專利名稱：層繞組及基于層繞組的恒功率永磁無刷直流電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁無刷直流電機(jī)，尤其涉及一種層繞組及基于層繞組的恒功率永磁無刷直流電機(jī)。
背景技術(shù)：
永磁無刷直流電機(jī)是用電子換向替代電刷換向的一種新型直流電機(jī)，它主要由轉(zhuǎn)子位置檢測器、控制器和電機(jī)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(jī)1、永磁直流電動機(jī)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(ZL95200391.0)；2、永磁無刷電動裝置(ZL00229528.8)；3、適于軟換檔的無刷永磁直流電動機(jī)定子繞組(ZL00229603.8)；4、軟換檔驅(qū)動裝置及采用該裝置的電動車(ZL03222946.1)；5、性能參數(shù)可調(diào)的無刷直流電機(jī)(US4528486)；6、電子換向的電機(jī)、運行手法、控制電路、洗衣機(jī)及專門的驅(qū)動(US5821660)。
現(xiàn)有電動車用的永磁無刷直流電機(jī)由繞組、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子位置檢測器、控制器、逆變器、直流電源組成。
常規(guī)的電機(jī)，包括感應(yīng)電機(jī)，同步電機(jī)……，以及上述所列永磁無刷直流電機(jī)，它們的繞組均是以極數(shù)、槽數(shù)、相數(shù)構(gòu)成，常常采用單層繞組(每槽內(nèi)放一個線啳邊)或雙層繞組(每槽內(nèi)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(gòu)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(shù)、相數(shù)分為極相組，根據(jù)槽矢量圖進(jìn)行連接。
所述的相繞組接法是根據(jù)每一線啳組的相位及幅值進(jìn)行串并聯(lián)連接。
上述接法的現(xiàn)有電機(jī)中串并聯(lián)支路數(shù)與磁極數(shù)和相數(shù)有關(guān)，在槽數(shù)一定時，具有一定的數(shù)量限制。例如采用分?jǐn)?shù)槽繞組時，連接選擇并聯(lián)支路時更顯得突出。
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，人們對電機(jī)功能的要求越來越高，尤其是永磁無刷直流電機(jī)在電動車中的廣泛應(yīng)用，迫切需要較好的運行特性和較寬的調(diào)速范圍。
現(xiàn)有的永磁無刷直流電機(jī)及上述6項專利均采用上述已有的繞組連接法，常常具有并勵電機(jī)特性(即使是上述第3、4項專利也未采用本發(fā)明的層繞組和接法。)，因而不能達(dá)到恒功率變繞組調(diào)速，使電機(jī)得不到充分的應(yīng)用；分檔運行時往往不能達(dá)到一檔運行時的最佳功率。
另外，現(xiàn)有的電機(jī)繞組往往是由一套繞組構(gòu)成或兩套繞組分別設(shè)計于不同極數(shù)，而使兩套繞組分別使用。由于電機(jī)裝有兩套繞組又只使用一套繞組，故使電機(jī)利用率較低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點和不足，提供一種層繞組及基于層繞組的恒功率永磁無刷直流電機(jī)。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的首先提出一種層繞組的概念和構(gòu)成方法，即將電機(jī)繞組形成多種串并聯(lián)連接方式以改變電機(jī)的運行特性，進(jìn)而將該層繞組用于永磁體無刷直流電機(jī)，使“可變的繞組連接電路”和“電腦計算機(jī)編程的專用芯片控制電路”集成一體，構(gòu)成一種新型的永磁無刷直流電機(jī)。該電機(jī)的優(yōu)點在于在較寬范圍內(nèi)實現(xiàn)恒功率調(diào)速。
一、層繞組以每一層繞組構(gòu)成電機(jī)繞組單元(每一層繞組的構(gòu)成原理和方法與常規(guī)電機(jī)一樣。)；層繞組的結(jié)構(gòu)為Wni，Wnj，Wnk……Wnm，即一種匝數(shù)為W、層數(shù)為n、每層支路數(shù)為i、j、k……m的繞組；其中W、n為自然數(shù)，i、j、k……m為正整數(shù)。
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(shù)；W1i，I＝1，2，3……i表示第1層繞組的各條支路，i表示第1層繞組的最大并聯(lián)支路數(shù)；n表示層繞組的層數(shù)；i、j、k……m表示每層可連接的最大并聯(lián)支路數(shù)。
例如W63表示第6層繞組的第3條支路，其匝數(shù)為W6；它具有的導(dǎo)線截面應(yīng)與第6層各并聯(lián)支路一樣由設(shè)計決定，當(dāng)它們并聯(lián)或串聯(lián)時可承擔(dān)的電流能力有i63＝i62＝i61＝……＝i6r，其中r為第6層的最大并聯(lián)支路；n、m、i、j、k根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸，如槽形及功率、轉(zhuǎn)速以及運行特性要求等電磁數(shù)據(jù)經(jīng)電磁設(shè)計確定。
二、基于層繞組的恒功率永磁無刷直流電機(jī)如圖2，本基于層繞組的恒功率永磁無刷直流電機(jī)由繞組1、轉(zhuǎn)子2、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jīng)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。
本基于層繞組的恒功率永磁無刷直流電機(jī)與現(xiàn)有永磁無刷直流電機(jī)不同之處在于1、繞組有n層當(dāng)每層繞組單元采用為單層繞組時，2≤n≤8；當(dāng)每層繞組單元采用為單層繞組時，4≤n≤16；當(dāng)n＝4時，每層至少有一個組合與常規(guī)不一樣。
2、由層繞組組合多種連接電路，而每一種電路對應(yīng)于一種運行特性(速度—轉(zhuǎn)矩)。
3、各種連接電路動態(tài)組合成電機(jī)的各種工況運行，實現(xiàn)了一種最佳工作狀態(tài)。
由于是恒功率，而功率比例于轉(zhuǎn)矩×速度＝常數(shù)，則啟動或上坡時，使轉(zhuǎn)矩大而速度慢；平路行駛時，使轉(zhuǎn)矩小而速度快。
4、可實現(xiàn)下列控制1)計算機(jī)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(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點和積極效果1、利用層繞組可以實現(xiàn)特性任意變化的電機(jī)的設(shè)計和制造。
2、由于采用層繞組實現(xiàn)電機(jī)多種串并聯(lián)支路的連接，可以利用單CPU或雙CPU的多種計算機(jī)高級語言控制，從而提升永磁無刷直流電機(jī)的性能和技術(shù)水平，為更廣泛的高技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)造條件。
3、利用層繞組還可以擴(kuò)大感應(yīng)電機(jī)的調(diào)速范圍和擴(kuò)大電機(jī)許多應(yīng)用領(lǐng)域。
4、本發(fā)明將創(chuàng)造一個新興產(chǎn)業(yè)。
圖1-層繞組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2-基于層繞組的恒功率永磁無刷直流電機(jī)示意圖；圖3-W12、W22、W31的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子；3-轉(zhuǎn)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(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明一、層繞組本發(fā)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(jī)繞組電路。
層繞組可以根據(jù)電機(jī)要求的運行特性和提供的電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計；串并聯(lián)方式可由設(shè)計人自由選擇組合綜合設(shè)計，而不受磁極數(shù)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于槽中，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(lián)支路，或為多個并聯(lián)支路，或為多個串并聯(lián)混合支路。
4、各層繞組串連匝數(shù)和并聯(lián)支數(shù)，或相同，或不相同。
5、各層繞組間的連接，或串連，或并聯(lián)。
6、層繞組或單相，或多相，由各層繞組組成總電機(jī)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(jī)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(jī)繞組接成兩個星形，再將首端并聯(lián)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(jié)構(gòu)如圖3。
每一繞組的設(shè)計根據(jù)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(lián)。
2、如圖5，第1層繞組W1的第1支路、第2支路并聯(lián)，第2層繞組W2的第1支路、第2支路并聯(lián)，第1層繞組W1、第2層繞組W2、第3層繞組W3依次串聯(lián)。
3、如圖6，第1層繞組W1的第1支路、第2支路并聯(lián)，第2層繞組W2的第1支路、第2支路串聯(lián)，第1層繞組W1、第2層繞組W2、第3層繞組W3依次串聯(lián)。
三、關(guān)于控制器4控制器4或為計算機(jī)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(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種層繞組，其特征在于以每一層繞組構(gòu)成電機(jī)繞組單元；層繞組的結(jié)構(gòu)為Wni，Wnj，Wnk……Wnm，即一種匝數(shù)為W、層數(shù)為n、每層支路數(shù)為i、j、k……m的繞組；其中W、n為自然數(shù)，i、j、k……m為正整數(shù)。
2.按權(quán)利要求1所述的層繞組，其特征在于每層繞組或為單層繞組，或為雙層繞組。
3.按權(quán)利要求1所述的層繞組，其特征在于每層繞組或為分布式，或為集中式。
4.按權(quán)利要求1所述的層繞組，其特征在于每層繞組或為多個串聯(lián)支路，或為多個并聯(lián)支路，或為多個串并聯(lián)混合支路。
5.權(quán)利要求1所述的層繞組，其特征在于各層繞組串連匝數(shù)和并聯(lián)支數(shù)，或相同，或不相同。
6.按權(quán)利要求1所述的層繞組，其特征在于各層繞組間的連接，或串連，或并聯(lián)。
7.按權(quán)利要求1所述的層繞組，其特征在于層繞組或單相，或多相，由各層繞組組成總電機(jī)繞組電路。
8.按權(quán)利要求1所述的層繞組，其特征在于層繞組或為Y型連接，或為YY型連接，或為其它常用連接方式。
9.一種基于層繞組的恒功率永磁無刷直流電機(jī)，包括繞組(1)、轉(zhuǎn)子(2)、轉(zhuǎn)子位置檢測器(3)、控制器(4)、逆變器(5)、直流電源(6)；其特征在于直流電源(6)、逆變器(5)、繞組(1)依次連接；轉(zhuǎn)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(jīng)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(quán)利要求9所述的一種基于層繞組的恒功率永磁無刷直流電機(jī)，其特征在于控制器(4)或為計算機(jī)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(fā)明公開了一種層繞組及基于層繞組的恒功率永磁無刷直流電機(jī)，涉及一種永磁無刷直流電機(jī)。層繞組的結(jié)構(gòu)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(yōu)先權(quán)日2006年8月8日
發(fā)明者陳賢珍 申請人:陳賢珍