直流六相无刷电机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种直流六相无刷电机。在电机内装有叠片铁心，铁心齿上绕有顺序均匀分布的六相绕组。六相绕组在与六相无刷控制器配合工作时，在空间产生十二角矢量旋转磁场，带动贴有稀土磁钢的转子围绕电机轴旋转输出动力。十二角矢量的每两个相邻矢量的电角度夹角为３０度。本实用新型专利技术与现有产品三相无刷电机相比，力矩平稳性好，抖动和噪音小，换相脉冲电流小，效率高，磁性材料节省。本实用新型专利技术特别适用于各种电动汽车、电动游览车、电动摩托车的驱动应用和大功率低速直驱风力发电机应用。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

直流六相无刷电才几所属
本专利技术涉及…种直流六相无刷电机。(以下简称为本电机) 本电机所采用的技术属于机械、电机设计制造
本电机特别适用 于高、中、低速调速驱动方面的应用，尤其适用于各种型式的以蓄电池和燃料 电池为动力的电动车辆的驱动应用，如电动汽车、电动游览车、电动摩托车、 电动自行车和电动轮椅车等。本技术可以显著改善驱动用直流无刷电机的 运行性能，提高效率，在各种电动车辆的驱动应用中节省蓄电池电源消耗。其 应用分类属于电动车辆的驱动技术。本电机还特别适用于低速直驱风力发电机 机组配套作为发电机应用。
技术介绍
本技术其主要相关技术为以蓄电池或其他类似直流电源为能源，用于电动车辆驱动的电机分为有刷电机和无刷电机2类。其中有刷电机又分为串励有刷电机和永磁有刷电机2种。 而无刷电机一般均采用三相六状态"两两通电"的一种形式。有刷和无刷2类 电机各有优缺点。近几年来，由于无刷电机控制技术的进步和所用的功率电子 器件性能的改善，以及无刷电机所固有的无磨损、基本免维护的特点，无刷电 机主要是三相无刷电机得到了较快的发展，在市场上的占有率逐步提高。目前电动车行业中采用现有技术的直流三相无刷电机，由于全部采用"两 两通电"的三相六状态工作方式，所以每相绕组的通电"电角度"都是120度。 也就是在半个周期的180度电角度内(一个周期是360度电角度)，有120度通 电，从电源接受能量，另外60度不通电，绕组不工作。由于无刷电机从原理上 规定了电机电枢波形要求是梯形波或方波，对于三相六状态"两两通电"的无 刷电机，就要求电机电枢相电势波形的顶部平台宽度不能小于120度。如果平 台宽度小于120度，则在通电持续的时间内，以及在电流换相的时刻，相电压 波形就要发生降落和塌陷，也就是电势波形的瞬时值降低。由于此时的电机电 势与电源(蓄电池)电压的差距增大，电机电流的瞬时值将急骤上升，引起电 机工作电流和电机力矩的大幅度脉动。直接导致电机的损耗增加、力矩抖动、 电机运转的噪音增大等明显的负面效果。无论此种电机的内部结构是采用隐极式斜槽跨多齿绕组，还是采用显极式直槽跨单齿绕组，电机相电压波形平顶部位的理论宽度都只有120度。虽然在 理论上是可以满足"平台换相"的要求，但是由于槽口宽度的存在和磁极漏磁 等因素的影响，相电势波形的平顶部位宽度全部都小于120度。据实测，多数 电机只是在100--110度范围内，设计和制造差一些的电机，"平台宽度"还不 到此数。做得最好的电机也只能是接近而不能达到120度。依据以上分析，现 有三相无刷电机的换相时刻均落在相电势波形的斜坡位置，不能满足"平台换 相"的要求。此时相电势的瞬时值与电源电压的差距增大，引起换相时刻的冲 击电流加大，电机的力矩抖动、噪音增大，效率降低，控制器的功率电子器件 以及蓄电池的负担加重，对无刷电机系统的安全稳定运行不利，也降低电动车 辆的乘坐舒适性。这是目前在电动车驱动领域中三相无刷电机普遍存在的问题， 是难以消除的原理性的缺陷。
技术实现思路
本技术"直流六相无刷电机"的目的是提供一种能消除现有三相无刷 电机由于原理性缺陷所引起的力矩抖动、噪音较大和控制器功率电子器件负担 加重等不利因素，使性能和品质得到显著提高的新型驱动电机。本技术"直流六相无刷电机"的构成和原理为(见附图1)在硅钢片叠片铁心l上冲有槽齿2，围绕每个槽齿分别绕有A, B， C， D, E, F六相线圈3，各相线圈的排列布置及其绕线方向按照所设计的一定规律， 并如附图1所示。以上六相绕组可以连接成两个错开30度电角度的三相系统。 叠片铁芯和线圈与心轴4 一起构成电机的定子。在定子的外围套有低碳钢筒体 5，在筒体5的内圆表面粘贴固定有稀土磁钢6。稀土磁钢按照N极向内和S极 向内交替分布排列，磁钢的数量按照设计的极数。稀土磁钢的内表面与定子冲 片的外圆表面保持一定距离作为空气间隙。低碳钢筒体5起到支承磁钢的作用， 也是磁极磁路的磁轭，并且也作为电机的外壳。筒体5与电机端盖相连结，端 盖通过滚动轴承安装在心轴4上。因此，端盖连同筒体5和磁钢6成为电机的 转子，可以围绕心轴旋转，也就是围绕电机定子旋转。这样就构成了心轴和定 子不转动而磁场和外壳旋转的轮毂电机。在电机的外壳上安装轮辋(或者通过 辐条安装轮辋)，在轮辋上安装轮胎，电机通电旋转时就可以驱动车辆前进。在与无位置传感器的六相无刷控制器配套工作时，本电机不需要装设霍尔 位置传感器或其他任何形式的位置传感器。在与需要位置传感器的六相无刷控 制器配套工作时，需要在本电机内的定子齿部按照120度电角度或60度电角度 的间距，装设3个(或者也可以是6个)霍尔位置传感器。本电机也可以按照常规电机结构的形式，做成外定子、内转子的方式。在 环形定子冲片的内圆冲有齿和槽，在槽内按照设计绕制六相绕组。低碳钢制作 的磁轭钢芯固定在转轴上，钢芯外表贴有稀土磁钢。叠片铁芯1的内圆面与磁钢的外圆面保留有空气间隙。如果需要，在定子齿部可以安装霍尔位置传感器。 定子铁芯固定在电机外壳中，外壳设有底脚或法兰盘以便安装固定。转轴连同 磁钢和钢芯成为电机转子，通过轴承与端盖，由电机外壳支承。在与专用六相 控制器配套和绕组通电以后，电机转子旋转并通过转轴对外输出动力。本电机 采用常规结构时也可以做成有或无位置传感器的两种形式。在本电机专用六相无刷控制器的配合和控制下，通过控制器六相桥式电路 12个桥臂的功率电子开关器件的控制，电机绕组通入六相电流。按照通电的顺 序和连接电源的极性，依次为A+， D+， C-， F-， B+, E+， A-， D-， C+， F+， EU， E-，因此本电机的六相绕组及其通电的极性所产生的磁场，形成了空间分 布的十二角矢量旋转磁场。每相邻两个矢量的夹角是30度电角度，如附图2所 不。每相绕组通电的持续时间是120度电角度。按照附图1电机绕组的形态和分布规律，通过简单的分析可以知道，本电 机各相的相电压波形是梯形波或方波，波形的平顶部分的理论宽度是150度电 角度。按照前面的分析，由于槽口宽度的存在和磁极漏磁现象的影响，本电机 相电压波形平顶部分的实际宽度会小于150度电角度，约在140度电角度左右。 但是本电机的相电流通电持续时间是120度电角度，比相电压平顶部分的宽度 要小很多。在换相时刻控制准确的前提条件下，(这是容易满足的)可以充分地 确保每相的整个通电周期和其起、止时刻(也就是控制器的换相时刻)都保持 在波形的平顶部位，充分确保实现"平台换相"。且对换相时刻和霍尔元件位置 误差的敏感性大大降低，在换相过程中和通电周期中几乎没有电流冲击，电机 和控制器的损耗降低，效率提高，还可以不需要控制器进行波形修正。由于本六相电机的波形平台宽度与120度通电电角度的要求值相比有较多 富裕，因此可以在设计中把波形平台宽度减小到满足要求为止即可，更大的宽 度是不必要的。为此可以减小磁极的极弧系数，减小磁极的宽度而不影响电机 的性能。因而可以节省20%左右的稀土磁性材料。极弧系数减小以后，铁芯中 磁通的无效部分减少，损耗随之减小。经过优化，电机效率还可因此而提高。 极弧系数减小以后，磁钢的漏磁系数减小，磁钢材料的利用率提高。本电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
直流六相无刷电机，其特征是：直流无刷永磁电机的绕组具有六相线圈并在空间顺序均匀分布。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱梦非，
申请(专利权)人：钱梦非，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]