CN2377762Y - 机电一体永磁无刷电机 - Google Patents

Abstract

机电一体永磁无刷电机,它在电机转子上采用永磁体显极和铁芯凸齿隐极,使相同尺寸电机,极数增多,力矩加大,成本降低;该电机把电子逆变器功率管直接装入电机内部,在电机端盖凹入外部,装有小磁铁和相对运动的霍尔元件,电子开关、保护电路等,使该无刷电机只需二根直流引出线,达到机电一体化,其突出优点是抗干扰,不受电机内部温度影响,结构紧凑,维修方便,可广泛适用于各种电动车轮机电机,滚筒洗衣机超静直接驱动电机。

Description

机电一体永磁无刷电机

本实用新型涉及一种机电一体永磁无刷电机，属于电机技术领域。

与目前把逆变器分装在电机外部相比，逆变器内装式永磁无刷电机具有不受引线干扰，对温度、污浊空气、恶劣工作条件影响小，结构紧凑，工作可靠性高，调节和维修方便。

本实用新型的目的是提供一种结构紧凑、工作可靠、抗干扰强，可工作在各种恶劣工况下直接驱动的外转子电机，适用于电动车的电动轮式电机和洗衣机滚筒式外转子无刷永磁电机。

本实用新型的目的是这样实现的：一、实现大力矩，低成本多极结构；二、实现逆变器内装方式。

一、下面以三相40极永磁无刷电机为例说明其工作原理，如附图1、2所示，1电机内定子铁芯叠片；2外转子铁芯；3永磁体(钕铁硼)；4定子绕组导线。该电机外转子2的铁芯上开有20个槽，槽中安放永磁体，并使永磁体N极指向电机轴方向，永磁体与相邻凸齿(隐极)之间无须用非磁性材料隔开；是把永磁体直接安放在相邻的凸齿铁芯槽中，这样便构成40极电机。定子铁芯为36槽，36只线圈分为三相，每相12只线圈组、每极3只，分别按A、B、C三相顺序嵌入线槽中，构成双层叠绕。由于定子每极都为三个线圈组，每个齿两边的线槽中嵌入一个线圈，并使三个线圈的中间一个线圈反接，然后分别将各相各组线圈串联引出。例如：相邻两槽嵌入一个线圈，即每齿套同一线圈的两条边，A相三个线圈分别嵌入1-4槽，10-13槽，19-22槽，28-31槽，并使每三个线圈的中间一个线圈反方向嵌入线槽中，把这样4组头尾相串联构成A相的引出线；顺次B相分别嵌入4-7，13-16，22-25，31-34槽；串联引出，其头尾构成B相；C相分别嵌入7-10，16-19，25-28，34-1槽，串联引出，其头尾构成C相。

该电机为20对磁极，内定子36槽，槽距的20/18为极距，相邻两相的相距为20/3极矩。

二、在电机内定子左侧安装逆变器功率管组件13和散热板14，电机右侧端盖16凹入处，安装小磁铁组件6、7、15，把它固定在端盖16凹入处，并使小磁铁的N、S磁极组成园形，粘紧在园铁环6上，组合后嵌入园形非磁性材料如尼绒，塑料园槽中，再固定在电机端盖中，必须使得小磁铁N、S极位置、角度分布与电机内部磁极位置、角度相同。霍尔元件8及前级电子开关电路元件18组合后，装入非磁性材料槽盒10中，并用环氧树脂9密封，由于小磁铁组件与霍尔元件组件是分别固定在转子和定子轴5上，两者有相对运动和磁电感应信号输出，把该信号引入电机控制场效应功率管，再驱动无刷电机运转。

由于采用上述方案，可使电机与逆变器组合为一体，达到结构紧凑、系统体积缩小，可靠性提高，抗干扰强，霍尔元件不受电机内部温升的影响等。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的电机结构图。

图2是电机外转子多极永磁体与隐极凸齿结构图。

图3是小磁铁组件结构图。

图4是霍尔元件组合图。

图5是场效应功率管与散热板组合图。

图6是逆变器电路原理图。

图1，1电机硅钢片叠件，2电机外转子壳本，3永磁体，4电机绕组，6.7，15小磁铁组件，8、9、10霍尔元件组件，13、14场效应功率管组件，12、16电机外转子的左、右端盖，17滚针轴承内滚道，同时兼作引出线孔的通道。

图2中，1定子铁芯和绕组，2外转子，3永磁体，4绕组，5电机轴。

图3中，6铁环，7小磁铁组件，15非磁性材料的园环槽。

图4中，8霍尔元件，9环氧树脂密封件，10非磁性材料槽盒。

图5中，12场效应功率管，14散热板。

图6中，8霍尔元件电路，18电子开关电路，19场效应管电路，20电机三相绕组电路及保护电路，21保护电路，22电池及开关电路。

在图1中，铁环6，小磁铁7和园环槽15是按图3组合构成，若设该实施例电机为14极，则在电机内部外转子铁芯上分布有14个磁极，小磁铁7是与电机内部磁极数相等，并且是根据电机内永磁体N、S磁极相等的角度位置来分布，各块磁铁的同极性位置，必须是电机内部极性与小磁铁7的同极性对准后再固定在右端盖16凹槽中，N、S极性向着凹槽外部，15园环槽是用非磁性材料如尼绒，胶木，或ABS塑料模压成形，槽中先放入铁环6，再放入小磁体，并按顺序N、S相邻排列成园形，放在铁环上，组成园形小磁极环。这样做相当于把该电机内部磁极移到了电机外部，目的是使霍尔元件不必与现有技术哪样嵌放在电机绕组槽口，并且可以使得维修时不必拆开电机，也不会受到因电机过高温度和线圈过大电流使得电机内永磁材料产生不可逆退磁的影响。霍尔元件8和组件中的9，及电子开关电路元件18，都组合固封在非磁性园形槽合10中，要求三个霍尔元件8按三相14极电机的电角度等距离固定在槽合底部，再把园形槽合紧固在电机轴5上，并保持与小磁铁组件有磁电感应所必须的间隙，引出信号线和电源线从电机轴上的槽孔穿入电机内部，并与场效应功率管和电源线联接，电源线是从电机左端盖12的滚针轴承特设的内滚道17引线孔中穿入，电机左右端盖均设有轴承盖，起到复盖和保护作用。

图5和图6分别为场效应功率管的散热板组件和电路原理图。图中场效应管12是根据电机使用的额定电压、额定功率和额定电流大小来选用，可以选用现有的VMOS场效管如1RF型或RFM型；散热板14其结构如图5所示，选用铝合金板冲压成形后焊接、整形和开孔与12组装后固定在电机定子铁芯的左侧。霍尔元件可选用国产CS3000系列或UGN3000系列的开关型，它是霍尔元件和放大集成电路的组合；电子开关18是由逻辑电路中的三个与门CD4073和反相器D4049提供，这些元件均为CD4000系列芯片；功率管13输出端并联防止反电势击穿的保护电路(二极管与串联电阻)19；电机绕组每相线圈均并联二极管与电阻串联的保护电路20；系统保护电路由LM311组成斩波恒流保护电路21；其作用是利用LM311电路中的RC延时电路，使启动时加到绕组上的电压有一上升过程，由于加到线圈绕组上的电压有一个过渡过程，启动电流按指数曲线上升，这就能提高电机启动的稳定性，利用保护电路21中斩波恒流原理，当出现意外情况使电路电流过大时，LM311将输出低电平封锁全部功率开关元件，保护场效应功率管；电源及开关电路22中，电源电压是根据电机要求来确定其电压高低，开关按使用要求选用。

Claims (8)

1.一种机电一体永磁无刷电机，属于电机技术领域，它包括永磁体外转子，三相绕组内定子，磁电效应组件，功率管组件，其特征是：

a.永磁体外转子采用永磁体同极性相间布置，使相邻铁芯凸齿形成与永磁体相反的极性(隐极)；

b.三相绕组内定子，每相每极为三个线圈组，每齿两边的线槽中嵌入同一个线圈，双层叠绕，并使三个线圈正反串联引出；

c.内定子左侧安装功率管散热器组件13，14，右端盖凹入处安装小磁铁组件6、7、15和霍尔元件组件8、9、10、16，外设小挡盖；

d.电机左端盖12安装滚针轴承，轴承内滚道17设有引出线孔，外有小挡盖。

2.根据权利要求1所述的机电一体永磁无刷电机，其特征是：外转子永磁体有20块，相邻的铁芯凸齿也为20个齿，形成隐极，设永磁体为N极向着园心，则相邻凸齿为S极，共有20对40个磁极，永磁体与铁芯凸齿之间无隔磁材料。

3.根据权利要求1所述的机电一体永磁无刷电机，其特征是：内定子为36槽，三相双层叠绕组，每相12个线圈组，每极三个线圈。

4.根据权利要求1所述的机电一体永磁无刷电机，其特征是：内定子左侧安装的功率管散热板组件，由六只场效应功率管12和散热铝板14组合构成三相逆变功率输出级。

5.根据权利要求1所述的机电一体永磁无刷电机，其特征是：电机外转子右端盖16凹入处安装的小磁铁组件由铁圈6，N、S极磁环7和非磁性材料的槽圈15组合构成。

6.根据权利要求1所述的机电一体永磁无刷电机，其特征是：电机外转子右端盖16凹入处的轴5上，固定安装由霍尔元件8，环氧密封材料9，非磁性材料带槽元盒10和霍尔元件的电子开关电路元件18组合构成。

7.根据权利要求5所述的电机外转子右端盖16凹入处安装的小磁铁组件，其特征是：小磁铁组件7的磁极数等于电机内部磁极数，并使得N、S极位置、角度分布等于电机内部磁极位置、角度分布。

8.根据权利要求6所述的电机转子右端盖16凹入处安装的霍尔元件8，其特征是；霍尔元件数等于电机绕组的相数，各元件之间相互间距等于电机内相绕组的相位差角度，并紧贴园槽盒10的底部固定安装在电机轴5上，保持与小磁铁7有磁电感应信号输出。

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