專利名稱：大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機結(jié)構(gòu)原理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁無刷直流電動機。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在電動車行業(yè)普遍采用的三相永磁無刷直流電機，存在以下不足之處采用三相制兩相同時工作、永磁體的磁極利用率低，一個按六步循環(huán)輸出的周期內(nèi)，僅有兩相繞組的磁極按序同時工作，永磁磁極平均利用率小于66.7％，可獲得的輸出功率??；電機相對體積大。定、轉(zhuǎn)子極數(shù)或槽數(shù)既是二的倍數(shù)、其定子又得同時滿足三的倍數(shù)、定/轉(zhuǎn)子極數(shù)還須按繞組的組合方式，保證換相匹配時產(chǎn)品方能實現(xiàn)，所以有眾多極數(shù)的電機產(chǎn)品無法實現(xiàn)。正、反轉(zhuǎn)控制操作難，不易實現(xiàn)雙向運行的電機產(chǎn)品。電機有轉(zhuǎn)速要求時，眾多極對數(shù)的電機產(chǎn)品僅靠改變不同的輸出功率實現(xiàn)，對輸出扭矩負面影響大。繞組以三相星型接線的工作方式，工作相電壓等于線電壓的二分之一，對電源的電壓要求高。定子換相角恒定，無法進行換相穩(wěn)定性的調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有永磁無刷直流電機永磁極利用律低、獲得功率小、體積大、工作電壓要求高、極難反向運轉(zhuǎn)、眾多極對數(shù)的電機無法實現(xiàn)的不足，本發(fā)明提供一種大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機產(chǎn)品實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)原理，具備永磁極利用率高、可大于90％，獲得功率大且體積小、工作電壓要求低、極易反向運轉(zhuǎn)控制、任意極對數(shù)的電機都可實現(xiàn)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案是定子施轉(zhuǎn)磁極、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁極為同軸內(nèi)、外穿套型普通電機結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子與現(xiàn)有三相永磁無刷直流電機相同；是永磁、等寬的磁極單元，按圓周S極與N極間隔對稱分布，極數(shù)與定子總極數(shù)相同；磁極總對數(shù)可為大于等于一的任意常數(shù)。定子繞組的磁極分布(1).同一相內(nèi)磁極可由大極寬、小極寬、和基本極寬、三種極寬單元，按每相極數(shù)、每相磁極組數(shù)，來選擇組合成為磁極單元組；并根據(jù)每相磁極總數(shù)，并按組均分或勻分后，按大、大小、大小基本、三種極寬單元相鄰構(gòu)成磁極單元組，并按此順序、優(yōu)先組合的磁極單元組進行圓周勻稱分布，組成一相磁極繞組結(jié)構(gòu)。二相繞組之間的極寬組合為對稱分布，繞組為二相星形連接，有二根相線和一根公共線引出。(2).同一相、同一磁極單元組內(nèi)有偶數(shù)個磁極單元時，由大、小極寬單元相鄰的組合結(jié)構(gòu)分布；有奇數(shù)個磁極單元時，由大、小、基本極寬、三種極寬單元相鄰；或只有一個大極寬的組合結(jié)構(gòu)分布；并且各極寬單元組按相同結(jié)構(gòu)優(yōu)先組合，以求得分組后圓周勻稱分布；二相之間磁極單元組的極寬結(jié)構(gòu)為對稱分布。(3).同一相內(nèi)僅有一個磁極單元時每相繞組內(nèi)僅有一個大極寬的磁極單元，成為隱極式結(jié)構(gòu)；兩相間的磁極單元同為對稱分布；兩磁極間有一個等于換相角度的極寬，交叉重疊。(4).根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁極中心相對位置的最大偏差值，來決定電機換相角的極寬值；同時增大換相角可增大換相的穩(wěn)定性。定子繞組的一相換相角超前，另一相的換相角相對滯后，以保證繞組中至少有一相磁極，在任何時候與轉(zhuǎn)子磁極的相對中心不重合，相繞組產(chǎn)生各磁極的極性與轉(zhuǎn)子的相對永磁極磁場作用下，獲得定向磁場矢量作用力，使電機獲得換相的運行轉(zhuǎn)矩。除較短的換相時間內(nèi)為單相運行外，其余時間都兩相磁極同時運行工作，使電機具有最大的輸出功率。(5).利用換相角一相超前、另一相滯后、對稱分布的結(jié)構(gòu)，及配套控制器，按六步、循環(huán)輸入電機對應(yīng)相線電流的原理運行，切換兩根電機相線時，兩相繞組的導(dǎo)通次序換位、相位角的超前與滯后改變后，即可使電機反轉(zhuǎn)。(6).在定子槽口外層的中心，沿工作氣隙側(cè)圓弧的內(nèi)切面，根據(jù)霍爾分布角度值、順序分布三個霍爾元件；電機霍爾信號線和繞組相線、公共線分別與控制器對應(yīng)電連接；控制器按電機霍爾信號線反饋輸入的轉(zhuǎn)子位置信號，對應(yīng)輸出電機相線電流進行工作輸出控制，對應(yīng)于表1進行控制，以達到控制大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機連續(xù)穩(wěn)定運行。(7).定子上無霍爾時，配套控制器根據(jù)電機兩相繞組阻抗的變化，在三根引線上的電壓諧波的變化特點，經(jīng)配套控制器監(jiān)控和處理后，獲得對應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置信號，對應(yīng)于表1第三列按序循環(huán)輸入電機電流，以達到控制大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機連續(xù)穩(wěn)定運行。(8).轉(zhuǎn)子的永磁極數(shù)等于繞組磁極總數(shù)的方法，可實現(xiàn)常數(shù)是大于等于一的任意極對數(shù)的電機產(chǎn)品。
針對實施例作如下的相關(guān)說明以助理解定、轉(zhuǎn)子繞組基本極寬單元(代碼J)等于360度除以槽數(shù)。
轉(zhuǎn)子磁極的基本極寬單元等于360度除以永磁極總片數(shù)，等于定子繞組基本極寬。
換相角度(代碼a)大于等于定、轉(zhuǎn)子磁極中心相對位置的最大偏差值，來決定電機換相角，換算成占定子基本磁極極寬的機械角度，稱為換相角；也可根據(jù)電角度原理可換算成電角度表示的極寬值。
定子基本極寬減換相角度等于小磁極的極寬單元(代碼X)。
定子基本極寬加換相角度等于大磁極的極寬單元(代碼M)。
霍爾組件的分布角度等于定子大磁極單元的極寬角(M)。
1.三霍爾組件的分布規(guī)律從定子鐵芯一側(cè)端面的槽口最外層，沿工作氣隙側(cè)圓弧的內(nèi)切面，根據(jù)換相角度順序分布三個霍爾元件，按轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向順序開三個霍爾元件的安裝深度槽，安裝霍爾件；以監(jiān)測電機工作時，轉(zhuǎn)子相對于定子位置的變化，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)電信號組的值反饋給控制器。
2.電機定子上有霍爾時配套控制器根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁極的相對位置關(guān)系，保證工作時對應(yīng)輸出電機相線電流，使各定子施轉(zhuǎn)磁極與轉(zhuǎn)子永磁極間，產(chǎn)生矢量磁場力的工作磁極符合電機定向轉(zhuǎn)矩條件，滿足于表1第三列的電機輸出相線電流工作循環(huán)；符合第一列轉(zhuǎn)子位置信號組值的對應(yīng)關(guān)系，同時又符合程序輸出的電流控制。電機輸入循環(huán)變化的轉(zhuǎn)子位置信號組S11、S21、S31的值，由霍爾件的安裝分布確定。
3.霍爾元件的組合方式、信號值的確定由霍爾件的磁特性及電機旋轉(zhuǎn)時與各相面對的永磁極極性得，霍爾件的正面對永磁S極時得0值，對N極時得1值；霍爾件的背面對S極時得1值，對永磁N極時得0值；則三霍爾件正面、一順安裝時，得方式一組的信號值，僅將S21反面安裝時得方式二組的信號值。
4.由三個霍爾件的磁電特性和將永磁極寬按a/2等分后，A相第一磁極的始邊對正永磁極的一條貼縫，并設(shè)A相第一磁極正對于永磁極S，轉(zhuǎn)子按a/2角為單位旋轉(zhuǎn)時，按轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向各霍爾件獲得按表1循環(huán)信號組S11、S21、S31的值，決定各霍爾元件在定子上的對稱分布位置；通常以A相引出線的相對位置，就近相鄰的原則、以分布角M值、成左右對稱分布；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時獲得信號組的值，滿足于配套控制器所需的轉(zhuǎn)子位置反饋信號值，并符合表1第一列的六步循環(huán)信號組值。
5.電機定子上無霍爾時配套控制器根據(jù)電機三根引線的電壓變化規(guī)律獲得對應(yīng)轉(zhuǎn)子的位置信號組值，并對應(yīng)于表1第三列，按序循環(huán)輸出電機各相線電流，以達到控制大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機連續(xù)穩(wěn)定運行。
6.定、轉(zhuǎn)子磁極中心相對位置的最大偏差值等于設(shè)定子以基本極寬的磁極以軸中心布置時，各磁極中心、即各極軸間最大的中心對稱偏差值，加上轉(zhuǎn)子按基本極寬的磁極以軸中心布置時，各磁極中心、即各極軸間最大的中心對稱偏差值，再加上定、轉(zhuǎn)子磁極間裝配的中心對稱最大偏差值。也等于定、轉(zhuǎn)子磁極按基本極寬，以電機軸為中心圓周對稱分布時，兩相互正對的磁極中心線間因偏差構(gòu)成的最大圓心角度值，來確定換相角a的值。
7.定子繞組的一相換相角超前，另一相的換相角相對滯后，以保證繞組中至少有一相磁極，在任何時候與轉(zhuǎn)子磁極的相對中心不重合，繞組各磁極產(chǎn)生的極性與轉(zhuǎn)子的相對永磁極磁場作用下，獲得定向同性相斥、異性相吸地磁場矢量作用力，使電機獲得換相的運行轉(zhuǎn)矩。
8.同理，大小極寬的確定原理，即讓各施轉(zhuǎn)磁極與旋轉(zhuǎn)磁極產(chǎn)生極軸的相互交叉，交叉的大小、方向由換相角確定；結(jié)合定子繞組各磁極產(chǎn)生的極性與轉(zhuǎn)子相互面對的永磁極作用下，獲得定向同性相斥、異性相吸，使電機獲得定向的運行轉(zhuǎn)矩。同時有動態(tài)跟蹤定、轉(zhuǎn)子磁極間的相互位置變化的信號組，來確定工作繞組的電流方向，使各對應(yīng)工作磁極產(chǎn)生的磁場矢量作用力，滿足電機定向的轉(zhuǎn)矩而正常運行。
表1大小極寬組合式二相無刷永磁直流電機控制器的工作方法表

表1說明表1是控制器工作原理定子上三個霍爾元件組反饋的轉(zhuǎn)子位置信號與控制器輸出的二根相線和一根公共線間電流對應(yīng)關(guān)系的實現(xiàn)方法表。
方式一信號組電機輸入的三個霍爾組合信號值000、111無效。
方式二信號組電機輸入的三個霍爾組合信號值010、101無效。
1.控制器輸出電流線A相、B相、D為A與B相的公共線。
2.三個霍爾組的三位、兩態(tài)信號按方式一信號組或方式二信號組選擇其一，對應(yīng)電機二相電流的按步輸出。以定子為參照，轉(zhuǎn)子磁場按旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)過相鄰的一對磁極作為一個工作循環(huán)單位，并按序分成六步走完、稱為一個基本工作循環(huán)。
3.A→D表示①電流從A相流入D線流出；②A相第一對磁極產(chǎn)生的極性是S/N極；③使用信號方式一的值001；④使用方式二信號組的值011；⑤B相無電流；⑥定轉(zhuǎn)子磁極的工作面積占總面積的百分比50％；⑦此工作磁極的面積輸出時間占一個基本工作循環(huán)的百分比4.17％；⑧A、B→D表示電流從A相、B相流入D線流出，其它同理類推。
4.D→A表示①電流從D線流入、A相流出；②A相第一對磁極、產(chǎn)生的極性是N/S極；③使用信號方式一的值110；④使用方式二信號組的值100；⑤B相無電流；⑥定轉(zhuǎn)子磁極的工作面積占總面積的百分比50％；⑦此工作磁極的面積輸出時間占一個基本工作循環(huán)的百分比4.17％；⑧B相極性、信號等分析同理，其它同理類推。。
5.以上表格電機為定、轉(zhuǎn)子工作磁極間徑向裝配的最大累積偏差控制值，換算成占定子基本磁極寬度的換相角度為0.9°；四十極、大小極寬組合式二相無刷永磁直流電機，定子上有三個霍爾分布結(jié)構(gòu)；繞組按二相三線星形連接；按六步循環(huán)輸出的各相序電流時，所對應(yīng)的霍爾組信號組值、信號方式、定/轉(zhuǎn)子磁場相互作用面積的百分比％、及此步占一個基本工作循環(huán)內(nèi)對應(yīng)輸出時間的占空比％。
表二大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機控制器一個基本工作循環(huán)的流程分析

表二說明表2是定子為大小極寬組合式結(jié)構(gòu)配轉(zhuǎn)子為均寬磁極分布結(jié)構(gòu)，電機一個基本工作循環(huán)內(nèi)流程分析橫切面分布的圖2對應(yīng)分析表。
1.霍爾組的三位、兩態(tài)信號按方式一或方式二信號組選擇其一，對應(yīng)輸出電機相線電流；以定子為參照、轉(zhuǎn)子磁場按旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)過相鄰一對磁極，并按序分六步輸出轉(zhuǎn)過一對轉(zhuǎn)子磁極的基本單元后步入循環(huán)稱為一個基本工作循環(huán)。
2.A→D表示①電流從A相流入、公共線D流出；②按旋轉(zhuǎn)方向A相第一磁極S極的中心線與其相對的S永磁極中心線構(gòu)成的中心夾角范圍0.5a∽1.5a個單位的離開角；③使用霍爾方式一信號組時的值001；④使用方式二信號組時的值011；⑤B相無電流；⑥定、轉(zhuǎn)子磁極的工作面積占總面積的百分比50％；⑦工作磁極的面積輸出占一個基本工作循環(huán)時間的百分比12.5％；⑧B相未工作、B相第一磁極線圈的中心線與其相對的S永磁極中心線構(gòu)成的中心夾角范圍-0.5a∽0.5a的接近和離開各0.5a個單位角，因接近重合而無工作電流。其余同理類推。
3.D→A表示①電流從公共線D流入、A相流出；②A相第一磁極N極的中心線與其相對的N永磁極中心線構(gòu)成的中心夾角范圍0.5a∽1.5a個單位的離開角；③使用方式一信號組的值110；④使用方式二信號組的值100；⑤B相無電流；⑥定、轉(zhuǎn)子磁極的工作面積占總面積的百分比50％；⑦此工作磁極的面積輸出占一個基本工作循環(huán)時間的百分比12.5％；⑧B相未工作、B相第一磁極線圈的中心線與其相對的N永磁極中心線構(gòu)成的中心夾角范圍-0.5a∽0.5a的接近和離開各0.5a個單位角，其余同理類推。
4.以上表格設(shè)電機為定、轉(zhuǎn)子磁極中心相對位置的最大偏差值，換算成定子磁極寬度后的換相角度2.25°、四十極、二相三線、按六步輸出各相序電流、霍爾方式組的信號值、及按步循環(huán)工作時相互作用的磁極，占定、轉(zhuǎn)子磁場的百分比％，及此步占一個基本工作循環(huán)內(nèi)輸出時間的占空比％。
5.上表第一列和第三列是電機運行的動態(tài)位置反饋給控制器的信號組值和控制器輸出給電機相電流的對應(yīng)工作關(guān)系，也是大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機與配套控制器間輸入和輸出對應(yīng)工作原理的細則。
本發(fā)明的有益效果是與三相無刷直流電機技術(shù)相比有益效果是輸出功率可提高三分之一、相對減小了電機體積，節(jié)約了資源；換相穩(wěn)定性和輸出功率具有可控性，可方便地進行正反運行切換控制、所有極對數(shù)的電機產(chǎn)品都能實現(xiàn)；控制器硬件和電機的電連接，與現(xiàn)有三相永磁無刷直流電機整體方案一致，僅匹配控制器輸出相線電流工作完成的控制軟件不同，現(xiàn)有資源得到充分利用。


圖1是本發(fā)明的內(nèi)定子為大小極寬組合式結(jié)構(gòu)，電摩輪轂電機軸向分布圖。
圖2是本發(fā)明的四十極，內(nèi)定子為大小極寬組合式結(jié)構(gòu)，電機在一個基本工作循環(huán)流程分析的徑向分布圖。
圖3是本發(fā)明的四十極、內(nèi)定子為大小極寬組合式結(jié)構(gòu)，電機定子兩相繞組內(nèi)部展開圖。
圖4是本發(fā)明的四十極，內(nèi)定子為大小極寬組合式結(jié)構(gòu)，定子鐵心大、小極寬單元的平面結(jié)構(gòu)組合分布示意圖。
圖5是本發(fā)明的二極，定子為大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機徑向分布圖。
圖6是本發(fā)明的定子為大小極寬組合式二兩相永磁無刷直流電機、有霍爾信號的配套控制器電連接、方框示意圖。
圖中，A.電機繞組第一相線，B.電機繞組第二相線，D.電機繞組公共相線，a.電機換相角，S11.霍爾件1，S21.霍爾件2，S31.霍爾件3，M.定子繞組磁極單元的大極寬，X.定子繞組磁極單元的小極寬，J.定、轉(zhuǎn)子基本磁極極寬，F(xiàn)1.外部顯示電路，F(xiàn)2.外部控制輸入電路，F(xiàn)3.監(jiān)控反饋處理電路，F(xiàn)4.輸出驅(qū)動電路，F(xiàn)5.電源電路，F(xiàn)0.AVR單片機的CPU單元，F(xiàn)6.輸出電路，F(xiàn)M.大小極寬組合式二兩相永磁無刷直流電機，1.定子鐵心，2.定子軸，3.S永磁極的轉(zhuǎn)子磁鋼，4.N永磁極的轉(zhuǎn)子磁鋼，5.永磁S極與N極帖合臨界線，6.定轉(zhuǎn)子間氣隙，7.A相磁極單元的大極寬，8.A相磁極單元的小極寬，9.B相磁極單元的小極寬，10.B相磁極單元的大極寬，30.電機引出電纜，32.護線帽，33.電機端蓋，34.軸承，35.定子安裝軸的定位扁方槽，36.繞組線圈端部，37.剎車轂蓋，38.剎車端蓋，40.外轉(zhuǎn)子輪輞殼體，41.控制器具體實施方式
結(jié)合附圖和實施例代表本發(fā)明的部分結(jié)構(gòu)、原理作進一步說明在圖1中，大小極寬組合二相永磁無刷直流電摩電機外輪輞轉(zhuǎn)子40、內(nèi)圈圓弧面上永磁S極3、和永磁N極4間隔、順序貼滿；定子鐵心1、套入永磁轉(zhuǎn)子的內(nèi)腔中，有工作氣隙6；在定子有出線槽的軸端，按序套裝電機軸承34、端蓋33、護線帽32、后引出電纜30，防止電機轉(zhuǎn)動刮傷電纜；定子另一軸端套裝剎車軸承轂蓋37后，兩側(cè)端蓋分別安裝在電機外輪輞轉(zhuǎn)子40、的兩側(cè)端面上固定。定子每相繞組按一大極寬M與一小極寬X相鄰的單元組、分十組分布，兩相的繞組成對稱的分布結(jié)構(gòu)。對應(yīng)繞組為按圖3分布的每相以兩極為單元組的四十極、定子內(nèi)部展開圖；對應(yīng)定子鐵心極寬分布為按圖4的四十極，定子鐵心大、小極寬單元的平面結(jié)構(gòu)組合分布示意圖。定子軸的扁方槽35、用于安裝電機，起到加強其定子防轉(zhuǎn)的固定作用；剎車端蓋38、為剎車片的剎車安裝固定端蓋。定子上相鄰大極寬的三個槽外層中心，分別安裝三個霍爾組件S11、S21、S31、如H的局部移出放大所示，以獲得轉(zhuǎn)子對應(yīng)表1第一列的一種轉(zhuǎn)子動態(tài)運行位置信號值；引出電纜有三根相線A、B、D和五根霍爾線以對應(yīng)控制器引出線的電連接，工作時再電機輸入轉(zhuǎn)子反饋信號組值，即對應(yīng)與表1第一列的信號后，控制器輸出相線工作電流，即對應(yīng)與表1第三列的工作電流后使得電機正常運行。電機與控制器的電連接對照圖6進行。
在圖2所示對應(yīng)表2的實施例中，外轉(zhuǎn)子輪輞體40、為普通永磁無刷直流電機外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、永磁極基本極寬J，定轉(zhuǎn)子間有工作氣隙6；定子繞組如圖3所示、共四十極、二極一組、二相星形、四十槽雙層繞組；繞組極寬分布結(jié)構(gòu)如圖5所示；同一相內(nèi)同極性的磁極單元寬度相同、不同極性的磁極單元寬度不相同，兩相間大極寬M的7、10、與小極寬X的8、9，按相、組、各自大小相鄰的原則順序?qū)ΨQ分布；三霍爾的分布角度等于M的極寬值；中心是電機定子軸。在定子鐵心1、的繞組分布方向設(shè)A相第一個大磁極的始邊對正永磁S極3、的一條貼縫5，永磁極被換相角a四等分，并使A相第一個大磁極與永磁S極面對，此兩極中心線間構(gòu)成的圓心夾角，按轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向為增大的離開角S0.5a個單位寬、見局部放大F；由同性相排的磁場作用力原理知，得電機正向轉(zhuǎn)矩；根據(jù)通電羅線管的磁特性得A相線圈的電流方向A進、D出。由轉(zhuǎn)子40、按S極與N極相鄰順序分布及定子B相與A相磁極成對稱分布的原則，同理求得B相第一個小磁極中心線對正永磁S極，面對兩極中心線間構(gòu)成的平面中心夾角，按轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向減小的接近角S-0.5a個單位寬、見局部放大E；因定、轉(zhuǎn)子磁極中心的偏差值存在，B相工作磁極中心趨向重合，使得其間磁場矢量轉(zhuǎn)矩不確定性而受控為零，所以B相線的電流控制為零；其于同理類推。由三霍爾組件的位置分布關(guān)系結(jié)合霍爾件的磁電特性得三霍爾件S11、S21、S31、全部正面對永磁極安裝時得方式一的信號值001，如將S21反一面安裝時得方式二的信號組值011；按旋轉(zhuǎn)方向同理求得其余信號值及電機相電流對應(yīng)值。由于電機以一對永磁極為循環(huán)單位，所以假設(shè)A相第一個大磁極與永磁極N極面對，則此兩極中心線間構(gòu)成的中心夾角、霍爾組信號值、按旋轉(zhuǎn)方向同樣成立且與實際并不沖突；完全符合表2第一列與第三列的對應(yīng)工作輸入和輸出關(guān)系；并滿足電機正常運行的條件。
在圖3所示實施例中，四十極、大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機，二相定子雙層繞組內(nèi)部展開圖；對應(yīng)圖4所示的定子以大小極寬相鄰的磁極單元組結(jié)構(gòu)分布，其大小極寬差并非是實際效果圖，是為了方便理解而故意夸大顯示；圖中g(shù)為三霍爾件S11、S21、S31的安裝槽口、位置、分布角的局部放大，中心為定子軸孔。
在圖5所示實施例中，外轉(zhuǎn)子僅有一對永磁極、定子每相僅有單極結(jié)構(gòu)，大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機；定子磁極的齒寬分布結(jié)構(gòu)，同樣滿足于①同一相內(nèi)同極性的磁極單元寬度相同、不同極性的磁極單元寬度不相同分布；②兩相繞組間的磁極成對稱分布；③各相僅有一個磁極時，為大磁極的結(jié)構(gòu)單極分布。④在A相引線槽外層中心安裝霍爾件S21，以A相引線槽為中心、按霍爾分布角度成左右相鄰的兩對稱位置，按轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向，順序、對稱布置霍爾件S11、和S31；⑤繞組的連線按線圈繞制方向確定同向繞制時第一相的尾接第二相的頭后，引出公共線D、另分別引出第一相的相線A和第二相的B相線。
在圖6所示實施例中，虛線內(nèi)為控制器部分；其中F0是單片機組成的CPU單元，完成程序控制、輸入、輸出、反饋處理等核心功能；F5是電源電路負責(zé)各模塊不同的電源分配、穩(wěn)定控制，F(xiàn)2是外部功能輸入控制電路，控制控制器的各相關(guān)工作；F1是控制器工作輸出的外部狀態(tài)顯示電路；電機將反饋的S11、S21、S31信號輸入F0進行處理，并對應(yīng)輸出同步的電機相線電流控制信號，至后端的輸出激勵電路F4，進行硬件電路處理，以控制末端功率輸出電路F6、輸出電機相線A、B、公共線D間的正確電流，使電機FM、正常運行，對照表一的說明；F3電路將監(jiān)控輸出的各種動態(tài)變化，對應(yīng)的修正和反饋信號給F0進行正確調(diào)控。大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機與配套控制器的電連接、功能控制，與現(xiàn)有三相永磁無刷直流電機相同。
權(quán)利要求
1.一種大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機結(jié)構(gòu)原理，有永磁極為基本極寬(J)，按極性間隔分布于轉(zhuǎn)子(40)上，組成普通的永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，定子繞組以大、小、基本、三種極寬單元，構(gòu)成磁極單元組，組成二相(A)、(B)繞組的規(guī)律分布結(jié)構(gòu)，電機(FM)與控制器(41)對應(yīng)電連接，電機反饋輸入轉(zhuǎn)子位置信號值給控制器，控制器對應(yīng)輸出電機相線(A)、(B)和公共線(D)間的電流，按六步循環(huán)工作，其特征是定子同一相繞組內(nèi)的磁極分布由換相角(a)值確定，大極寬(M)、小極寬(X)、和基本極寬(J)三種極寬單元，根據(jù)每相磁極總數(shù)按組進行勻分，根據(jù)每組中的極數(shù)來選擇極寬單元進行組合，構(gòu)成磁極單元組進行圓周勻稱分布，組成為一相磁極繞組結(jié)構(gòu)，二相繞組之間的極寬組合為對稱分布，繞組為二相連接，有二根相線(A)、(B)和一根公共線(D)引出，同一相內(nèi)僅有一個磁極單元時，每相繞組僅有一個大極寬的磁極單元(W)，兩相間的磁極單元為對稱分布，兩磁極間有一個等于換相角度(a)的極寬值成交叉結(jié)構(gòu)，根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁極中心相對位置的最大偏差值，來決定電機換相角(a)的極寬值，除換相時間內(nèi)為單相工作，其余時間兩相繞組都同時工作，配套控制器(41)按轉(zhuǎn)子反饋的位置信號，分六步循環(huán)輸出電機相線電流的原理進行，定子繞組內(nèi)一相的換相角超前，另一相的換相角相對滯后成對稱分布，在調(diào)換電機兩根相線(A)和(B)連接時，電機反向工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機結(jié)構(gòu)原理其特征是換相角(a)，大于等于定、轉(zhuǎn)子磁極按基本極寬，以電機軸為中心圓周對稱分布時，取兩相互正對的磁極中心線之間因徑向偏差，構(gòu)成最大的圓心角度值；定、轉(zhuǎn)子磁極的基本極寬值(J)，等于360度除以槽數(shù)；定子磁極大極寬(M)，等于定子磁極基本極寬(J)加上換相角(a)；定子磁極小極寬(X)，等于定子磁極基本極寬(J)減去換相角(a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機結(jié)構(gòu)原理其特征是控制器(41)輸入電機相線電流為六步循環(huán)原理工作，第一步從(A)相輸入后從公共線(D)流出，第二步從(A)和(B)相線同時輸入后從公共線(D)流出，第三步從(B)相線輸入后從公共線(D)流出，第四步從公共線(D)輸入后從(B)相線流出，第五步從共線(D)輸入后從(A)和(B)相線流出，第六步從公共線(D)輸入后從相線(B)流出，并按此六步輸出的循環(huán)工作電流進行工作；當某一根線前后步的電流狀態(tài)未發(fā)生改變時，表示其前一步電流狀態(tài)在后一步得以繼續(xù)保持不變。
全文摘要
電機有普通永磁無刷直流電機結(jié)構(gòu)的永磁極轉(zhuǎn)子，和大小極寬組合式結(jié)構(gòu)的定子；與配套控制器電連接后控制運行。利用定子為大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機及控制器，實現(xiàn)成產(chǎn)品的一種組合結(jié)構(gòu)原理。用此方法實現(xiàn)的電機產(chǎn)品具備換相穩(wěn)定性和輸出功率具有同步可控設(shè)計、與現(xiàn)有三相永磁無刷直流電機相比，電機額定功率增大而體積相對減小，節(jié)約資源消耗；保持無刷直流電機高效率特性的同時，可方便地進行正反轉(zhuǎn)運行的切換控制；解決了三相永磁無刷直流電機反轉(zhuǎn)難的缺陷。大小極寬組合式二相永磁無刷直流電機，可實現(xiàn)任意極對數(shù)的電機產(chǎn)品，使三相無刷永磁直流電機眾多極數(shù)的電機產(chǎn)品無法實現(xiàn)而成為現(xiàn)實；解決了轉(zhuǎn)速調(diào)控與輸出扭矩間較大的負面牽制因素。
文檔編號H02K3/04GK1825740SQ20061004955
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月18日
發(fā)明者毛勇彪 申請人:毛勇彪