CN202268791U - 电动车用五相永磁同步直流无刷电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电动车用五相永磁同步直流无刷电机，主要是针对现有技术中电机效率低、扭矩小、电机功率密度小、调速范围小等缺陷而设计的。本实用新型所述电动车用五相永磁同步直流无刷电机，包括：具有五相星形连接绕组的定子和相对于所述定子旋转的永磁体转子，流经所述绕组的电流在所述永磁体转子旋转到对应位置时换向。上述的结构，由于五相绕组不断切换，所以至少四相绕组同时工作，进入饱和状态时转速不会明显下降，定位扭矩大，脉动小；转矩不经减速直接起动负荷，反应速度快，能在堵转和低速下产生足够大的转矩平稳运行且不损坏电机和控制器，起动平滑，功率密度大；绕组换相避免了保持电磁转矩和磁钢磁极互成90度角的困扰。

Description

电动车用五相永磁同步直流无刷电机

技术领域

本实用新型涉及一种永磁直流无刷电机，特别涉及电动车用五相永磁同步直流无刷电机。 

背景技术

随着市场经济和行业技术的发展，消费者对产品的认识和要求也在不断提高。各地电机生产厂家在不断尝试着用各种方法提高电机效率和转矩，意在向市场提供性能更加稳定，更贴合消费者需求的电机。目前较为常见的解决办法有：增加磁钢磁通量，改变锭子厚度或改变锭子和轮毂直径等等。这些方法在一定程度上能够解决一些问题。但受到制约的因素也比较多，如：磁钢充磁的控制，锭子厚度的增加使电机启动时转动惯量的绝对值很大，电机启动电流较大，电机抖动幅度大，位置传感器和控制器的质量较大；增加锭子和轮毂直径又会使得生产成本大幅度提高。 

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种转速高、扭矩大、性能稳定且成本相对较低的电动车用五相永磁同步直流无刷电机。 

为达到上述目的，本实用新型电动车用五相永磁同步直流无刷电机，包括：具有五相星形连接绕组的定子和相对于所述定子旋转的永磁体转子，流经所述绕组的电流在所述永磁体转子旋转到对应位置时换向。 

进一步地，本实用新型所述的电动车用五相永磁同步直流无刷电机，还包括：用于感知所述永磁体转子相对于定子位置的传感器，以及根据传感器的输出来转换定子绕组中的电流以使永磁体转子相对于定子转动的控制器。 

进一步地，所述传感器为五个，分别对应于所述的五相星形连接的绕组设 置。 

特别地，所述传感器为霍尔传感器或光学传感器。 

特别地，所述控制器的输出信号经逆变电路后转换为正弦波电压信号。 

特别地，所述绕组为短矩绕组。 

进一步地，相线输出为5根。 

进一步地，所述的永磁体转子由2～100片磁钢构成。 

进一步地，所述定子周向设置有5～100个槽。 

本实用新型的有益效果是： 

1、本实用新型所述电动车用五相永磁同步直流无刷电机，工作时始终都能够保证至少有四相绕组在同时工作，普通三项电机进入饱和状态时转速会明显变低，而且扭矩也较小，而本实用新型所述电机在进入饱和状态时转速没有明显下降，扭矩也会比普通三项电机大20％左右，所以绕组利用率得到提高，电机效率进一步提高； 

2、传统的三相电机在额定转矩时，转子在不同位置上转矩的变化量很大，尤其在低转速时更容易产生转矩脉动，电动自行车用电机本身就属于低转速电机。本实用新型所述的电机正是采用了五相绕组，多对磁场来解决转矩脉动问题；拥有更宽的调速范围，可以不经减速直接启动负荷，反应速度快，机电时间常数小，约为十几秒到几十毫秒，电机定位扭矩大，脉动小，启动平滑，能在堵转和低速下运行，堵转情况下能够产生足够大的转矩而不损坏电机和控制器，很好的解决了电机定位扭矩大，脉动大这一常规理论矛盾点，在很低的转速下也能平稳运行，转速为每分钟几转至十几转转速波动仅占总转速的5％左右。 

3、传统的三相电机多为单相工作，故电机易饱和，而本实用新型所述 五相电机为双绕组并联工作，故大大地延伸了电机的饱和深度，整个作业平台比一般交流电机工作平台拓宽20％，使得电机功率密度大大提高。 

附图说明

图1是本实用新型的具体实施例的五相绕组连接结构示意图。 

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型做进一步的描述。 

如图1所示，本实用新型所述的电动车用五相永磁同步直流无刷电机，包括：具有五相星形连接绕组1的定子和相对于所述定子旋转的永磁体转子，流经所述绕组的电流在所述永磁体转子旋转到对应位置时换向。 

上述结构的电动车用五相永磁同步直流无刷电机，由于在工作时相间不断切换，所以至少能得到四相绕组同时工作。工作过程为：每次为四相绕组同时工作，上桥二相，下桥二相，根据对应位置的传感器译码得出上、下桥导通真值表。相比三相电机的工作过程为每次两相工作及上、下桥各一相导通，本实用新型所述电机功率储备以及进入饱和区的情况有较大幅度的提高，电机进入饱和状态时转速不会明显下降，扭矩也会比普通三相电机大20％左右，所以绕组利用率得到提高，电机效率进一步提高。 

其次，由于本实用新型所述的电机采用五相绕组，故整个定子均采用短距绕组，电机在额定转矩时，转子在不同位置上转矩的变化量很大，尤其在低转速时更容易产生转矩脉动，本电机正是采用了多相绕组，多对磁场来解决转矩脉动问题。再则本实用新型所述电动车用五相永磁同步直流无刷电机可以不经减速直接启动负荷，其主要原因在于：本实用新型所述电机始终都能够保证至少有四相绕组同时工作，即上、下桥各有两组绕组同时工作，其定位扭矩比原三相电机单绕组工作的定位扭矩要大近10N·M，故本实用新型所述电机启动一般的电动车都无需减速即可高速启动。本实用新型所述电机反应速度快，机电 时间常数小，可以达到十几秒到几十毫秒，能在堵转和低速下运行，堵转情况下能够产生足够大的转矩而不损坏电机和控制器，即使在很低的转速下也能平稳运行，转速为每分钟几转至十几转时转速波动仅占总转速的5％左右，启动性能好。 

作为本实用新型进一步地实施例，所述的电动车用五相永磁同步直流无刷电机，还包括：用于感知所述永磁体转子相对于定子位置的传感器，以及根据传感器的输出来转换定子绕组中的电流以使永磁体转子相对于定子转动的控制器。 

于一具体实施例中，所述的传感器可以为五个，分别对应于所述的五相星形连接的绕组设置，用于实时感知绕所述定子旋转的转子的位置。传感器将转子的旋转位置变换成信号传递给控制器，所述控制器根据接收到的信号控制所述定子各相绕组按预定次序导通，定子相电流随转子的旋转位置变化而按预定的次序换相。本实用新型所述电机，结构简单、运行可靠、维护方便、运行效率高。 

其中，上述实施例中，所述传感器可以为霍尔传感器或光学传感器。所述控制器的输出信号经逆变电路后转换为正弦波电压信号；随之，电机的气隙磁通波形为正弦波，流经所述绕组的电流波形为正弦波。 

优选地，本实用新型中所述的绕组为短矩绕组；相线输出为5根。 

本实用新型的电动车用五相永磁同步直流无刷电机，转子由2片-100片磁钢组成，对应定子周向设置有5-100个槽；具有以下优点：1、电机是分数槽电机，从而启动扭矩大、脉动扭矩小、抖动小平稳。2、磁路均匀，磁场分布均匀，绕组安排合理，既可以提高生产率又可以提高系统效率。 

目前国内电动车行业普遍采用三相无刷直流电机，而五相电机在电路采点方面的频率要高于三相电机。五相电机工作过程为两上、两下绕组同时工作，电机有效工作平台相比普通电机拓宽了20％，而三相电机的工作为单上、单下 绕组工作，电机易饱和；五相电机绕组采用并联工作，在运行过程中，万一有一相损坏，也不会影响工作状态，所以五相电机相比三相电机有很大的优越性。 

以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。 

Claims (9)

1.一种电动车用五相永磁同步直流无刷电机，其特征在于，包括：具有五相星形连接绕组的定子和相对于所述定子旋转的永磁体转子，流经所述绕组的电流在所述永磁体转子旋转到对应位置时换向。

2.根据权利要求1所述电动车用五相永磁同步直流无刷电机，其特征在于，还包括：用于感知所述永磁体转子相对于定子位置的传感器，以及根据传感器的输出来转换定子绕组中的电流以使永磁体转子相对于定子转动的控制器。

3.根据权利要求2所述电动车用五相永磁同步直流无刷电机，其特征在于，所述传感器为五个，分别对应于所述的五相星形连接的绕组设置。

4.根据权利要求2或3所述电动车用五相永磁同步直流无刷电机，其特征在于，所述传感器为霍尔传感器或光学传感器。

5.根据权利要求2所述电动车用五相永磁同步直流无刷电机，其特征在于，所述控制器的输出信号经逆变电路后转换为正弦波电压信号。

6.根据权利要求1所述电动车用五相永磁同步直流无刷电机，其特征在于，所述绕组为短矩绕组。

7.根据权利要求1所述电动车用五相永磁同步直流无刷电机，其特征在于，相线输出为5根。

8.根据权利要求1所述电动车用五相永磁同步直流无刷电机，其特征在于，所述的永磁体转子由2～100片磁钢构成。

9.根据权利要求1所述电动车用五相永磁同步直流无刷电机，其特征在于，所述定子周向设置有5～100个槽。 

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