恒功率无刷直流电动机制造技术

提供一种恒功率无刷ＤＣ电动机，其包含：一定子，按相和极性并联绕制，由多个（ｎ）相构成；一转子，具有预定数量的磁极，需要其将磁通集中在该转子区域；换向编码器，包含检测区域和非检测区域；以及两个光传感器，设置在每一相，两个光传感器连接到一控制器，以便在ｎ相中间仅使（ｎ－β）相励磁，起动和旋转该电动机，因此获得无换向器的恒功率无刷ＤＣ电动机，其高效节能，具有良好的连续速度转换特性和紧凑的结构。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本发删涉及一种新型的电动机系统，特别是，涉及一种高效节能的恒功率无刷DC电动机，具有从低速到高速的良好的速度转换特性，没有转矩脉动；利用低电压能产生高功率；具有优异的稳定速度特性和高的效率、紧凑的结构；无需冷却系统；以及能够以低生产成本全自动化制造。
技术介绍
常规的DC电动机存在的问题是其电刷和换向器(整流子换向tator)随时间的推移会磨损，制造复杂和高生产成本。特别是，利用常规的大容量电动机难于达到6000转/分的高转速。AC逆变器(供电的)电动机，起动转矩低，所需控制器成本高，不能产生恒功率。此外，磁阻电动机在制造成本、尺寸和重量方面劣于其它电动机并且不能产生恒功率。无刷DC电动机广泛用作小尺寸的电动机。然而，难于在加工其上固定转子的永磁铁的表面，其控制器实行4象限(four-quadrant)控制，成本高以及不能产生恒功率。另外该无刷DC电动机不能完全解决旋转不均匀、转矩脉动和发热的问题。本专利技术公开因此，本专利技术涉及一种恒功率无刷DC电动机，其基本避免了由于相关现有技术的局限性和缺点带来的一个或多个问题。本专利技术的目的是提供一种恒功率无刷DC电动机，其没有转矩脉动；利用低电压能产生高功率；具有优异的稳定速度特性和高的效率、紧凑的结构；无需冷却系统；以及能够以低生产成本全自动化制造。为了获得本专利技术的目的提供一种恒功率无刷DC电动机，其包含一定子，按相和极性并联绕制，由多(n)相构成；定子的每个绕组线圈彼此不相连接，而是连接到n个完全H形桥式电路中的每一个，n个完全H形桥式电路并联连接到DC电源；一转子，具有预定数量的磁极，需要其将磁通集中在该转子区域；换向编码器，包含检测区域和非检测区域，换向编码器由外部设置转子轴的一侧；以及两个光传感器，设置在每一相，两个光传感器连接到每相的半个H形桥式电路，以便导通/关断该半个H形桥式电路，确定换向编码器中的各传感区域之间的间距，以便使n相中的α相能始终励磁，α个光传感器识别励磁的α相。最好，定子具有窄槽以消除抵消(cancel)现象。利用各检测区域之间的间距确定n相中将励磁的相数，利用如下的表达式确定该各检测区域之间的间距各检测区域之间的间距＝(2π×需励磁的相数)/(转子极数×电动机的相数)(°)利用如下的表达式确定在换向编码器中的检测区域的数量检测区域的数量＝(转子极数)/2利用如下的表达式确定在一传感器盘上的各传感器之间的间距各传感器之间的间距＝2π/(转子极数×电动机相数)(°)在n相中，除了β相不励磁以外的α相始终励磁。最好β≥1，β对应于未励磁的相数。本专利技术的恒功率无刷DC电动机为多相例如2，3，4，5，6，…，n相，由励磁的1，2，3，4，5，6，…，α相和非励磁的1，2，3，4，5，6，…，β相构成，交替更迭励磁的各相和非励磁的各相，起动和旋转。转子由永久磁铁构成，定子由独立的多相绕组构成，换向编码器由外部固定到转子轴的一侧。n相包含2n个连接到开关转换(switching)级的传感器，以便检测转子的位置，指示电流的方向和时间区间，因此，起动和旋转电动机。定子、转子、传感器和控制器自动装配构成，故降低了制造成本。应理解，上面的一般介绍和下面的详细介绍都是示范性的和解释性的，意在对权利要求限定的本专利技术提供进一步的解释。附图的简要说明为进一步理解本专利技术所包含的并构成说明书的一部分的附图表示本专利技术的实施例，与说明书一起用于解释本专利技术的原理附图中附图说明图1是本专利技术的恒功率无刷DC电动机方块示意图；图2A表示本专利技术的恒功率无刷DC电动机中的光传感器的背面；图2B是图2A中所示传感器的横断面图；图3A表示用于消除抵消(cancel)电枢磁通现象的消除抵消槽；图3B表示5相6极电动机中的定子绕组；图4A表示在层叠的硅钢片中插有条形永久磁铁的6极内转子； 图4B表示由层叠的硅钢片之外插入条形永久磁铁的16极外转子；图4C表示6极电磁式转子的滑环；图5A表示5相电动机的驱动电路；图5B表示5相6极电动机的换向编码器和光传感器设置到转子上的情况；图6表示在5相6极电动机中3相励磁时产生转矩；图7A表示在8相6极电动机中与3相对应间距的部分提前(advanced)换向；图7B表示在8相6极电动机中与5相对应间距的部分提前换向；图8是本专利技术的恒功率无刷DC电动机的恒功率特性。本专利技术的最佳实施方式下面对本专利技术的优选实施例进行详细介绍，其中的一些实例表示在附图中。下面对本专利技术的恒功率无刷DC电动机的结构进行解释。由n相构成的定子并联连接到电子换向器，每相独立绕制。由永久磁铁构成的转子具有预定数量(2，4，6，8，…)的磁极，以满足定子结构设计要求。圆柱形换向编码器按这样一种方式构成，即一环形盘安装在圆形盘的周边。该编码器包含由光传感器检测的检测区域和非检测区域，通过将环形盘切割形成检测区域，以便使(n-β)相励磁。即，检测区域使n相中的α相始终励磁。利用该光传感器，每相有2个根据换向编码器工作的光传感器。一相中的一个光传感器和另一个光传感器按转子各磁极之间的空间角度彼此分开设置。每相的光传感器按各相之间的空间角度顺序地排列。对于电子换向器，每个多相线圈连接到预定数量的完全H形桥式电路，对应于相数，每相2个光传感器中的每一个连接到半个H形桥式电路。电子换向器和每个H形桥式电路并联连接到电源。根据上述结构，本专利技术获得的恒功率无刷DC电动机具有连续的速度变换性能和均匀的效率。图1是本专利技术的恒功率无刷DC电动机方块示意图，表示5相定子、转子、换向编码器和控制编码器，它们构成转子(定子和转子)、控制器和电源系统。对于开环运行，仅通过脉宽调制控制来控制电动机，而未采用该控制编码器或控制编码器逻辑元件。对于闭环运行，控制编码器、控制编码器逻辑元件和输入缓冲器逻辑元件与脉宽调制控制逻辑元件比较，利用脉宽调制实行转速控制或位置控制。仅通过脉宽调制控制来控制电动机，而未采用变频控制或矢量控制，从而易于控制电动机和简化电路结构。图2A和图2B表示5相6极电动机中的定子。控制编码器和换向编码器从外部固定到位于在转子背面的固定座外侧的转子轴的一侧，随转子旋转。其上装有光传感器的传感器盘设置在固定座的周边。传感器盘设置是可调的，以使便能提前换向。如图1和2A所示，控制编码器按这样一种方式构成，即在环形盘的所需部分形成一些开口(或缝隙)，以便使光传感器能发出脉冲。这里，沟槽的尺寸和其间的分隔角度取决于电动机转速控制的或位置控制的特性。图3A表示5相6极类型的定子硅钢片(或层叠的硅钢片)，其按这样一种方式构成即在绕组槽之间形成窄槽。图3B表示5相6极定子中的绕组。5相中的每一相独立并联绕制，每个磁极并联绕制从而构成定子。图4A表示6极永久磁铁转子。参照图4A，条形永久磁铁插入到层叠的硅钢片中，永久磁铁与非磁性盘毂的鸽尾固定件结合构成转子。图4B表示外转子盘状笼(pan-cage)型永久磁铁转子。图4C表示滑环型电磁式转子。图5A和图5B表示5相6极电动机的电子换向电路。在换向编码器中，利用如下的表达式确定检测区域即光发射识别部分的数量检测区域的数量＝(转子极数)/2因此，在图5A和图5B中所示的5相6极电动机中的检测区域的数量为3。利用如下的表达式确定检测区域的阔度(轴角度)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种恒功率无刷ＤＣ电动机，包括：一定子，具有窄槽以消除抵消现象，按相和极性并联绕制，由多（ｎ）相构成，定子的每个绕制的线圈彼此不相互连接而连接到ｎ个完全Ｈ形桥式电路中的每一个，ｎ个完全Ｈ形桥式电路并联连接到ＤＣ电源；一转子，具有预定 数量的磁极，需要其将磁通集中在励磁区域；换向编码器，包含检测区域和非检测区域，换向编码器由外部设置到转子轴的一侧；以及两个光传感器，设置在每一相，两个光传感器连接到每相的半个Ｈ形桥式电路，以便导通／关断该半个Ｈ形桥式电路，确定换向编 码器的各检测区域之间的间距，以便使ｎ相中的α相能始终励磁，α个光传感器识别励磁的α相。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李二秀，
申请(专利权)人：IS电动机韩国株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]