环形绕组永磁无刷直流电机制造技术

本发明专利技术涉及电机技术领域，提供了一种环形绕组永磁无刷直流电机，包括直流电源、开关电路、转子和定子，所述定子上均匀设置有多个定子槽，定子槽内放置有定子绕组，定子绕组按所在定子槽的顺序首尾端串联形成闭合回路，直流电流通过开关电路为定子绕组供电；转子上均匀设置有永磁体，用于提供励磁磁场。本发明专利技术有效减小转矩脉动，可适用于高性能电力驱动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机
，具体涉及一种环形绕组永磁无刷直流电机。
技术介绍
传统直流电机电枢绕组采用环形绕组结构，易于控制，具有良好的调速性能和振动噪声特性，但电枢绕组的换向依靠机械换向器和电刷，可靠性差，难以维护。永磁无刷电机由永磁体提供励磁磁场，将电枢绕组安装于定子，由于电枢绕组不再旋转，无需电刷与机械换向器完成绕组电流换向，简化了电机结构，提高了可靠性。采用高性能永磁材料的永磁电机没有转子铜耗，既提高了电机效率，又具有较高的功率密度，。感应电势、绕组电流为正弦波的永磁同步电机具有较低的转矩脉动，广泛应用于高性能电力驱动领域。但其转矩密度低于感应电势为方波的无刷直流电机；而且，为了获得较理想的正弦波电流，往往需要较复杂的驱动电路和控制方法，如采用高频脉宽调制技术(PWM);为了获得良好的控制性能，需要复杂的控制算法。感应电势、绕组电流为方波的无刷直流电机转矩密度较永磁同步电机大，且控制简单，调速性能接近直流电机。无刷直流电机目前广泛采用三相绕组120°导通模式，所需功率开关器件数目较少，驱动电路也比较简单。但由于绕组在换向时存在电流波动，导致较大的转矩脉动，不适用于高性能电力驱动。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供了一种环形绕组永磁无刷直流电机，减小转矩脉动，可适用于高性能电力驱动。本专利技术提供了一种环形绕组永磁无刷直流电机，包括直流电源、开关电路、转子和定子，所述定子上均匀设置有多个定子槽，定子槽内放置有定子线圈，槽内的定子线圈按所在定子槽的顺序首尾端串联形成闭合回路，直流电流通过开关电路为定子绕组供电；转子上均匀设置有永磁体，用于提供励磁磁场。本专利技术包括t个单元电机，定子绕组采用分数槽结构，单元电机的定子槽槽数Qt与转子极极数2pt的关系为Qt= 2ptXN±l ;N为整数，为单元电机近似的每极槽数。所述定子各相绕组由位于t个不同单元电机间感应电势相位相同的定子线圈串联或并联而成。所述开关电路包括多个并联的开关桥臂，功率开关桥臂数等于单元电机的定子槽槽数Qt，每个开关桥臂由两个串联的功率开关组成，开关桥臂两端分别连接至直流电源的正负极，每相定子绕组的首端分别连接至对应的开关桥臂中点。本专利技术通过导通相应的功率开关，使位于同一极下的定子相绕组串联为一条支路，不同极下的串联支路相互并联，并联支路数等于单元电机的极数2pt。本专利技术将将定子绕组各线圈按所在槽的顺序首尾端串联叠绕成闭合电路，使其类似直流电机电枢绕组；转子上安装永磁体，提供励磁磁场。每相定子绕组的首端连接于两个功率开关组成的桥臂中点，两功率开关分别连接直流电源的正、负极；通过改变功率开关的导通与关断状态即可改变定子线圈内电流的方向，替代直流电机中电刷和机械换向器的作用。本专利技术采用分数槽结构，减少同时处于换向状态的线圈数，抑制绕组电流换向时电机的转矩波动。本专利技术的分数槽绕组的基本结构为单元电机，单元电机的槽数Qt与极数2pt的关系为；N为整数，为单元电机近似的每极槽数，也是线圈两元件边的跨距。本专利技术可由t个单元电机组成，不同单元电机之间感应电势相位相同的线圈既可以串联也可以并联，它们组成一相绕组。将不同单元电机的对应线圈连成一相可以减少功率开关器件的数目，串联连接还可以抑制线圈间可能存在的电流环流。此时功率开关桥臂数等于单元电机的线圈数Qt。本专利技术采取多相分数槽绕组结构，对电机极数、槽数选择的限制小，提高了电机设计的灵活度。【附图说明】图1为本专利技术结构示意图图2为本专利技术驱动电路示意图a图3为本专利技术驱动电路示意图b图4为本专利技术工作状态示意图a图5为本专利技术等效电路示意图a图6为本专利技术工作状态示意图b图7为本专利技术等效电路示意图b其中，1-转子，2-定子，3-定子槽，4-永磁体，5-定子线圈。【具体实施方式】下面结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明:本专利技术提供了一种环形绕组永磁无刷直流电机，包括直流电源、开关电路、转子I和定子2，所述定子2上均匀设置有多个定子槽3，定子槽3内放置有定子线圈5，定子线圈5按所在定子槽3的顺序首尾端串联形成闭合回路，直流电流通过开关电路为定子绕组供电；转子上均匀设置有永磁体4，用于提供励磁磁场。本专利技术包括t个单元电机，定子绕组采用分数槽结构，单元电机的定子槽槽数Qt与转子极极数2pt的关系为；N为整数，为单元电机近似的每极槽数。所述定子各相绕组由位于不同单元电机感应电势相位相同的t个定子线圈串联或并联而成。所述开关电路包括多个并联的开关桥臂，开关桥臂数等于单元电机的定子槽槽数Qt，每个开关桥臂由两个串联的功率开关组成，开关桥臂两端分别连接至直流电源的正负极，每相定子绕组的首端分别连接至对应的开关桥臂中点。同一单元电机下不同的线圈感应电势相位不同，因此无刷直流电机的相数等于单元电机的线圈数Qt。本专利技术通过导通相应的功率开关，使位于同一极下的不同相定子绕组串联为一条支路，不同极下的多个串联支路并联，并联的串联支路数等于单元电机的极数2pt。具体实施例为一台8极18槽环形绕组无刷直流电机。该电机单元电机数t为2，单元电机的极数2pt为4，槽数Qt为9，每极槽数的近似值N为2，单元电机之间绕组既可串联也可以并联。因此每相绕组由2个线圈串联或并联组成，每条支路近似由两相绕组串联组成，并联支路数为4。电机结构如图1所示，永磁体安装于电机转子表面，提供励磁磁场；定子绕组安装于定子槽内，定子绕组的线圈上下层边隔2个槽距，相邻首尾串联形成闭合电路，按所在槽的顺序标记为各线圈。两个单元电机之间感应电势相位相同的定子线圈串联或并联时电机的驱动电路分别如图2和图3所不，相应线圈为:1号线圈和10号线圈；2号线圈和11号线圈；3号线圈和12号线圈；4号线圈和13号线圈；5号线圈和14号线圈；6号线圈和15号线圈；7号线圈和16号线圈；8号线圈和17号线圈；9号线圈和18号线圈。每相定子绕组首端连接两个串联的功率开关器件组成的一相开关桥臂中点，其中一个功率开关连接直流电源正极，另一个功率开关连接直流电源负极，共有9相开关桥臂。某时刻电机永磁体和定子绕组线圈的相对位置如图4，两单元电机相应线圈相对转子位置相同，如I号与10号线圈。为了实现输出转矩最大，这时I号线圈(10号线圈)、2号线圈(11号线圈)、3号线圈(12号线圈)、6号线圈(15号线圈)、7号线圈(16号线圈)具有相同的电流方向，4号线圈(13号线圈)、5号线圈(14号线圈)、8号线圈(17号线圈)、9号线圈(18号线圈)具有相同的电流方向，且他们之间的电流方向相反。根据图2或图3的驱动电路原理图，此时应导通功率开关SH1、SH6、SL4、SL8，于是得到图5的等效电路图。转子转过1/4个槽距后永磁体位置如图6，此时需要2号线圈(11号线圈)、3号线圈(12号线圈)、6号线圈(15号线圈)、7号线圈(16号线圈)具有相同的电流方向，4号线圈(13号线圈)、5号线圈(14号线圈)、8号线圈(17号线圈)、9号线圈(18号线圈)、I号线圈(10号线圈)具有相同的电流方向，此时需要导通开关3!12、5册、51^4、51^8，得到图7的等效电路图。转子每次转过1/4槽距后，导通相应的功率开关器件，便能保证相绕组内电流方向与其对应的永磁体磁极配合。显然，本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环形绕组永磁无刷直流电机，包括直流电源、开关电路、转子和定子，其特征在于所述定子上均匀设置有多个定子槽，定子槽内放置有定子线圈，槽内定子线圈按所在定子槽的顺序首尾端串联形成闭合回路，直流电源通过开关电路为定子绕组供电；转子上均匀设置有永磁体，用于提供励磁磁场。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，程思为，林黄达，贾喆武，余中军，陈俊全，熊又星，康军，孙文，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42