[发明专利]一种二相无刷直流电机及正弦定子

说明书

技术领域

本技术涉及电机领域，尤其是一种电子换相的二相无刷直流电机。 

背景技术

现有的二相无刷直流电机是永磁同步电机的一个分支，其电机定子铁芯圆内设有凸形齿，单个凸齿绕成一个极，凸极在圆上均等分布。一相磁极为径向一对。一般是转子是4个凸极、定子是2个双凸极二相无刷直流电机，转子上设有永久磁极。为了提高启动效果，有的还使用偏心转子。通电时通过位置传感器、电子换向器对定子上的每一相线圈按顺序逐一通电，定子铁芯上产生二相对称的旋转磁场，分别带动转子旋转。 

无刷直流电机由于其较宽的调速范围及节能效果，被应用于工业等各个领域。其缺点是电机运行时有脉动现象和启动性能不佳，主要原因是二相无刷直流的双凸极结构，使得在换相时所产生的电磁转矩存在突变现象，以及定转子齿槽间存在定位力矩等。因此，限制了在高精设备上的使用范围。 

而永磁同步电机的定子铁芯为多槽形的，里边的绕组为分布绕组，而配套使用的换相电子装置，即：伺服控制器，使永磁同步电机有优良的正弦磁势波形及调速性能。因此，广泛运用于高精设备上。虽然有很好调速运行性能，但相比无刷直流电机来讲，其缺点是制作成本较高，转矩、效率逊色了一点。 

目前对于二相无刷直流电机转矩脉动减少和启动不佳所采用的方法在本体上主要有以下几种类型：定子分数槽、斜槽或转子斜极、转子偏心等方法，但还是不太理想，在某种程度上还增加了成本。 

发明内容

针对现有二相无刷直流电机或永磁同步电机存在不足，本技术方案是通过改变电机定子形状，使极距变短、三齿极弧面气隙相似于呈正弦规律变化形状分布。改变了目前永磁同步电机定子一极需要较多齿槽而能达到磁势正弦波形。利用齿4是相与相磁极之间共有的特点，具有相与相极磁场融合交接的作用，产生相似于圆形旋转磁场的效果，从而进一步降低双凸极电机的电磁脉动现象，使得电机运行平稳，噪声降低，效率、转矩有进一步提高。 

一种二相无刷直流电机及正弦定子技术方案，包括定子9和转子永久磁极10。其中，有霍尔位置传感器安装于定子9铁芯上一端与转子永久磁极10组成二相电子换相装置控制电路中的信号采样部分。 

请参考图1，所述的一种二相无刷直流电机及正弦定子，有若干个齿5与齿4按圆周状交替间隔排列且齿5齿身与齿4齿身轴中性线之间的圆弧距离相等，若干条A相槽6、B相槽7伴生于若干个齿5、齿4之间且槽面积相等，齿5齿身宽度是齿4齿身宽度的二倍以上。 

因为电机的功率不同，齿5齿身宽度与齿4齿身宽度就根据电机功率大小形状确定。 

本技术方案中的定子9绕组铁芯磁极与转子永久磁极10之间极弧面气隙14为非均匀气隙，是相似于按正弦规律变化的气隙。其中，定子中的齿5弧面是按正弦规律变化的机械形 状弧面，齿5弧面气隙为中间气隙小、两端气隙大的正弦渐变气隙，即：以齿5齿身轴中性线为分界线沿齿5弧面向左右两端按正弦规律逐渐将气隙变大，齿4弧面气隙为均匀气隙且稍大于齿5弧面两端气隙。 

单个线圈的嵌法是极距一跨四包绕着以齿4、齿5、齿4三齿为一极，一相中若干单个线圈连接成一相绕组，每相绕组分别连接成若干对极对数相对称的磁极，每相中的每极铁芯分别由齿5为主、左右齿4为辅三齿排列组成且极弧面气隙呈正弦规律分布状。 

A相绕组1嵌在A相槽6里包绕着齿4、齿5、齿4三齿组成A相铁芯磁极11与相邻的B相绕组2嵌在B相槽7里包绕着齿4、齿5、齿4三齿组成B相铁芯磁极22在空间位置上互为90°电角度。 

所述的一种二相无刷直流电机及正弦定子还配置二相H桥驱动器等电子换相电路控制装置，根据需要不同，可以采用闭环的、也可以采用开环的来控制。 

所述的定子9中每相绕组连接成若干对N/S等相对称的磁极。 

所述的一种二相无刷直流电机的构成可以有不同的定子槽数和转子极数。 

下表列出了几种定子槽数与转子极数的对应关系。