闭合绕组永磁无刷直流电机制造技术

本发明专利技术是绕组与直流电机一样采用闭合连接、永磁体励磁、电子换向的闭合绕组永磁无刷直流电机。电枢绕组放置在定子上，永磁体放置在转子上，且每个线圈都并联一对电力电子开关，电力电子开关的另一端分别与电源正、负极相连。通过电子换向使处于N极或S极下的线圈电流方向一致且保持不变，与直流电机运行原理相同。由于采用了永磁体励磁和电子换向，可增加电机极数、减小电机每极槽数，使电机轭部和线圈端部尺寸减小。此外，由于绕组闭合连接，槽数不必满足三相（或多相）对称条件。因此本发明专利技术既保持了直流电机的机械特性、调节特性、电流-转矩特性，又提高了效率和功率密度，而且设计更加灵活。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种直流电机，特别是既使用与直流电机相同的绕组闭合链接，又使用永磁体励磁和电子换向的闭合绕组永磁无刷直流电机。
技术介绍
传统直流电机具有宽广的调速范围、平滑的调速特性、较高的过载能力、较大的起动和制动转矩等优点。但其应用受到机械换向器、电刷、励磁线圈的限制，使直流可靠性、效率和功率密度都较差。随着永磁材料和电力电子技术的发展，出现了利用永磁体建立磁场、利用电力电子器件换相永磁无刷电机，它具有高效率、高功率密度和维护方便的优点。然而，为了实现平滑调速，永磁无刷电机受到了复杂的控制算法和参数变化的限制，如对于永磁无刷交流电机须采用基于交直轴变化的矢量控制，对于永磁无刷直流电机须采用特殊导通角控制。此外，为了改善电机不同应用场合的特性，提出了许多特殊结构的永磁无刷电机， 如横向磁场永磁电机、双凸极永磁电机、多相永磁电机、永磁直线电机、盘式电机、直线电机寸。然而，无论是一般结构还是特殊结构的永磁无刷电机，电机各相(三相或多相)绕组都是开路连接，并非如传统直流电机绕组闭合连接，因此其运行原理与直流电机不同，无法实现直流电机的运行特性。
技术实现思路
为了实现直流电机的运行特性，同时克服电励磁和机械换向造成的效率低、可靠性差，本专利技术根据直流电机的运行原理提出绕组与直流电机一样闭合连接、永磁励磁、电子换向的闭合绕组永磁无刷直流电机，该电机不仅可以保持直流电机良好的机械特性、调节特性、电流-转矩特性，而其还可提高效率、功率密度和可靠性。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是闭合绕组永磁无刷直流电机，包括转子、定子，电枢绕组放置在定子上的线圈槽内，永磁体放置在转子上，相邻永磁体极性相异， 其特征在于电枢绕组中的每个线圈都并联一对电力电子开关，电力电子开关的另一端分别与电源正、负极相连，电枢绕组中的每个线圈跳跃相邻线圈后与下一个线圈串联。其特征在于电枢绕组中的所有线圈闭合连接。其特征在于电枢绕组中的每个线圈为双层绕组， 上下层分别放置在相邻的定子线圈槽内，每个线圈的下层与相邻线圈的上层位于同一定子线圈槽内。本专利技术的优点是由于采用了永磁体励磁，可增加电机的极数，减小每极磁通，从而使电机的轭部减小；由于采用了电子换向，不必为了便于换向而增加每极槽数，可减小绕组的端部长度。因此，本专利技术减小了电机体积、铁耗和铜耗，提高了功率密度和效率。如采用10极11槽结构，每个极下近似只有一个槽，而绕组节距仅为1个槽距，减小了电机轭部尺寸和端部长度，提高了效率。此外，不同于通常的永磁无刷电机，本专利技术的绕组和直流电机一样闭合连接，因此电机定子槽数不必满足三相(或多相)对称的条件，电机的设计更加灵活，从而可以优化电机的特性，如采用10极11槽结构，永磁电机的齿槽转矩会非常小。 所以，本专利技术既保持了直流电机良好的机械特性、调节特性、电流-转矩特性，又提高了效率、功率密度和可靠性，而且电机的设计更加灵活。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的结构原理图。图2是本专利技术的换向电路。图3是图1中线圈在N极下或S极下的位置。图4是根据图3导通相应电子开关后图2的等效电路图。图中 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.线圈，1+· 2+. 3+. 4+. 5+. 6+. 7+. 8+. 9+. 10+. 11+.线圈上层边，1-· 2- 3- 4-, 5- 6- 7- 8- 9- ΙΟΙ I- 线圈下层边，SlH. S2H. S3H. S4H. S5H. S6H. S7H. S8H. S9H. SlOH. S11H.与电源正极相连的电力电子开关，SlL. S2L. S3L. S4L. S5L. S6L. S7L. S8L. S9L. S10L. S11L.与电源负极相连的电力电子开关。转子111、定子112、线圈槽113、永磁体114，电源的正极115、负极116。具体实施例方式闭合绕组永磁无刷直流电机，包括转子、定子，电枢绕组放置在定子上的线圈槽内，永磁体放置在转子上，相邻永磁体极性相异，其特征在于电枢绕组中的每个线圈都并联一对电力电子开关，电力电子开关的另一端分别与电源正、负极相连，电枢绕组中的每个线圈跳跃相邻线圈后与下一个线圈串联。其特征在于电枢绕组中的所有线圈闭合连接。 其特征在于电枢绕组中的每个线圈为双层绕组，上层和下层分别放置在相邻的定子线圈槽内，每个线圈的下层与相邻线圈的上层位于同一定子线圈槽内。将永磁体放置在转子，实现永磁体励磁；电枢绕组放置在定子上，并将绕组闭合连接，与传统直流电机的线圈连接方式相同；在每个线圈的一端都并联一对极性相反的电力电子开关，而电子开关的另外一端分别与直流极相连，从而实现电子换向。当转子转动时， 根据各线圈所处主磁场N极或S极下，导通相应的电力电子器件，使处于磁场N极下的所有线圈的电流方向相同且保持不变，磁场S极下的所有线圈的电流方向也相同且保持不变， 但N极与S极下线圈的电流方向相反，形成不同的并联支路。可见，本专利技术运行原理与直流电机相同，但同时又消除了电励磁和机械换向。在图1中，以10极11槽为例，闭合绕组永磁无刷直流电机永磁体放置在转子上， 形成N极、S极主磁场；定子采用双层绕组，且线圈1、3、5、7、9、11、2、4、6、8、10、11闭合连接；电力电子开关SlH (电力电子开关1的接电源正极，标号21)、S2H2 (22)、S3H (23)、 S4H (24)、S5H (25)、S6H (26)、S7H (27)、S8H (28)、S9H (29)、SlOH (30)、SllH (31) — 端与电源正极相连，另一端则分别与线圈1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11相连；电力电子开关 SlL (电力电子开关1的接电源负极，标号41)、S2L (42)、S3L (43)、S4L (44)、S5L (45)、 S6L (46)、S7L (47)、S8L (48)、S9L (49),SlOL (50),SllL (51)—端与电源负极相连，另一端则分别与线圈1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11相连。整理图1中各线圈和各电力电子开关之间的连接，得到相应的换向电路如图2所示，可见定子线圈闭合连接，形成一条回路。图1 中各线圈边在N极和S极下的位置如图3所示，线圈2、4、6、8、10的上层边(2+、4+、6+、8+、 10+)位于N极下，线圈1、3、5、7、9、11的上层边(1+、3+、5+、7+、9+、11+)位于S极下；线圈2、 4、6、8、10 的下层边(2-、4-、6-、8-、10_)位于 S 极下，线圈 1、3、5、7、9、11 的下层边(1_、3_、 5-、7-、9-、11_)位于N极下。根据直流电机的运行原理，须使线圈1、3、5、7、9、11的电流方向，线圈2、4、6、8、10的电流方向相同，而线圈1、3、5、7、9、11的电流方向与线圈2、4、6、8、10 的电流方向相反。因此，根据图2的换向电路，导通电子开关管(SlH)和电子开关管(S2L)， 则图2可等效为图4。图4中，上层边处于S极下、下层边处于N极下的线圈1、3、5、7、9、11 处于同一条电流支路；上层边处于N极下、下层边处于S极下的线圈10、8、6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江建中，朱莉，
申请(专利权)人：江建中，朱莉，
类型：发明
国别省市：