[发明专利]闭合绕组永磁无刷直流电机的扩速方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机的扩速方法，通过采用改变串联绕组数实现扩速，主要针对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。

背景技术

为了实现电机的扩速运行，传统直流电动机通过降低励磁电流实现弱磁扩速。永磁电机或无刷直流电机则通过调节定子电流，增加电流的直轴去磁分量达到弱磁扩速。

闭合绕组永磁无刷直流电机的永磁体在转子上，实现永磁体励磁；电枢绕组在定子上，并且绕组闭合连接，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，电力电子开关的另外一端分别与直流电源的正、负极相连，实现电子换向，使磁极N极或S极下的线圈电流方向始终保持不变。

由于闭合绕组永磁无刷直流电机采用了永磁体励磁，所以不能像直流电机一样通过调节励磁来实现弱磁扩速。而且永磁电机的电磁气隙比较大（尤其是表面式永磁电机），特别在一些每极槽数较少的设计中，利用电枢反应的去磁进行弱磁扩速的效果有限。此外，增加电流直轴去磁分量的弱磁扩速方法对控制硬件和算法软件有较高的要求。因此，调节励磁或直轴去磁分量并不能良好地实现闭合绕组永磁无刷直流电机的扩速。

发明内容

针对闭合绕组永磁无刷直流的绕组闭合连接、电力电子器件对每个线圈单独换向的特殊结构，本发明提出利用电力电子开关管的不同导通方式，减小接入并联工作支路的线圈数，使电机的串联绕组数减少，实现闭合绕组永磁无刷直流电机调速范围的拓宽。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：针对闭合绕组永磁无刷直流的绕组闭合连接、电力电子器件对每个线圈单独换向的结构，通过改变电力电子开关管的导通状态，在每条支路中只让部分线圈中有电流流过，而另一部分线圈则没有电流流过，使电机运行过程中有电流流过的工作线圈数减少，即减少电机的串联绕组数，从而使电机的调速范围拓宽，其中扩速运行时的等效电路特征是：对于工作线圈，同一支路的线圈同在N极或S极下，且N极下支路和S极下支路的感应电势总和的数值相等，但符号相反；而对于不参与工作的线圈，其串联线圈的感应电势和为零。

本发明工作原理：闭合绕组永磁无刷直流电机的运行原理与直流电机完全相同，运行过程中，控制电力电子开关管的导通状态，使N极或S极下的线圈电流方向保持不变，并形成并联支路。为了使闭合绕组永磁无刷直流电机能够正常地运行，并联支路中不能有环流，因此支路中线圈的感应电势满足：处于N极下的并联支路的线圈感应电势总和的绝对值，与处于S极下的并联支路的线圈感应电势总和的绝对值相同，且符号相反，即N极下支路和S极下支路的感应电势和为零。基于上述感应电势原则，利用电力电子开关管的不同导通方式，在每条并联支路中只让部分线圈中有电流流过，而另一部分线圈则没有电流流过。只要有电流流过的线圈的感应电势仍满足：N极下支路的线圈感应电势总和与S极下支路的线圈感应电势总和的绝对值相同，且符号相反。而没有电流流过的线圈的感应电势只要满足：串联线圈的感应电势和为零。则闭合绕组永磁无刷直流电机仍能电机正常运行，且由于有电流流过的线圈数减小，即支路的串联绕组数减少，电机的速度范围可以拓宽。

由于本发明针对闭合绕组永磁无刷直流电机的减少工作线圈数的扩速方法，只需改变开关管的导通状态就可以实现，无需附加硬件和软件算法，因此非常易于实现。而且减少支路中的工作线圈数时，相应的串联绕组数的减少会更明显，因此电机的调速范围可以有效地提高。如采用10极11槽结构的闭合绕组永磁无刷直流电机，除了全部11个线圈都有电流流过的运行方式外，还可以实现8个、6个、甚至是4个线圈中有电流流过的运行方式，可使电机的转速提高明显。

所以，本发明针对闭合绕组永磁无刷直流电机，可以灵活地提高电机的转速范围，而且控制方法易于实现，效果较明显。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明所针对的闭合绕组永磁无刷直流电机。

图2是图1的换向电路。

图3是正常运行时，导通相应的开关管后图2的等效电路图。

图4是对应图1和图3，若不考虑电枢反应，且等效为两极电机后的气隙磁场、导体位置和导体中的电流方向。

图5、6、7是针对图1的闭合绕组永磁无刷直流电机的本发明的几种实施方案。