CN211981713U - 全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路，本发明的全磁极逐相驱动无刷电机和驱动器电路，定子线圈的绕制方式是同一相绕组的线圈是在单个电枢齿的相邻二个齿槽间绕制和驱动电路在每次驱动时给至少二相绕组通电驱动，在提高电机功率的同时又避免了传统的无刷电机中有一定数量的电枢齿受到一组绕组产生南极而同时又被另一组绕组产生北极使电能利用效率降低的弊端，并在每一时刻精确驱动多相电机绕组，提高了绕组线圈的利用率和提高了电能的驱动功率。在每次驱动时对磁性转子的全部南极和北极都同时进行驱动并由此而使得转子的转矩和功率增加，采用不同的调速方法使之具有转速大范围保持大转距的特点并同时实现了高的电能驱动效率和功率。

Description

全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路

本发明公开了全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路，包括无刷电机和无刷电机驱动器电路。

技术领域

本发明涉及无刷电机和无刷电机驱动器电路技术领域。

背景技术：

无刷电机由电机主体和驱动电路组成，是一种典型的机电一体化产品。

在新能源电动汽车中广泛采用无刷电机，它的效率直接影响电动汽车的单次充电后的巡航里程，如何提高无刷电机的效率成为极为关键的因素。而提高无刷电机的功率也是使用中极为重要的因素，高效的电能驱动才能带来高效的能量转换从而带来更长的续航里程和节约能源，而提高无刷电机的功率也是重要的需求。在传统的无刷电机中，大量采用绕组线圈跨电枢齿的绕制方式，如三相绕组的无刷电机大部分是按跨过二个电枢齿绕制的，为了提高输出功率和绕组线圈利用率几乎都是延用三相交流电机的星型接法和三角接法，其每次通电都至少流过二相线圈，但因这二相线圈安装的物理位置的不同，当二组线圈同时通电驱动时在各个电枢齿产生的磁性往往都是按“。。。南南无北北无南南无。。。”的磁极分布，这之中的“无”实际上是一组绕组在该电枢齿产生南极，而同时另一组绕组在该电枢齿产生北极相互抵消所致，该部分电能实际上是浪费了，使得效能下降。

由上述可以看到，为提高无刷电机的效率和性能就必须对绕组的绕制和驱动进行改进，提高驱动效率以实现最佳的动力输出，从而提高新能源电动汽车的巡航里程，并且提高无刷电机的转矩和电机的轻量化也是极为关键的技术和国家对无刷电机的要求。

发明内容

在本发明的无刷电机中，无刷电机绕组的定子线圈的绕制方式是在单个电枢齿的相邻二个齿槽间绕制并对转子的南极和北极都同时进行驱动，增大了转矩，每一个驱动时刻驱动多相绕组增大了驱动功率提高了绕组线圈利用率，故命名为全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路。并且其PWM脉宽调制可调节使其一直处于高占空比状态，转速的调节由另外的驱动脉冲的频率提供，而不是通常的PWM脉宽调速，PWM脉宽调制脉冲在各个速度上都保持较高的占空比，从而使其具有高效率和转速大范围保持高转距的特点，并可以在速度保持基本不变而转矩可以减小的情况下减小脉宽而进一步节约电能。

本发明的无刷电机绕组的转子在内转子结构时是在绕有线圈的外定子内的径向充有永磁性的圆柱体磁性材料圆柱，该圆柱也可据制造工艺采用在圆柱形导磁体上镶嵌永磁体的方式构成，该圆柱体磁性材料可以是实心的也可以是空心的；在外转子结构时是在绕有线圈的内定子外的径向充有永磁性的圆环状磁性材料圆环，也可据制造工艺采用在圆环形物体上固定永磁体等方式构成。

本发明的无刷电机每一相绕组使用二个磁性位置传感器以识别每一相绕组的二个驱动状态，并采用切换磁性位置传感器的方法实现转向变换，外定子线圈绕制和磁性位置传感器以及转子结构示意图见附图1，图2，图3和图4。

本发明的无刷电机转子驱动方式是对定子线圈多相顺序通电，对三相无刷电机而言在每一个驱动状状态给二相线圈通电，驱动转子转动一个齿位，在下一个驱动状态也是给二相线圈通电，驱动转子又转动一个齿位，如此往复，从而构成转子的旋转，并且每次驱动都驱动转子上的全部南极和北极。

本发明的无刷电机的驱动电路由可调控制转速的脉冲振荡器，相序产生器，PWM脉宽调制器，占空比调节器，用于比较传感器信号和相序信号的与门，和带动各相绕组线圈的桥式功率驱动器(一般是大功率MOS管或者IGBT复合全控型电压驱动式功率半导体器件模块)构成。

附图说明

图1是本发明的无刷电机结构示意图(以内转子三相8磁极，24槽为例)，M1是定子电枢，M2是内转子，1到24是定子的电枢齿，H1，H2，H3，H4，H5，H6是位置传感器，U+和U-分别是U相绕组的起始端，V+和V-分别是V相绕组的起始端，W+和W-分别是W相绕组的起始端，定子内绕组线上的箭头表示各个绕组在该电枢齿的绕向；H1，H2，H3，H4，H5，H6是磁性位置传感器(以三相驱动为例，对于N相电机可按此方式增加磁性位置传感器)。

图2，图3，图4是本发明的无刷电机三相绕组的分别结构示意图和绕组位置及绕向示意图(以内转子三相8磁极，24槽为例)，M1是绕制线圈的外定子，1到24是定子的电枢齿，定子绕组线上的箭头表示该绕组在该电枢齿的绕向；M2是永磁体内转子，S1，S2，S3，S4是永磁体内转子的南极，N1，N2，N3，N4是永磁体内转子的北极。

图5是本发明的外转子无刷电机结构示意图(以外转子三相4磁极，12槽为例)，②是永磁体外转子，①是绕制线圈的内定子电枢，N和S是永磁体外转子的4个南北极，US，UN是某一时刻U相绕组通电时定子上该电枢齿产生的南极和北极，VS，VN是另一时刻V相绕组通电时定子上该电枢齿产生的南极和北极，WS，WN是不同时刻W相绕组通电时定子上该电枢齿产生的南极和北极，H1，H2，H3，H4，H5，H6是位置传感器。绕组线圈绕制方法和内转子结构相同，同一相绕组在单个电枢齿的相邻二个齿槽间绕制和相邻二个线圈绕制方向相反，为清晰起见此处省去未画。

图6到图11是本发明的无刷电机在各个驱动状态的工作意图(以内转子三相8磁极，外定子24槽为例，三相六驱动状态)，M1是绕制线圈的外定子电枢，SU和NU是U相绕组在该驱动状态时在这个电枢齿产生的南北极；SV和NV是V相绕组在该驱动状态时在这个电枢齿产生的南北极；SW和NW是W相绕组在该驱动状态时在这个电枢齿产生的南北极；H1，H2，H3，H4，H5，H6是磁性位置传感器。

图12和图13都是本发明的驱动电路的示意图(以三相驱动为例，对于N相电机可按此方式增加驱动相数)SW1是转动/停止开关，图11是后推式驱动电路，具体而言就是把当前应该处于驱动状态的绕组加上刚过去的驱动状态的绕组共同进行驱动，如当前驱动状态是驱动状态1时，是用绕组U加上绕组W来驱动；图12是前推式驱动电路，具体而言就是把当前应该驱动的绕组加上将要驱动状态的绕组共同进行驱动，如当前驱动状态是驱动状态1时，是用绕组U加上绕组V来驱动；他们二者没有根本的区别，只是要移动磁性传感器安装的位置，在下面的具体实施方式中以图13前推式驱动电路来描述。

图14为本发明的桥式功率驱动器电路示意图(以三相驱动为例，对于N相电机可按此增加驱动相数)。

图15是本发明的转向切换电路示意图，SW2是正转/反转开关，由采用切换不同的磁性位置传感器的方式实现转向改变。

具体实施方式

本发明提供全磁极多相驱动无刷电机和其驱动电路，由磁性异性相吸，同性相斥原理，在吸引力转动方式时在无刷电机内将位置传感器位于驱动线圈的前方，位置传感器给出信号后由驱动器给该位置传感器后面的这相线圈通电产生磁力吸引转子转向该相线圈位置，由此再到下一个驱动位置，从而驱动转子旋转。在推斥力转动方式时在无刷电机内将位置传感器位于驱动线圈的后方，位置传感器给出信号后由驱动器给该位置传感器后面的这相线圈通电产生磁力推斥转子转离该相线圈位置，由此再到下一个驱动位置，从而驱动转子旋转。在每次驱动时驱动至少二相线圈以求得较大的功率驱动转子，并且具有转距脉动小，转速大范围转矩大的特点，并且在正反转时可以增加电子开关以切换不同物理位置的传感器，实现电机转子的正反转。

本发明的无刷电机定子槽数等于永磁转子南北磁极的数量乘相数。以三相绕组，四对8极为例，槽数等于3相乘8极为24槽；如果采用六对12极，就为36槽。

在传统的无刷电机中，大量采用的绕组线圈跨电枢齿的绕制方式，如三相绕组的无刷电机大多数是按跨过二个电枢齿绕制的，为了提高输出功率和绕组线圈利用率几乎都是延用三相交流电机的星型接法和三角接法，其每次通电都至少流过二相线圈，由于这二相线圈安装的物理位置的不同，当二组线圈通电驱动时在各个电枢齿产生的磁性往往都是按“。。。南南无北北无南南无。。。”的磁极分布，这之中的“无”实际上是一组绕组在该电枢齿产生南极，而同时另一组绕组在该电枢齿产生北极相互抵消所致，产生电能的浪费。为了避免这一缺点，本发明的无刷电机绕组的定子线圈的绕制方式是在单个电枢齿的相邻二个齿槽间绕制，并且同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反，即在单个的电枢齿两边槽绕制同一相绕组的部分线圈，以三相绕组为例，即一相绕组(U相)在一个槽(槽1)和相邻一个槽(槽2)围绕电枢齿1绕，绕到所需要的匝数后，下一相绕组(V相)在这个相邻的槽(槽2)和下一个相邻的槽(槽3)围绕电枢齿2绕，绕制待所需要的匝数后，再在这个槽(槽3)和再下一个槽(槽4)围绕电枢齿3绕，绕制下一相绕组(W相)到所需要的匝数后，如此再围绕电枢齿4，电枢齿5，电枢齿6分别进行反方向绕制各相绕组U，V，W(对三相情况)的下一组线圈，如此保持同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反直到绕制完毕，对于更多N相的电机也有同样的绕组方式。各相绕组的二端分别到电机外的无刷电机驱动器上各自的桥式功率驱动器件上。

单电枢齿绕制的另一个极大好处是磁力集中而漏磁少，如通常的三相无刷电机至少要跨2个电枢齿绕制，以图2为例就是要在如在电枢齿1左边和电枢齿3右边绕制，使磁力线分散和中间的电枢齿的二边槽都形成磁阻，并且电枢齿2产生的磁力线也将经电枢齿1和电枢齿3形成磁力回路，从而部分抵消电枢齿1和电枢齿3产生的与电枢齿2产生相同极性的的磁力线；同样电枢齿2也会部分抵消电枢齿1和电枢齿3产生的相同极性的的磁力线。跨电枢齿绕制将使最后的磁力是三个物理位置不同的电枢齿各自产生的磁力的矢量和，而矢量和必然有部分分量相互抵消带来电能驱动效率下降，而单电枢齿绕制完全避开了上述缺点，并且单电枢齿绕制的铜耗低于跨电枢齿绕制。

当然，本发明提供的全磁极多相驱动无刷电机和其驱动电路也可以驱动跨电枢齿绕制的电机，但将损失在上面描述的部分驱动功率和使驱动效率下降。

带动绕组通电的功率驱动器件由IGBT复合全控型电压驱动式功率半导体器件组成，亦可采用大功率MOS管和其它大功率功率器件。

下面以排斥力转动方式(磁性位置传感器位于该相线圈绕组朝向转动方向的后面)为例和图13的前推式驱动电路来说明其工作原理，采用吸引驱动模式时磁性位置传感器位于该相线圈绕组朝向转动方向的前面。

SW1转动/停止开关处于断开(转动)状态时，U1到U6每一个的其中一个输入端都处于高电平状态。

图6到图11上面在定子外面线端上的箭头分别表示在各个驱动状态下电流流经的方向。为清晰起见，在该驱动状态下不参与工作的绕组不画出。

在本发明中图13的无刷电机的驱动电路由可调控制转速的脉冲振荡器IC1产生出振荡脉冲输出到由IC2十进制计数器/脉冲分配器CD4017构成的三相六状态相序产生器，产生出D0，D1，D2，D3，D4和D5三相相序六状态高电平脉冲，而由霍尔元件H1，H2，H3，H4，H5，H6构成的磁性位置传感器(亦可以采用其它类型的感应磁性信号的磁性位置传感器)分别产生出H1，H2，H3，H4，H5，H6信号并经反相器后分别输入到与门U1到U6，磁性位置传感器在当转子南极位于其附近时给出低电平信号，经反相器反相后输出高电平信号再与IC2十进制计数器/脉冲分配器CD4017构成的三相六状态相序产生器给出的D0，D1，D2，D3，D4和D5高电平脉冲在U1到U6相与。

驱动电路参考图12和图13，下面对于各个驱动状态结合图6到图11描述：

驱动状态1：如图6当永磁体转子的其中一个南极S1在电枢齿：2和霍尔元件H1附近时，H1给出低电平经反相后给出高电平到U1的一个输入端，在IC2给出D0为高电平信号时，U1输出高电平，U1输出的高电平分二路，一路经U7或门与U6给出的低电平相或后输出高电平信号，该高电平信号一路到三极管Q1使它导通，从而经SH1使光电耦合器IC5导通去驱动T1这个IGBT导通，U7给出的另一路高电平信号在U13与IC3输出的可变占空比的PWM信号相与后输出PWM驱动信号SL1到IC8场效应管驱动器去驱动T4这个IGBT导通，动力电源+V经T1流经U+绕组到U-再经T4到地，电流方向为T1到T4，在图5电枢齿1，7，13和19上产生南极SU；分别驱动转子上的南极S1，S2，S3，和S4，在电枢齿4，10，16和22上产生北极NU；分别驱动转子上的北极N1，N2，N3，和N4；U1输出的高电平另外一路经U8或门与U2给出的低电平相或后输出高电平信号，该高电平信号一路到三极管Q2使它导通，从而经SH2使光电耦合器IC9导通去驱动T5这个IGBT导通，U8给出的另一路高电平信号在U14与IC3输出的可变占空比的PWM信号相与后输出PWM驱动信号SL2到IC12场效应管驱动器去驱动T8这个IGBT导通，动力电源+V经T5流经V+绕组到V-再经T8到地，电流方向为T5到T8，在图5电枢齿2，8，14和20上产生南极SV；也分别驱动转子上的南极S1，S2，S3，和S4，在电枢齿5，11，17和23上产生北极NV；也分别驱动转子上的北极N1，N2，N3，和N4。SU，SV共同驱动了转子上的南极并吸引了转子上的北极往前转动；NU，NV共同驱动了转子上的北极并吸引了转子上的南极往前转动；使转子转动一个电枢齿位，完成第一个驱动状态。

驱动状态2：经第一次驱动状态后，如图7转子南极S1转动到电枢齿3附近靠近霍尔元件H2时，H2给出低电平经反相后给出高电平到U2的一个输入端，在IC2给出D1为高电平信号时，U2输出高电平，U2输出的高电平分二路，一路经U8或门与U1给出的低电平相或后输出高电平信号，该高电平信号一路到三极管Q2使它导通，从而经SH2使光电耦合器IC9导通去驱动T5这个IGBT导通，U8给出的另一路高电平信号在U14与IC3输出的可变占空比的PWM信号相与后输出PWM驱动信号SL2到IC12场效应管驱动器去驱动T8这个IGBT导通，动力电源+V经T5流经V+绕组到V-再经T8到地，电流方向为T5到T8，在图6电枢齿2，8，14和20上产生南极SV；分别驱动转子上的南极S1，S2，S3，和S4，在电枢齿5，11，17和23上产生北极NV；分别驱动转子上的北极N1，N2，N3，和N4；U2输出的高电平另外一路经U9或门与U3给出的低电平相或后输出高电平信号，该高电平信号一路到三极管Q3使它导通，从而经SH3使光电耦合器IC13导通去驱动T9这个IGBT导通，U9给出的另一路高电平信号在U15与IC3输出的可变占空比的PWM信号相与后输出PWM驱动信号SL3到IC16场效应管驱动器去驱动T12这个IGBT导通，动力电源+V经T9流经W+绕组到W-再经T12到地，电流方向为T9到T12，在图6电枢齿3，9，15和21上产生南极SW；也分别驱动转子上的南极S1，S2，S3，和S4，在电枢齿6，12，18和24上产生北极NW；也分别驱动转子上的北极N1，N2，N3，和N4。SV，SW共同驱动了转子上的南极并吸引了转子上的北极往前转动；NV，NW共同驱动了转子上的北极并吸引了转子上的南极往前转动；使转子转动一个电枢齿位完成第二个驱动状态。

驱动状态3：经第二次驱动状态后，如图8转子南极S1转动到电枢齿4附近靠近霍尔元件H3时，H3给出低电平经反相后给出高电平到U3的一个输入端，在IC2给出D2为高电平信号时，U3输出高电平，U3输出的高电平分二路，一路经U9或门与U2给出的低电平相或后输出高电平信号，该高电平信号一路到三极管Q3使它导通，从而经SH3使光电耦合器IC13导通去驱动T9这个IGBT导通，U9给出的另一路高电平信号在U15与IC3输出的可变占空比的PWM信号相与后输出PWM驱动信号SL3到IC16场效应管驱动器去驱动T12这个IGBT导通，动力电源+V经T9流经W+绕组到W-再经T12到地，电流方向为T9到T12，在图7电枢齿3，9，15和21上产生南极SW；分别驱动转子上的南极S1，S2，S3，和S4，在电枢齿6，12，18和24上产生北极NW；分别驱动转子上的北极N1，N2，N3，和N4；U3输出的高电平另外一路经U10或门与U4给出的低电平相或后输出高电平信号，该高电平信号一路到三极管Q4使它导通，从而经SH4使光电耦合器IC7导通去驱动T3这个IGBT导通，U10给出的另一路高电平信号在U16与IC3输出的可变占空比的PWM信号相与后输出PWM驱动信号SL4到IC6场效应管驱动器去驱动T2这个IGBT导通，动力电源+V经T3流经U-绕组到U+再经T2到地，电流方向为T3到T2，在图7电枢齿4，10，16和22上产生南极SU；也分别驱动转子上的南极S1，S2，S3，和S4，在电枢齿7，13，19和1上产生北极NU；也分别驱动转子上的北极N1，N2，N3，和N4。SW，SU共同驱动了转子上的南极并吸引了转子上的北极往前转动；NW，NU共同驱动了转子上的北极并吸引了转子上的南极往前转动；使转子转动一个电枢齿位完成第三个驱动状态。

驱动状态4：经第三次驱动状态后，如图9转子南极S1转动到电枢齿5附近靠近霍尔元件H4时，H4给出低电平经反相后给出高电平到U4的一个输入端，在IC2给出D3为高电平信号时，U4输出高电平，U4输出的高电平分二路，一路经U10或门与U3给出的低电平相或后输出高电平信号，该高电平信号一路到三极管Q4使它导通，从而经SH4使光电耦合器IC7导通去驱动T3这个IGBT导通，U10给出的另一路高电平信号在U16与IC3输出的可变占空比的PWM信号相与后输出PWM驱动信号SL4到IC6场效应管驱动器去驱动T2这个IGBT导通，动力电源+V经T3流经U-绕组到U+再经T2到地，电流方向为T3到T2，在图8电枢齿4，10，16和22上产生南极SU；分别驱动转子上的南极S1，S2，S3，和S4，在电枢齿7，13，19和1上产生北极NU；分别驱动转子上的北极N1，N2，N3，和N4；U4输出的高电平另外一路经U11或门与U5给出的低电平相或后输出高电平信号，该高电平信号一路到三极管Q5使它导通，从而经SH15使光电耦合器IC11导通去驱动T7这个IGBT导通，U11给出的另一路高电平信号在U17与IC3输出的可变占空比的PWM信号相与后输出PWM驱动信号SL5到IC10场效应管驱动器去驱动T6这个IGBT导通，动力电源+V经T7流经V-绕组到V+再经T6到地，电流方向为T7到T6，在图8电枢齿5，11，17和23上产生南极SV；也分别驱动转子上的南极S1，S2，S3，和S4，在电枢齿8，14，20和2上产生北极NV；也分别驱动转子上的北极N1，N2，N3，和N4。SU，SV共同驱动了转子上的南极并吸引了转子上的北极往前转动；NU，NV共同驱动了转子上的北极并吸引了转子上的南极往前转动；使转子转动一个电枢齿位完成第四个驱动状态。

驱动状态5：经第四次驱动状态后，如图10转子南极S1转动到电枢齿6附近靠近霍尔元件H5时，H5给出低电平经反相后给出高电平到U5的一个输入端，在IC2给出D4为高电平信号时，U5输出高电平，U5输出的高电平分二路，一路经U11或门与U4给出的低电平相或后输出高电平信号，该高电平信号一路到三极管Q5使它导通，从而经SH5使光电耦合器IC11导通去驱动T7这个IGBT导通，U11给出的另一路高电平信号在U17与IC3输出的可变占空比的PWM信号相与后输出PWM驱动信号SL5到IC10场效应管驱动器去驱动T6这个IGBT导通，动力电源+V经T7流经V-绕组到V+再经T6到地，电流方向为T7到T6，在图9电枢齿5，11，17和23上产生南极SV；分别驱动转子上的南极S1，S2，S3，和S4，在电枢齿8，14，20和2上产生北极NV；分别驱动转子上的北极N1，N2，N3，和N4；U5输出的高电平另外一路经U12或门与U6给出的低电平相或后输出高电平信号，该高电平信号一路到三极管Q6使它导通，从而经SH6使光电耦合器IC5导通去驱动T11这个IGBT导通，U12给出的另一路高电平信号在U18与IC3输出的可变占空比的PWM信号相与后输出PWM驱动信号SL6到IC14场效应管驱动器去驱动T10这个IGBT导通，动力电源+V经T11流经W-绕组到W+再经T10到地，电流方向为T11到T10，在图9电枢齿6，12，18和24上产生南极SW；也分别驱动转子上的南极S1，S2，S3，和S4，在电枢齿9，15，21和3上产生北极NW；也分别驱动转子上的北极N1，N2，N3，和N4。SV，SW共同驱动了转子上的南极并吸引了转子上的北极往前转动；NV，NW共同驱动了转子上的北极并吸引了转子上的南极往前转动；使转子转动一个电枢齿位完成第五个驱动状态。

驱动状态6：经第五次驱动状态后，如图11转子南极S1转动到电枢齿7附近靠近霍尔元件H6时，H6给出低电平经反相后给出高电平到U6的一个输入端，在IC2给出D5为高电平信号时，U6输出高电平，U6输出的高电平分二路，一路经U12或门与U5给出的低电平相或后输出高电平信号，该高电平信号一路到三极管Q6使它导通，从而经SH6使光电耦合器IC5导通去驱动T11这个IGBT导通，U12给出的另一路高电平信号在U18与IC3输出的可变占空比的PWM信号相与后输出PWM驱动信号SL6到IC14场效应管驱动器去驱动T10这个IGBT导通，动力电源+V经T11流经W-绕组到W+再经T10到地，电流方向为T11到T10，在图10电枢齿6，12，18和24上产生南极SW；分别驱动转子上的南极S1，S2，S3，和S4，在电枢齿9，15，21和3上产生北极NW；分别驱动转子上的北极N1，N2，N3，和N4；U6输出的高电平另外一路经U7或门与U1给出的低电平相或后输出高电平信号，该高电平信号一路到三极管Q1使它导通，从而经SH1使光电耦合器IC5导通去驱动T1这个IGBT导通，U7给出的另一路高电平信号在U13与IC3输出的可变占空比的PWM信号相与后输出PWM驱动信号SL1到IC8场效应管驱动器去驱动T4这个IGBT导通，动力电源+V经T1流经U+绕组到U-再经T4到地，电流方向为T1到T4，在图10电枢齿7，13，19和1上产生南极SU；也分别驱动转子上的南极S1，S2，S3，和S4，在电枢齿10，16，22和4上产生北极NU；也分别驱动转子上的北极N1，N2，N3，和N4。SW，SU共同驱动了转子上的南极并吸引了转子上的北极往前转动；NW，NU共同驱动了转子上的北极并吸引了转子上的南极往前转动；使转子转动一个电枢齿位完成第六个驱动状态。

经驱动状态6后，转子上S4南极到了图6上S1南极位置，往后重复驱动状态1到驱动状态6的过程，形成电机转子的连续运转，每一次驱动状态都是定子线圈上通有驱动电流的电枢齿同时对转子上的全部南极和北极进行了驱动，而没有参与驱动的电枢齿没有驱动电流流过，避免了前面所述的绕组线圈跨电枢齿绕制方式同时又每次通电都至少流过二相线圈，导致无刷电机中有一定数量的电枢齿受到一组绕组产生南极而同时又被另一组绕组产生北极使电能利用效率降低的弊端得以避免。

当停转开关SW1接通时，与门U1到U6的一个输入端为低电平使得Q1到Q6全部截止，同时U13到U18的一个输入端为低电平，而使SL1到SL6都输出为低电平，从而使T1到T12的MOS/IGBT驱动器都处于关断状态，电机停转。

图12和图13中IC4由MC1555和外围元件产生比动力电源+V高15V左右的电源+VH供给光电耦合器用。

图12和图13中的V1是与相序驱动脉冲相关的转动脉冲的频率调节器，由它对电机进行转动速度调节，相序驱动脉冲亦可以用电压控制振荡器产生，V2用于调节脉冲宽度调制信号频率，V3调节脉冲宽度调制信号占空比。

图15是磁性位置传感器切换电路，H1’，H2’，H3’，H4’，H5’和H6’分别是由磁性位置传感器H1，H2，H3，H4，H5和H6给出的信号，电机向当转向切换开关SW2处于断开状态时，IC13和IC14的第一脚是高电平，输出状态是由B到Y，实现H1’到H1，H2’到H2，H3’到H3，H4’到H4，H5’到H5，H6’到H6信号传递，电机向一个方向转动；当转向切换开关SW2处于接通状态时，IC13和IC14的第一脚是低电平，输出状态是由A到Y，实现H4’到H1，H5’到H2，H6’到H3，H1’到H4，H2’到H5，H3’到H6信号传递，电机向另一个方向转动。如果只需要单向转动，不用图8电路，直接将H1’与H1，H2’与H2，H3’与H3，H4’与H4，H5’与H5，H6’与H6分别相连接。对于不同磁极数的电机，磁性位置传感器和切换顺序将可由实验确定给出最好位置。

在本发明的驱动电路中，脉冲宽度调制可以一直处于高占空比状态，转速的调节由转动脉冲的频率提供，而不是通常的PWM脉宽调速，PWM调制脉冲在各个速度上都保持较高的占空比，使其具有高效率和转速大范围保持高转距的特点。同时因位置传感器给出的信号和转动相序信号是相与关系，转子在转动过程中逐步达到与设定的转速同步。

由于本发明的转速和脉宽调制占空比是分别产生，在达到设定转速后，可以由人为方式和转速检测后由外界结合进行自动控制，在负载一定时以及减小时(如新能源电动车平地匀速行驶)在不影响及少影响转速情况下可以调节脉宽调制占空比减小达到进一步节能。

由于本发明的无刷电机绕组的定子的绕制方式是单槽绕制和多相通电，提高了绕组线圈的利用率并提高了输出功率，并满足了新能源电动车电机所要求低转速高转距的特点，并因其高效节能从而特别适合于新能源电动车。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路，包括电机和驱动电路，其特征在于：无刷电机定子线圈的绕制方式是同一相绕组的线圈是在单个电枢齿的相邻二个齿槽间绕制和驱动电路在每次驱动时电流流过大于等于二相绕组，使转子每次逐齿转过单个电枢齿位置，以多相通电逐齿转动方式去驱动转子旋转。

2.根据权利要求1所述的全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路，其特征在于：无刷电机的定子同一相绕组的相邻两个线圈绕向相反，各相绕组的起始端和终止端都引出于电机外分别相接于各自的桥式功率驱动器上，相数大于等于2。

3.根据权利要求1所述的全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路，其特征在于：无刷电机的永磁转子的磁极数量与相数和定子电枢槽数的关系是：定子电枢槽数等于永磁转子南北磁极之和的数量乘相数，相数大于等于2。

4.根据权利要求1所述的全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路，其特征在于：无刷电机定子每一相绕组使用二个磁性位置传感器信号，并可由切换磁性位置传感器信号来改变无刷电机转子的转向。

5.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4所述的全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路，其特征在于：无刷电机转子可以是在绕有线圈的外定子内部的圆柱形永磁体转子，也可以是在绕有线圈的内定子外面的环状永磁体转子。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路，其特征在于：各相绕组功率驱动器件由二组串联的复合全控型电压驱动式功率半导体器件组成的左臂和另外二组串联的复合全控型电压驱动式功率半导体器件组成的右臂所构成的桥式功率驱动器组成，各相绕组的起始端和终止端都接于各自的桥式功率驱动器左臂和右臂的中点上，每组桥式功率驱动器的左臂和右臂的上下部控制端都分别由4个不同的信号控制，功率驱动器件亦可以采用大功率MOS场效应管。

7.根据权利要求1所述的全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路，其特征在于：驱动器电路中各相磁性位置传感器信号和同一相的相序驱动脉冲信号相与后再和相邻驱动状态的信号相或后去驱动桥式功率驱动器件的上臂，该特征也可以用微控制单元加内部程序实现这相与和相或功能。

8.根据权利要求1所述的全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路，其特征在于：驱动器电路中各相磁性位置传感器信号和同一相的相序驱动脉冲信号相与后再和相邻驱动状态的信号相或，然后和直流高电平或者频率为100赫兹到100千赫兹的脉冲宽度调制信号再进行相与去驱动桥式功率驱动器件的下臂，该特征也可以用微控制单元加内部程序实现这相与和相或后再相与功能。

9.根据权利要求1所述的全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路，其特征在于：驱动器电路采用改变与相序驱动脉冲相关的转动脉冲的频率对电机进行转动速度调节，脉冲宽度调制信号用于辅助调节转动速度。

10.根据权利要求1或权利要求2所述的全磁极多相驱动无刷电机和驱动器电路，其特征在于：无刷电机转动时其驱动器电路在每一时刻同时驱动大于等于二组桥式功率驱动器件的上臂和经绕组线圈后的另外的大于等于二组桥式功率驱动器件的下臂导通工作，并驱动无刷电机中的大于等于二相绕组。

Images