層繞組及基於層繞組的恆功率永磁無刷直流電機的製作方法
2023-05-16 09:40:36 1
專利名稱：層繞組及基於層繞組的恆功率永磁無刷直流電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種永磁無刷直流電機，尤其涉及一種層繞組及基於層繞組的恆功率永磁無刷直流電機。
背景技術：
永磁無刷直流電機是用電子換向替代電刷換向的一種新型直流電機，它主要由轉子位置檢測器、控制器和電機本體三部分組成。
本申請人下列的6項專利均涉及到永磁無刷直流電機1、永磁直流電動機外轉子結構(ZL95200391.0)；2、永磁無刷電動裝置(ZL00229528.8)；3、適於軟換檔的無刷永磁直流電動機定子繞組(ZL00229603.8)；4、軟換檔驅動裝置及採用該裝置的電動車(ZL03222946.1)；5、性能參數可調的無刷直流電機(US4528486)；6、電子換向的電機、運行手法、控制電路、洗衣機及專門的驅動(US5821660)。
現有電動車用的永磁無刷直流電機由繞組、轉子、轉子位置檢測器、控制器、逆變器、直流電源組成。
常規的電機，包括感應電機，同步電機……，以及上述所列永磁無刷直流電機，它們的繞組均是以極數、槽數、相數構成，常常採用單層繞組(每槽內放一個線啳邊)或雙層繞組(每槽內放兩個線啳邊)；即使是多層繞組，最多是兩個雙層即4層繞組。該類繞組均是以每一個線啳構成繞組單元，分為線啳組、相繞組接法。
所述的線啳組接法是按極數、相數分為極相組，根據槽矢量圖進行連接。
所述的相繞組接法是根據每一線啳組的相位及幅值進行串並聯連接。
上述接法的現有電機中串並聯支路數與磁極數和相數有關，在槽數一定時，具有一定的數量限制。例如採用分數槽繞組時，連接選擇並聯支路時更顯得突出。
隨著科學技術的飛速進步和人們生活水平的不斷提高，人們對電機功能的要求越來越高，尤其是永磁無刷直流電機在電動車中的廣泛應用，迫切需要較好的運行特性和較寬的調速範圍。
現有的永磁無刷直流電機及上述6項專利均採用上述已有的繞組連接法，常常具有並勵電機特性(即使是上述第3、4項專利也未採用本發明的層繞組和接法。)，因而不能達到恆功率變繞組調速，使電機得不到充分的應用；分檔運行時往往不能達到一檔運行時的最佳功率。
另外，現有的電機繞組往往是由一套繞組構成或兩套繞組分別設計於不同極數，而使兩套繞組分別使用。由於電機裝有兩套繞組又只使用一套繞組，故使電機利用率較低。
發明內容
本發明的目的就在於克服現有技術存在的上述缺點和不足，提供一種層繞組及基於層繞組的恆功率永磁無刷直流電機。
本發明的目的是這樣實現的首先提出一種層繞組的概念和構成方法，即將電機繞組形成多種串並聯連接方式以改變電機的運行特性，進而將該層繞組用於永磁體無刷直流電機，使「可變的繞組連接電路」和「電腦計算機編程的專用晶片控制電路」集成一體，構成一種新型的永磁無刷直流電機。該電機的優點在於在較寬範圍內實現恆功率調速。
一、層繞組以每一層繞組構成電機繞組單元(每一層繞組的構成原理和方法與常規電機一樣。)；層繞組的結構為Wni，Wnj，Wnk……Wnm，即一種匝數為W、層數為n、每層支路數為i、j、k……m的繞組；其中W、n為自然數，i、j、k……m為正整數。
具體描述如圖1，為W11W12W13……W1iW21W22W23……W2j
W31W32W33……W3kWn1Wn2Wn3……Wnm其中W1、W2、W3……Wn分別表示第1層、第2層、第3層……第n層繞組的匝數；W1i，I＝1，2，3……i表示第1層繞組的各條支路，i表示第1層繞組的最大並聯支路數；n表示層繞組的層數；i、j、k……m表示每層可連接的最大並聯支路數。
例如W63表示第6層繞組的第3條支路，其匝數為W6；它具有的導線截面應與第6層各並聯支路一樣由設計決定，當它們並聯或串聯時可承擔的電流能力有i63＝i62＝i61＝……＝i6r，其中r為第6層的最大並聯支路；n、m、i、j、k根據電機的結構尺寸，如槽形及功率、轉速以及運行特性要求等電磁數據經電磁設計確定。
二、基於層繞組的恆功率永磁無刷直流電機如圖2，本基於層繞組的恆功率永磁無刷直流電機由繞組1、轉子2、轉子位置檢測器3、控制器4、逆變器5、直流電源6組成；直流電源6、逆變器5、繞組1依次連接；轉子位置檢測器3、控制器4、逆變器5依次連接；由直流電源6經過逆變器5、控制器4分別給繞組1供電和控制；所述繞組1為層繞組。
本基於層繞組的恆功率永磁無刷直流電機與現有永磁無刷直流電機不同之處在於1、繞組有n層當每層繞組單元採用為單層繞組時，2≤n≤8；當每層繞組單元採用為單層繞組時，4≤n≤16；當n＝4時，每層至少有一個組合與常規不一樣。
2、由層繞組組合多種連接電路，而每一種電路對應於一種運行特性(速度—轉矩)。
3、各種連接電路動態組合成電機的各種工況運行，實現了一種最佳工作狀態。
由於是恆功率，而功率比例於轉矩×速度＝常數，則啟動或上坡時，使轉矩大而速度慢；平路行駛時，使轉矩小而速度快。
4、可實現下列控制1)計算機編程自動控制；2)自動的「軟換檔控制」；3)雙CPU或多CPU控制。
由此可見，本發明與現有技術相比，具有下列優點和積極效果1、利用層繞組可以實現特性任意變化的電機的設計和製造。
2、由於採用層繞組實現電機多種串並聯支路的連接，可以利用單CPU或雙CPU的多種計算機高級語言控制，從而提升永磁無刷直流電機的性能和技術水平，為更廣泛的高技術應用創造條件。
3、利用層繞組還可以擴大感應電機的調速範圍和擴大電機許多應用領域。
4、本發明將創造一個新興產業。
圖1-層繞組的結構示意圖；圖2-基於層繞組的恆功率永磁無刷直流電機示意圖；圖3-W12、W22、W31的結構示意圖；圖4-W12、W22、W31電路圖之一；圖5-W12、W22、W31電路圖之二；圖6-W12、W22、W31電路圖之三。
其中1-繞組；2-轉子；3-轉子位置檢測器；4-控制器；5-逆變器；
6-直流電源。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例詳細說明一、層繞組本發明的層繞組是由各層繞組通過一定的連接方式組成總的電機繞組電路。
層繞組可以根據電機要求的運行特性和提供的電機結構設計；串並聯方式可由設計人自由選擇組合綜合設計，而不受磁極數限制。
1、每層繞組或為單層繞組，或為雙層繞組。
2、每層繞組或為分布式，或為集中式。
所述的分布式是繞組放於槽中，分布在電樞圓周上。
所述的集中式是繞組集中繞放在一個個磁板上。
3、每層繞組或為多個串聯支路，或為多個並聯支路，或為多個串並聯混合支路。
4、各層繞組串連匝數和並聯支數，或相同，或不相同。
5、各層繞組間的連接，或串連，或並聯。
6、層繞組或單相，或多相，由各層繞組組成總電機繞組電路。
7、層繞組連接法，或為Y型，或為YY型，或為其它常用連接方式。
所述的Y型是？(請補充)電機每相末端連接在一起，首端ABC分別為引出線用以接入電流。常稱為星形接法。
所述的YY型是將電機繞組接成兩個星形，再將首端並聯接入電源。常稱雙星形接法。
二、層繞組實施例一種W12、W22、W31的層繞組，即繞組有3層，第1層繞組W1有2條支路，第2層繞組W2有2條支路，第3層繞組W3有1條支路；其結構如圖3。
每一繞組的設計根據其在電路中實際運行電流及電壓來確定。
具體電路有1、如圖4，第1層繞組W1的第1支路、第2支路，第2層繞組W2的第1支路、第2支路，第3層繞組W3的第1支路依次串聯。
2、如圖5，第1層繞組W1的第1支路、第2支路並聯，第2層繞組W2的第1支路、第2支路並聯，第1層繞組W1、第2層繞組W2、第3層繞組W3依次串聯。
3、如圖6，第1層繞組W1的第1支路、第2支路並聯，第2層繞組W2的第1支路、第2支路串聯，第1層繞組W1、第2層繞組W2、第3層繞組W3依次串聯。
三、關於控制器4控制器4或為計算機編程自動控制器，或為自動的軟換檔控制器，或為雙CPU控制器，或為多CPU控制器，上述控制器均有上市產品。
權利要求
1.一種層繞組，其特徵在於以每一層繞組構成電機繞組單元；層繞組的結構為Wni，Wnj，Wnk……Wnm，即一種匝數為W、層數為n、每層支路數為i、j、k……m的繞組；其中W、n為自然數，i、j、k……m為正整數。
2.按權利要求1所述的層繞組，其特徵在於每層繞組或為單層繞組，或為雙層繞組。
3.按權利要求1所述的層繞組，其特徵在於每層繞組或為分布式，或為集中式。
4.按權利要求1所述的層繞組，其特徵在於每層繞組或為多個串聯支路，或為多個並聯支路，或為多個串並聯混合支路。
5.權利要求1所述的層繞組，其特徵在於各層繞組串連匝數和並聯支數，或相同，或不相同。
6.按權利要求1所述的層繞組，其特徵在於各層繞組間的連接，或串連，或並聯。
7.按權利要求1所述的層繞組，其特徵在於層繞組或單相，或多相，由各層繞組組成總電機繞組電路。
8.按權利要求1所述的層繞組，其特徵在於層繞組或為Y型連接，或為YY型連接，或為其它常用連接方式。
9.一種基於層繞組的恆功率永磁無刷直流電機，包括繞組(1)、轉子(2)、轉子位置檢測器(3)、控制器(4)、逆變器(5)、直流電源(6)；其特徵在於直流電源(6)、逆變器(5)、繞組(1)依次連接；轉子位置檢測器(3)、控制器(4)、逆變器(5)依次連接；由直流電源(6)經過逆變器(5)、控制器(4)分別給繞組(1)供電和控制；所述繞組(1)為層繞組。
10.按權利要求9所述的一種基於層繞組的恆功率永磁無刷直流電機，其特徵在於控制器(4)或為計算機編程自動控制器，或為自動的軟換檔控制器，或為雙CPU控制器，或為多CPU控制器。
全文摘要
本發明公開了一種層繞組及基於層繞組的恆功率永磁無刷直流電機，涉及一種永磁無刷直流電機。層繞組的結構為W
文檔編號H02K3/28GK1905333SQ200610019939
公開日2007年1月31日 申請日期2006年8月8日 優先權日2006年8月8日
發明者陳賢珍 申請人:陳賢珍