多档分段变速控制电动机制造技术

一种多档分段变速控制电动机，其定子上有多相绕组。将现有相绕组划分为Ｎ个分段绕组，Ｎ为期望的速度分档数，每个分段绕组通过切换开关连接到电子驱动器输出端。由切换开关作用电动机可在宽速范围内Ｎ档转速段下运行。在每个转速段内，每相绕组的全部绕组或部分绕组进入有效工作。使该电机可实现多档分段变速，并在每一速度段具有较好的效率指标。而且绕组相电流和电子驱动器末级功率开关管的工作电流在不同速度档下的差别减少，从而发热情况得到改善。同时，电流反馈信号取样方便，限流操作简单。该电机适用于电动汽车、洗衣机等的无刷直流电动机变速控制。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多档分段变速控制电动机本技术属于变速控制电机领域，涉及用于电动汽车、洗衣机等的无刷直流电动机变速控制。在一些以电动机为动力的系统中，被驱动的机械负载要求在较宽速度范围内变化，且基本上是恒功率的。为此，现有常见方式是在电动机与机械负载之间插入一个机械减速变速装置。以此变速装置通过减速比R的改变实现机械负载在宽范围内分档变化的目的。例如带变速箱的电动汽车就是典型例子，其速比可达4～7档。另一个例子是传统结构的波轮自动洗衣机。它由单相电容分相异步电动机作为动力，电动机的转速(约1400r/min)经固定速比约1.75的皮带轮减速到800r/min左右。然后传给减速离合器，通过离合器作用，此减速器减速比分为两档，即洗涤档和脱水档。洗涤时减速至160r/min左右，减速器减速比约为5，而脱水档则减速器减速比为1，脱水速度约800r/min。近年，电动机的直接驱动方式应用增加，它完全取消了机械减速器，变速器，电动机直接向机械负载驱动，大大简化了传动机构。直接驱动电动轮的电动汽车、电动自行车、洗衣机是成功的例子。但在宽速度范围内工作时，许多电动机难以兼顾各种速度下的性能，其中包括效率指标。直接驱动电动机为实现宽范围调速，常规的方法是采用PWM调节，改变施加给电机绕组端的电压脉冲宽度，等效于改变此电压的平均值。此电压平均值较小，则电机转速较低。这种方法的不足之处在于：当要求输出恒功率时，低速区相电流增大，效率明显降低，随之电子驱动器功率开关管的功耗加大。国内外有采用这种控制方式的直接驱动电动机用于洗衣机的实例，它的电子驱动器功率开关管散热器不得不采用水冷方式，而且洗衣机控制器设置进水水温限制，超过某一限值，即停机保护。-->鉴于上述PWM调节方法的缺点，本技术提出永磁无刷直流电动机分段绕组控制方式，其目的在于使该电机可实现多档分段变速，并在每一速度段具有较好的效率指标。而且绕组相电流和电子驱动器末级功率开关管的工作电流在不同速度档下的差别减少，从而发热情况得到改善。同时，电流反馈信号取样方便，限流操作简单。本技术的目的是这样实现的：一种电动机，由转子、定子、壳体、轴和轴承等部件组成，其定子上有多相绕组。将现有相绕组划分为N个分段绕组，N为期望的速度分档数，每个分段绕组通过切换开关连接到电子驱动器输出端。由切换开关作用电动机可在宽速范围内N档转速段下运行。在每个转速段内，每相绕组的全部绕组或部分绕组进入有效工作。图1是本技术一个实例方框图。下面结合附图1及一种用于洗衣机的直接驱动永磁无刷直流电动机加以说明。该电动机(6)定子上有三相Y形接法绕组(3)，绕组是由电子驱动器(1)供电的。每相绕组由两个分段绕组串联。这里取N＝2。即如图1所示，a，b，c三相绕组，a相绕组由第1段绕组Wa1，和第2段绕组Wa2两段绕组组成。端头a1，a2接至高低速切换开关(4)。同样，b相，c相的分段绕组端头b1，b2；c1，c2也分别接至高低速切换开关。此切换开关三个输入端钮a0，b0，c0来自电子驱动器，开关控制信号S来自控制器(2)。改变信号S的逻辑电平，驱动器输出a0，b0，c0分别接至绕组的a1，b1，c1，(此时为低速段工作模式)，或a2，b2，c2(此时为高速段工作模式)。下面叙述分段绕组二种具体构成方法。方法一：对于三相定子绕组，无论是何种绕组形式，按现有技术方式每相绕组都是由若干个置于定子槽的线圈组成，此线圈数与定子槽数Z有确定倍-->数关系。通常，每个线圈边占一个或半个定子槽。设某种绕组形式下，a相原先有K个线圈组成，每个线圈的匝数为T。然后通过规定接法，将K个线圈串联连接为a相绕组。按本技术方式将每个线圈划分为两个元件，其匝数分别为T1和T2，然后，将全部K个T1元件串联连接，作为第1段绕组Wa1，将全部K个T2元件串联连接，作为第2段绕组Wa2。两个分段绕组Wa1和Wa2之匝数比等于T1和T2之匝数比。T1/T2比值与高低速速比相关。这种连接方法有较大适应性。方法二：电动机是多极的，线圈数很大情况下，可采用如下连接方法。设每相有K个线圈：j1，j2，j3……jk，将其分为两组，其中一组包含有k1个线圈，作为第1段绕组。另一组包含有k2个线圈，作为第2段绕组。这里，k1+k2＝K。此k1/k2比值与高低速速比相关。具体的分组方法要视定子槽数、极对数、绕组方式等因素设计。应使元件三相的第1段绕组在空间分布尽可能更为对称。三相反电势相量应完全对称，并与位置传感器有正确相位关系。这种分段绕组构成方法更适用于要求使用专用绕线机嵌线，且每个线圈是直接绕在一个齿上的场合。不必象第一种构成方法那样，在槽内为第1段绕组和第2段绕组的线圈元件之间设置绝缘。实施例：某型洗衣机用直接驱动多极无刷直流电动机。该电机定子槽数Z＝36，转子极数2P＝30。每一个线圈都是绕在一齿上。下面给出按第二种方法构成分段绕组的一个实例：每相绕组由12个线圈组成，分成两组，其中第1段绕组由4个线圈组成，第2个绕组由8个线圈组成，具体安排如下表：A相绕组：第1段绕组：1-2-19-20         第2段绕组：7-8-13-14-25-26-31-32B相绕组：第1段绕组：3-4-21-22-->         第2段绕组：9-10-15-16-27-28-33-34C相绕组：第1段绕组：5-6-23-24         第2段绕组：11-12-17-18-29-30-35-36上表中数字表示齿号，带‘-’符号表示此线圈反向绕制。实际结果其速度范围为10～1000r/min，分为两个速度段：高速速度段是100～1000r/min，用作脱水或抖开衣物工作。低速速度段是10～180r/min，其中100～180r/min用于洗涤工作，10～40r/min是喷淋工作。在洗涤和脱水额定工作状态，按200W输出功率点考核时，均有较高效率，且绕组相电流(也是功率开关管电流)均在1～1.3A范围内，差别很小。这样，在电流采样和限流环节，两转速段下的电流反馈电路参数相同，可设置同一个限流值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多挡分段变速电动机，由转子、定子、壳体、轴和轴承等部件组成，定子上有多相绕组，其特征在于每相绕组由若干分段绕组组成，分段绕组通过切换开关连接到电子驱动器输出端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1、一种多挡分段变速电动机，由转子、定子、壳体、轴和轴承等部件组成，定子上有多相绕组，其特征在于每相绕组由若干分段绕组组成，分段绕组通过切换开关连接到电子驱动器输出端。2、按照权利要求1所述电动机，其特征在于每相绕组由K个线圈组成，每个线圈边占一个或半个定子槽，将每个线圈划分为N个元件，每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭建成，林棠华，余和清，李江波，李辉斌，
申请(专利权)人：机械工业部广州电器科学研究所，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]