕组连接电路”和“电脑计算机编程的专用芯片控制电路”集成一体，构成一种新型的永磁无刷直流电机。该电机的优点在于在较宽范围内实现恒功率调速。

一、层绕组

以每一层绕组构成电机绕组单元(每一层绕组的构成原理和方法与常规电机一样。)；

层绕组的结构为W_ni，W_nj，W_nk……W_nm，即一种匝数为W、层数为n、每层支路数为i、j、k……m的绕组；其中：W、n为自然数，i、j、k……m为正整数。

具体描述如图1，为：

W₁₁ W₁₂ W₁₃……W_1i

W₂₁ W₂₂ W₂₃……W_2j

W₃₁ W₃₂ W₃₃……W_3k



W_n1 W_n2 W_n3……W_nm

其中：

W₁、W₂、W₃……W_n分别表示第1层、第2层、第3层……第n层绕组的匝数；

W_1i，I＝1，2，3……i表示第1层绕组的各条支路，i表示第1层绕组的最大并联支路数；

n表示层绕组的层数；

i、j、k……m表示每层可连接的最大并联支路数。

例如W₆₃表示第6层绕组的第3条支路，其匝数为W₆；它具有的导线截面应与第6层各并联支路一样由设计决定，当它们并联或串联时可承担的电流能力有i₆₃＝i₆₂＝i₆₁＝……＝i_6r，其中r为第6层的最大并联支路；

n、m、i、j、k根据电机的结构尺寸，如槽形及功率、转速以及运行特性要求等电磁数据经电磁设计确定。

二、基于层绕组的恒功率永磁无刷直流电机

如图2，本基于层绕组的恒功率永磁无刷直流电机由绕组1、转子2、转子位置检测器3、控制器4、逆变器5、直流电源6组成；

直流电源6、逆变器5、绕组1依次连接；

转子位置检测器3、控制器4、逆变器5依次连接；

由直流电源6经过逆变器5、控制器4分别给绕组1供电和控制；

所述绕组1为层绕组。

本基于层绕组的恒功率永磁无刷直流电机与现有永磁无刷直流电机不同之处在于：

1、绕组有n层

当每层绕组单元采用为单层绕组时，2≤n≤8；

当每层绕组单元采用为单层绕组时，4≤n≤16；

当n＝4时，每层至少有一个组合与常规不一样。

2、由层绕组组合多种连接电路，而每一种电路对应于一种运行特性(速度—转矩)。

3、各种连接电路动态组合成电机的各种工况运行，实现了一种最佳工作状态。

由于是恒功率，而功率比例于转矩×速度＝常数，则：

启动或上坡时，使转矩大而速度慢；平路行驶时，使转矩小而速度快。

4、可实现下列控制：

1)计算机编程自动控制；

2)自动的“软换档控制”；

3)双CPU或多CPU控制。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有下列优点和积极效果：

1、利用层绕组可以实现特性任意变化的电机的设计和制造。

2、由于采用层绕组实现电机多种串并联支路的连接，可以利用单CPU或双CPU的多种计算机高级语言控制，从而提升永磁无刷直流电机的性能和技术水平，为更广泛的高技术应用创造条件。

3、利用层绕组还可以扩大感应电机的调速范围和扩大电机许多应用领域。

4、本发明将创造一个新兴产业。

附图说明

图1-层绕组的结构示意图；

图2-基于层绕组的恒功率永磁无刷直流电机示意图；

图3-W₁₂、W₂₂、W₃₁的结构示意图；

图4-W₁₂、W₂₂、W₃₁电路图之一；

图5-W₁₂、W₂₂、W₃₁电路图之二；

图6-W₁₂、W₂₂、W₃₁电路图之三。

其中：

1-绕组；

2-转子；

3-转子位置检测器；

4-控制器；

5-逆变器；

6-直流电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、层绕组

本发明的层绕组是由各层绕组通过一定的连接方式组成总的电机绕组电路。

层绕组可以根据电机要求的运行特性和提供的电机结构设计；串并联方式可由设计人自由选择组合综合设计，而不受磁极数限制。

1、每层绕组或为单层绕组，或为双层绕组。

2、每层绕组或为分布式，或为集中式。

所述的分布式是绕组放于槽中，分布在电枢圆周上。

所述的集中式是绕组集中绕放在一个个磁板上。

3、每层绕组或为多个串联支路，或为多个并联支路，或为多个串并联混合支路。

4、各层绕组串连匝数和并联支数，或相同，或不相同。

5、各层绕组间的连接，或串连，或并联。

6、层绕组或单相，或多相，由各层绕组组成总电机绕组电路。

7、层绕组连接法，或为Y型，或为YY型，或为其它常用连接方式。

所述的Y型是？(请补充)电机每相末端连接在一起，首端ABC分别为引出线用以接入电流。常称为星形接法。

所述的YY型是将电机绕组接成两个星形，再将首端并联接入电源。常称双星形接法。

二、层绕组实施例

一种W₁₂、W₂₂、W₃₁的层绕组，即绕组有3层，第1层绕组W₁有2条支路，第2层绕组W₂有2条支路，第3层绕组W₃有1条支路；其结构如图3。

每一绕组的设计根据其在电路中实际运行电流及电压来确定。

具体电路有：

1、如图4，第1层绕组W₁的第1支路、第2支路，第2层绕组W₂的第1支路、第2支路，第3层绕组W₃的第1支路依次串联。

2、如图5，第1层绕组W₁的第1支路、第2支路并联，第2层绕组W₂的第1支路、第2支路并联，第1层绕组W₁、第2层绕组W₂、第3层绕组W₃依次串联。

3、如图6，第1层绕组W₁的第1支路、第2支路并联，第2层绕组W₂的第1支路、第2支路串联，第1层绕组W₁、第2层绕组W₂、第3层绕组W₃依次串联。

三、关于控制器4

控制器4或为计算机编程自动控制器，或为自动的软换档控制器，或为双CPU控制器，或为多CPU控制器，上述控制器均有上市产品。

Claims

1、一种层绕组，其特征在于：

以每一层绕组构成电机绕组单元；

层绕组的结构为W_ni，W_nj，W_nk……W_nm，即一种匝数为W、层数为n、每层支路数为i、j、k……m的绕组；

其中：W、n为自然数，i、j、k……m为正整数。

2、按权利要求1所述的层绕组，其特征在于：

每层绕组或为单层绕组，或为双层绕组。

3、按权利要求1所述的层绕组，其特征在于：

每层绕组或为分布式，或为集中式。

4、按权利要求1所述的层绕组，其特征在于：

每层绕组或为多个串联支路，或为多个并联支路，或为多个串并联混合支路。

5、权利要求1所述的层绕组，其特征在于：

各层绕组串连匝数和并联支数，或相同，或不相同。

6、按权利要求1所述的层绕组，其特征在于：

各层绕组间的连接，或串连，或并联。

7、按权利要求1所述的层绕组，其特征在于：

层绕组或单相，或多相，由各层绕组组成总电机绕组电路。

8、按权利要求1所述的层绕组，其特征在于：

层绕组或为Y型连接，或为YY型连接，或为其它常用连接方式。

9、一种基于层绕组的恒功率永磁无刷直流电机，包括绕组(1)、转子(2)、转子位置检测器(3)、控制器(4)、逆变器(5)、直流电源(6)；

其特征在于：

直流电源(6)、逆变器(5)、绕组(1)依次连接；

转子位置检测器(3)、控制器(4)、逆变器(5)依次连接；

由直流电源(6)经过逆变器(5)、控制器(4)分别给绕组(1)供电和控制；

所述绕组(1)为层绕组。

10、按权利要求9所述的一种基于层绕组的恒功率永磁无刷直流电机，其特征在于：

控制器(4)或为计算机编程自动控制器，或为自动的软换档控制器，或为双CPU控制器，或为多CPU控制器。