專利名稱：多檔分段變速控制電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于變速控制電機(jī)領(lǐng)域，涉及用于電動(dòng)汽車、洗衣機(jī)等的無刷直流電動(dòng)機(jī)變速控制。
在一些以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的系統(tǒng)中，被驅(qū)動(dòng)的機(jī)械負(fù)載要求在較寬速度范圍內(nèi)變化，且基本上是恒功率的。為此，現(xiàn)有常見方式是在電動(dòng)機(jī)與機(jī)械負(fù)載之間插入一個(gè)機(jī)械減速變速裝置。以此變速裝置通過減速比R的改變實(shí)現(xiàn)機(jī)械負(fù)載在寬范圍內(nèi)分檔變化的目的。例如帶變速箱的電動(dòng)汽車就是典型例子，其速比可達(dá)4～7檔。另一個(gè)例子是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的波輪自動(dòng)洗衣機(jī)。它由單相電容分相異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(約1400r/min)經(jīng)固定速比約1.75的皮帶輪減速到800r/min左右。然后傳給減速離合器，通過離合器作用，此減速器減速比分為兩檔，即洗滌檔和脫水檔。洗滌時(shí)減速至160r/min左右，減速器減速比約為5，而脫水檔則減速器減速比為1，脫水速度約800r/min。近年，電動(dòng)機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)用增加，它完全取消了機(jī)械減速器，變速器，電動(dòng)機(jī)直接向機(jī)械負(fù)載驅(qū)動(dòng)，大大簡(jiǎn)化了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)輪的電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車、洗衣機(jī)是成功的例子。但在寬速度范圍內(nèi)工作時(shí)，許多電動(dòng)機(jī)難以兼顧各種速度下的性能，其中包括效率指標(biāo)。直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為實(shí)現(xiàn)寬范圍調(diào)速，常規(guī)的方法是采用PWM調(diào)節(jié)，改變施加給電機(jī)繞組端的電壓脈沖寬度，等效于改變此電壓的平均值。此電壓平均值較小，則電機(jī)轉(zhuǎn)速較低。這種方法的不足之處在于當(dāng)要求輸出恒功率時(shí)，低速區(qū)相電流增大，效率明顯降低，隨之電子驅(qū)動(dòng)器功率開關(guān)管的功耗加大。國內(nèi)外有采用這種控制方式的直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)用于洗衣機(jī)的實(shí)例，它的電子驅(qū)動(dòng)器功率開關(guān)管散熱器不得不采用水冷方式，而且洗衣機(jī)控制器設(shè)置進(jìn)水水溫限制，超過某一限值，即停機(jī)保護(hù)。
鑒于上述PWM調(diào)節(jié)方法的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提出永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)分段繞組控制方式，其目的在于使該電機(jī)可實(shí)現(xiàn)多檔分段變速，并在每一速度段具有較好的效率指標(biāo)。而且繞組相電流和電子驅(qū)動(dòng)器末級(jí)功率開關(guān)管的工作電流在不同速度檔下的差別減少，從而發(fā)熱情況得到改善。同時(shí)，電流反饋信號(hào)取樣方便，限流操作簡(jiǎn)單。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種電動(dòng)機(jī)，由轉(zhuǎn)子、定子、殼體、軸和軸承等部件組成，其定子上有多相繞組。將現(xiàn)有相繞組劃分為N個(gè)分段繞組，N為期望的速度分檔數(shù)，每個(gè)分段繞組通過切換開關(guān)連接到電子驅(qū)動(dòng)器輸出端。由切換開關(guān)作用電動(dòng)機(jī)可在寬速范圍內(nèi)N檔轉(zhuǎn)速段下運(yùn)行。在每個(gè)轉(zhuǎn)速段內(nèi)，每相繞組的全部繞組或部分繞組進(jìn)入有效工作。


圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)例方框圖。
以下結(jié)合附圖1及一種用于洗衣機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)加以說明。
該電動(dòng)機(jī)(6)定子上有三相Y形接法繞組(3)，繞組是由電子驅(qū)動(dòng)器(1)供電的。每相繞組由兩個(gè)分段繞組串聯(lián)。這里取N＝2。即如圖1所示，a，b，c三相繞組，a相繞組由第1段繞組Wa1，和第2段繞組Wa2兩段繞組組成。端頭a1，a2接至高低速切換開關(guān)(4)。同樣，b相，c相的分段繞組端頭b1，b2；c1，c2也分別接至高低速切換開關(guān)。此切換開關(guān)三個(gè)輸入端鈕a0，b0，c0來自電子驅(qū)動(dòng)器，開關(guān)控制信號(hào)S來自控制器(2)。改變信號(hào)S的邏輯電平，驅(qū)動(dòng)器輸出a0，b0，c0分別接至繞組的a1，b1，c1，(此時(shí)為低速段工作模式)，或a2，b2，c2(此時(shí)為高速段工作模式)。
下面敘述分段繞組二種具體構(gòu)成方法。
方法一對(duì)于三相定子繞組，無論是何種繞組形式，按現(xiàn)有技術(shù)方式每相繞組都是由若干個(gè)置于定子槽的線圈組成，此線圈數(shù)與定子槽數(shù)Z有確定倍數(shù)關(guān)系。通常，每個(gè)線圈邊占一個(gè)或半個(gè)定子槽。設(shè)某種繞組形式下，a相原先有K個(gè)線圈組成，每個(gè)線圈的匝數(shù)為T。然后通過規(guī)定接法，將K個(gè)線圈串聯(lián)連接為a相繞組。
按本實(shí)用新型方式將每個(gè)線圈劃分為兩個(gè)元件，其匝數(shù)分別為T1和T2，然后，將全部K個(gè)T1元件串聯(lián)連接，作為第1段繞組Wa1，將全部K個(gè)T2元件串聯(lián)連接，作為第2段繞組Wa2。兩個(gè)分段繞組Wa1和Wa2之匝數(shù)比等于T1和T2之匝數(shù)比。T1/T2比值與高低速速比相關(guān)。這種連接方法有較大適應(yīng)性。
方法二電動(dòng)機(jī)是多極的，線圈數(shù)很大情況下，可采用如下連接方法。設(shè)每相有K個(gè)線圈j1，j2，j3……jk，將其分為兩組，其中一組包含有k1個(gè)線圈，作為第1段繞組。另一組包含有k2個(gè)線圈，作為第2段繞組。這里，k1+k2＝K。此k1/k2比值與高低速速比相關(guān)。具體的分組方法要視定子槽數(shù)、極對(duì)數(shù)、繞組方式等因素設(shè)計(jì)。應(yīng)使元件三相的第1段繞組在空間分布盡可能更為對(duì)稱。三相反電勢(shì)相量應(yīng)完全對(duì)稱，并與位置傳感器有正確相位關(guān)系。這種分段繞組構(gòu)成方法更適用于要求使用專用繞線機(jī)嵌線，且每個(gè)線圈是直接繞在一個(gè)齒上的場(chǎng)合。不必象第一種構(gòu)成方法那樣，在槽內(nèi)為第1段繞組和第2段繞組的線圈元件之間設(shè)置絕緣。
實(shí)施例某型洗衣機(jī)用直接驅(qū)動(dòng)多極無刷直流電動(dòng)機(jī)。該電機(jī)定子槽數(shù)Z＝36，轉(zhuǎn)子極數(shù)2P＝30。每一個(gè)線圈都是繞在一齒上。下面給出按第二種方法構(gòu)成分段繞組的一個(gè)實(shí)例每相繞組由12個(gè)線圈組成，分成兩組，其中第1段繞組由4個(gè)線圈組成，第2個(gè)繞組由8個(gè)線圈組成，具體安排如下表A相繞組第1段繞組1-2-19-20第2段繞組7-8-13-14-25-26-31-32B相繞組第1段繞組3-4-21-22
第2段繞組9-10-15-16-27-28-33-34C相繞組第1段繞組5-6-23-24第2段繞組11-12-17-18-29-30-35-36上表中數(shù)字表示齒號(hào)，帶‘-’符號(hào)表示此線圈反向繞制。
實(shí)際結(jié)果其速度范圍為10～1000r/min，分為兩個(gè)速度段高速速度段是100～1000r/min，用作脫水或抖開衣物工作。低速速度段是10～180r/min，其中100～180r/min用于洗滌工作，10～40r/min是噴淋工作。在洗滌和脫水額定工作狀態(tài)，按200W輸出功率點(diǎn)考核時(shí)，均有較高效率，且繞組相電流(也是功率開關(guān)管電流)均在1～1.3A范圍內(nèi)，差別很小。這樣，在電流采樣和限流環(huán)節(jié)，兩轉(zhuǎn)速段下的電流反饋電路參數(shù)相同，可設(shè)置同一個(gè)限流值。
權(quán)利要求1.一種多擋分段變速電動(dòng)機(jī)，由轉(zhuǎn)子、定子、殼體、軸和軸承等部件組成，定子上有多相繞組，其特征在于每相繞組由若干分段繞組組成，分段繞組通過切換開關(guān)連接到電子驅(qū)動(dòng)器輸出端。
2.按照權(quán)利要求1所述電動(dòng)機(jī)，其特征在于每相繞組由K個(gè)線圈組成，每個(gè)線圈邊占一個(gè)或半個(gè)定子槽，將每個(gè)線圈劃分為N個(gè)元件，每個(gè)元件匝數(shù)依次為T1，T2……Tn，將該相線圈所有的T1匝數(shù)元件串聯(lián)，T2匝數(shù)元件串聯(lián)，如類推……，形成N個(gè)分段繞組。
3.按照權(quán)利要求1所述電動(dòng)機(jī)，其特征在于每個(gè)相繞組由K個(gè)線圈組成，每個(gè)線圈邊占一個(gè)或半個(gè)定子槽，將K個(gè)線圈元件劃分為N組，每組線圈數(shù)依次為K1、K2……KN，形成N個(gè)分段繞組。
專利摘要一種多檔分段變速控制電動(dòng)機(jī),其定子上有多相繞組。將現(xiàn)有相繞組劃分為N個(gè)分段繞組,N為期望的速度分檔數(shù),每個(gè)分段繞組通過切換開關(guān)連接到電子驅(qū)動(dòng)器輸出端。由切換開關(guān)作用電動(dòng)機(jī)可在寬速范圍內(nèi)N檔轉(zhuǎn)速段下運(yùn)行。在每個(gè)轉(zhuǎn)速段內(nèi),每相繞組的全部繞組或部分繞組進(jìn)入有效工作。使該電機(jī)可實(shí)現(xiàn)多檔分段變速,并在每一速度段具有較好的效率指標(biāo)。而且繞組相電流和電子驅(qū)動(dòng)器末級(jí)功率開關(guān)管的工作電流在不同速度檔下的差別減少,從而發(fā)熱情況得到改善。同時(shí),電流反饋信號(hào)取樣方便,限流操作簡(jiǎn)單。該電機(jī)適用于電動(dòng)汽車、洗衣機(jī)等的無刷直流電動(dòng)機(jī)變速控制。
文檔編號(hào)H02K17/02GK2442440SQ00238078
公開日2001年8月8日 申請(qǐng)日期2000年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月28日
發(fā)明者譚建成, 林棠華, 余和清, 李江波, 李輝斌 申請(qǐng)人:機(jī)械工業(yè)部廣州電器科學(xué)研究所