專利名稱：二相與三相混合型無刷直流電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無刷直流電機(jī)，尤其涉及用具有90度相位差的二相無刷 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流來產(chǎn)生具有30度相位差的轉(zhuǎn)矩，從而不僅減小無刷直流電 機(jī)轉(zhuǎn)矩(torque)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而且與具有60度相位差的三 相無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子相比可以增加轉(zhuǎn)子磁路的磁導(dǎo)(permeance)系數(shù)而提 高電機(jī)效率的二相與三相混合型無刷直流電機(jī)(Brushless DC motor )。
背景技術(shù)：
通常，無刷直流電機(jī)是指將機(jī)械的電刷、換向器替換為電裝置的直流 (DC)電機(jī)。因此，無刷直流電機(jī)具有不發(fā)生磨損和灰塵、沒有電噪聲、輸出功率和 效率好的優(yōu)點(diǎn)而適合作為高速旋轉(zhuǎn)型電機(jī)，并作為下一代電機(jī)從多方面進(jìn)行 著研究和開發(fā)。這種無刷直流電機(jī)由于將纏繞線圏的直流電機(jī)轉(zhuǎn)子替換為永久磁鐵，其 速度控制方法也由電壓控制方式改為勵(lì)磁相位控制方式，因此需要采用驅(qū)動(dòng) 電路。通常，無刷直流電機(jī)由永久磁鐵轉(zhuǎn)子和根據(jù)電子開關(guān)電路的整流電壓而 被勵(lì)磁的電樞構(gòu)成。二相無刷直流電機(jī)以具有90度相位差的電勵(lì)磁角被驅(qū)動(dòng)，并由具有2 x n個(gè)極的永久磁鐵轉(zhuǎn)子和具有4 x n個(gè)極線圏的電樞構(gòu)成。另夕卜，三相無刷直流電機(jī)以具有60度相位差的勵(lì)》茲角被驅(qū)動(dòng)，并由具有 2 x n個(gè)極的永久;茲鐵轉(zhuǎn)子和具有6 x n個(gè)極線圈的電樞構(gòu)成。圖1為表示現(xiàn)有的二相無刷直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力變換結(jié)構(gòu)的示意圖，圖 2為用于表示這種現(xiàn)有二相無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)步驟的轉(zhuǎn)矩波形圖?，F(xiàn)有的二相無刷直流電機(jī)如圖i所示，由基本的二極轉(zhuǎn)子2和具有四個(gè) 極線圈的電樞1構(gòu)成。這種二相無刷直流電機(jī)如圖2所示，以90度相位差產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。此時(shí)，由于在0~ 180度之間有線圏電流流動(dòng)，而在0 45度之間因反電 動(dòng)勢較小而流動(dòng)大電流，因此需要注意驅(qū)動(dòng)電路，而且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)(Torque Ripple )角大。并且，為了增大電積J茲路的磁導(dǎo)系數(shù)而最大限度地利用磁能，最好減小 轉(zhuǎn)子2的永久磁鐵極間距離、增大對應(yīng)于轉(zhuǎn)子2永久磁鐵極面積的電樞1極 面積并減'J、空隙(air gap )。但是，二相無刷直流電機(jī)由于從結(jié)構(gòu)上只能構(gòu)成2 x n極轉(zhuǎn)子2和4 x n 極電樞1線團(tuán)，因此轉(zhuǎn)子2的永久磁鐵極間距離比電樞的線圏極更長且對應(yīng) 于永久磁鐵極面積的電樞1的磁性面積較小，這導(dǎo)致磁導(dǎo)系數(shù)低、磁能利用 效率不高。因而，這種二相無刷直流電機(jī)一般轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，不適合作 大型電機(jī)。圖3為表示現(xiàn)有的三相無刷直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力變換結(jié)構(gòu)的示意圖，圖 4為用于表示這種三相無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)步驟的轉(zhuǎn)矩波形圖。另外，現(xiàn)有的三相無刷直流電機(jī)如圖3所示，由基本的二極轉(zhuǎn)子20和具 有六個(gè)極線團(tuán)的電樞IO構(gòu)成。這種三相無刷直流電^L如圖4所示，以60度相位差產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，在0 ~ 120 度之間有線團(tuán)電流流動(dòng)，而在0~30度之間存在反電動(dòng)勢小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) (torque ripple)角。這種三相無刷直流電機(jī)雖然優(yōu)于二相無刷直流電機(jī)，但是從結(jié)構(gòu)上只能 構(gòu)成2 x n極轉(zhuǎn)子20和6 x n極電樞10線圖，因此轉(zhuǎn)子20的永久磁鐵極間距 離長且對應(yīng)于永久磁鐵極面積的電樞磁性極面積較小，這導(dǎo)致磁導(dǎo)系數(shù)和磁 能利用效率都不大。如此，即使采用作為現(xiàn)有最佳驅(qū)動(dòng)方式的電波雙極(bipolar)勵(lì)磁方式 的二相或三相無刷直流電機(jī)，因其結(jié)構(gòu)原理只能有限地利用磁能，而且提高 效率時(shí)也存在結(jié)構(gòu)性問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和限制而提出的，其目的 在于提供一種二相無刷直流電機(jī)，該二相無刷直流電機(jī)通過構(gòu)成具有比電樞 線圏極更多的分割極數(shù)的永久磁鐵轉(zhuǎn)子使電機(jī)的磁能利用率極大化，并通過將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)相位差最小化為30度，從而可以提高大容量的轉(zhuǎn)矩特性和效率。 本發(fā)明的另一目的在于提供一種可以最大限度地利用有效磁能的二相無 刷直流電機(jī)，為此構(gòu)成具有6xn個(gè)永久磁鐵極的轉(zhuǎn)子，使其轉(zhuǎn)子極數(shù)比現(xiàn)有 的具有2 x n個(gè)基本極的二相或三相電機(jī)多三倍，以增加轉(zhuǎn)子的永久磁鐵單體 的磁導(dǎo)系數(shù)，并布置具有4xn個(gè)線圈極的電樞，以確保電樞極面積與轉(zhuǎn)子永 久磁鐵極的相對面積相同，從而增加動(dòng)作點(diǎn)的磁導(dǎo)系數(shù)。本發(fā)明的目的還在于提供一種二相與三相混合型無刷直流電機(jī)，該無刷 直流電機(jī)在電樞的各線圈極之間構(gòu)成輔助凸極(Auxiliary salient pole )而構(gòu)成 可以最大限度地減小因具有6xn極的轉(zhuǎn)子的相互作用而可能發(fā)生的轉(zhuǎn)矩波 動(dòng)的磁路，并且相對轉(zhuǎn)子極數(shù)將電樞線圈數(shù)量最小化為4xn個(gè)，從而可以減 小銅耗，節(jié)減材料成本。本發(fā)明所提供的無刷直流電機(jī)，其特征在于包含二相線圈電樞，該二 相線圈電樞形成4的倍數(shù)(4xn)個(gè)線圏極，并在所述線圏極與線圈極之間 形成輔助凸極；由具有相同分割角的6的倍數(shù)(6xn)個(gè)永久磁鐵轉(zhuǎn)子極構(gòu) 成的轉(zhuǎn)子。


圖1為表示現(xiàn)有的二相無刷直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力變換結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2為用于表示現(xiàn)有二相無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)步驟的轉(zhuǎn)矩示意圖； 圖3為表示現(xiàn)有的三相無刷直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力變換結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖4為用于表示現(xiàn)有三相無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)步驟的轉(zhuǎn)矩示意圖； 圖5為表示本發(fā)明提供的二相無刷直流電機(jī)(4S6R)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力變換結(jié) 構(gòu)的示意圖；圖6為本發(fā)明中用于表示二相無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)步驟的轉(zhuǎn)矩示意圖； 圖7為本發(fā)明中構(gòu)成二相無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的示例圖； 圖8為本發(fā)明中表示無刷直流電機(jī)的磁導(dǎo)系數(shù)的示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明所提供的電機(jī)以形成四個(gè)線圈極的二相線圈電樞和以60度分割 角劃分的六極永久磁鐵轉(zhuǎn)子的組合為基本結(jié)構(gòu)，由此可以得到由具有4 x n個(gè) 極的電樞和具有6 x n個(gè)極的永久磁鐵轉(zhuǎn)子組合而成的電機(jī)。下面參照圖5至圖7舉例說明作為本發(fā)明基本結(jié)構(gòu)的具有四極電樞線圏和六極轉(zhuǎn)子極(4S6R) 的電機(jī)結(jié)構(gòu)及作用。如圖5所示，本發(fā)明所提供的電機(jī)包含由四個(gè)二相線圏構(gòu)成的電樞100、 由具有60度分割角的永久磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子200、形成在電樞100的各線圖極 101之間的四個(gè)輔助凸極(Auxiliary salient pole ) 300，而且所述電樞100在 每個(gè)90度分割位置分別設(shè)置一個(gè)與轉(zhuǎn)子200永久磁鐵一極的分割面相同的線 圏極101。具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明實(shí)施例的電樞100在每個(gè)90度分割位置分別設(shè)置 一個(gè)與形成60度分割角的轉(zhuǎn)子永久磁鐵一極的分割面相同的線圏極101，從 而形成四個(gè)二相線圏101a。由此，在電樞100的線圏極101與線圈極101之間留有30度的分割角余 量，在此電樞100的線圈極101與線圏極101之間的分割剩余角內(nèi)形成所述 輔助凸極300，為了能夠插入線圈繞組所述輔助凸極300的面大小應(yīng)減去2 ~ 3mm長度。所述轉(zhuǎn)子200為將具有60度分割角的六個(gè)永久磁鐵極交替布置為N極 和S極而構(gòu)成。所述電樞100的線圈101a通過在各電樞100的線圈極101插槽(slot) 內(nèi)插入具有卯度相位差的二相線圏/A、 /B而構(gòu)成。具有上述結(jié)構(gòu)的形成輔助凸極的二相無刷直流電機(jī)各相的勵(lì)磁電流特性 如圖6所示，每一步驟(Step)具有30度的相位差，而且每旋轉(zhuǎn)一次時(shí)具有 3Hz/相的開關(guān)頻率特性。這與如圖2所示的每一步驟具有90度相位差的現(xiàn)有二相無刷直流電機(jī)的 勵(lì)磁電流特性和如圖4所示每一步驟具有60度相位差的三相無刷直流電機(jī)相 比旋轉(zhuǎn)步驟角度小，因此具有非常穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩及起動(dòng)特性。由于本發(fā)明提供的二相無刷直流電機(jī)具有4的倍數(shù)個(gè)電樞極和6的倍數(shù) 個(gè)轉(zhuǎn)子極，因此還可以得到由8極電樞和具有30度分割角的12極轉(zhuǎn)子極組 合而成的電機(jī)或由12極電樞和具有20度分割角的18極轉(zhuǎn)子極組合而成的電 機(jī)。圖8為本發(fā)明中表示無刷直流電機(jī)的磁導(dǎo)系數(shù)的示意圖。 如上所述具有比電樞的線圏極更多的分割極數(shù)的本發(fā)明所提供的永久磁 鐵轉(zhuǎn)子，由于磁鐵單體的極間距離變短，因此如圖8所示其磁導(dǎo)系數(shù)P3大于現(xiàn)有二相無刷直流電機(jī)的磁導(dǎo)系數(shù)pi和現(xiàn)有三相無刷直流電機(jī)的磁導(dǎo)系數(shù)P2,因而易于進(jìn)行可以最大限度地利用電機(jī)的有效磁能的有效設(shè)計(jì)。圖7為本發(fā)明中，本發(fā)明所提供的二相無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成示例圖。如圖7所示，所構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路包含轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器(400、 400')、 根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器(400、 400')所檢測出的轉(zhuǎn)子位置驅(qū)動(dòng)二相勵(lì)磁開 關(guān)信號的二相邏輯電路500、根據(jù)二相邏輯電路500的二相勵(lì)磁開關(guān)信號在 電樞100的二相線圏中流通電流而使電機(jī)運(yùn)行的開關(guān)電路600,從而用于驅(qū) 動(dòng)本發(fā)明提供的二相無刷直流電機(jī)。綜上所述，本發(fā)明將二相驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)用于二相與三相混合型電機(jī)，同時(shí) 可以得到比三相無刷直流電機(jī)更加細(xì)化的轉(zhuǎn)矩角，因此可以得到穩(wěn)定而強(qiáng)勁 的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)特性，尤其在中低速運(yùn)行時(shí)可以得到平穩(wěn)的高效率特性。本發(fā)明由于可以有效利用有效磁能，因此可以減小電機(jī)設(shè)計(jì)尺寸、減小 電樞和繞組線圏量，因而可以減小體積和重量，由此可以減小制造成本而提 高經(jīng)濟(jì)性。
權(quán)利要求
1. 一種二相與三相混合型無刷直流電機(jī)，其特征在于包含二相線圈電樞，該二相線圈電樞形成4的倍數(shù)(4×n)個(gè)線圈極，并在所述線圈極與線圈極之間形成輔助凸極；由具有相同分割角的6的倍數(shù)(6×n)個(gè)三相永久磁鐵轉(zhuǎn)子極構(gòu)成的轉(zhuǎn)子；并且，所述電樞的線圈極與轉(zhuǎn)子的永久磁鐵轉(zhuǎn)子極的一個(gè)極面相一致。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二相與三相混合型無刷直流電機(jī)，其特征在于 所述輔助凸極通過從線圈極與線圈極之間形成的剩余角中減去用于插入纏繞 在線圈極上的繞組的空間而設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種最大限度地增加無刷直流電機(jī)(Brushless DCmotor)的轉(zhuǎn)子系磁導(dǎo)(permeance)系數(shù)而改善效率和起動(dòng)特性，并且可以衰減轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)(torque ripple)和噪音的無刷直流電機(jī)。本發(fā)明所提供的無刷直流電機(jī)涉及由形成具有四的倍數(shù)個(gè)極的二相線圈和輔助凸極(Auxiliarysalient pole)的電樞和具有六的倍數(shù)個(gè)三相轉(zhuǎn)子極的永久磁鐵轉(zhuǎn)子(Rotor)結(jié)合而構(gòu)成，并且可以由二相電機(jī)用電力變換及電子整流控制裝置驅(qū)動(dòng)的二相及三相混合型無刷直流電機(jī)。
文檔編號H02K29/00GK101252302SQ20071007870
公開日2008年8月27日 申請日期2007年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月25日
發(fā)明者鄭榮春 申請人:鄭榮春