[发明专利]环形绕组永磁无刷直流电机

说明书

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种环形绕组永磁无刷直流电机。

背景技术

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。

发明内容

针对上述技术问题，本发明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。

本发明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。

本发明包括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Q_t与转子极极数2p_t的关系为Q_t＝2p_t×N±1；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Q_t，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。

本发明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2p_t。

本发明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。本发明采用分数槽结构，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。本发明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。本发明可由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。本发明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为本发明结构示意图

图2为本发明驱动电路示意图a

图3为本发明驱动电路示意图b

图4为本发明工作状态示意图a

图5为本发明等效电路示意图a

图6为本发明工作状态示意图b

图7为本发明等效电路示意图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发明作进一步说明：