環(huán)形繞組永磁無(wú)刷直流電機(jī)的換向驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大功率電力驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)形繞組永磁無(wú)刷直流電機(jī)的換向驅(qū)動(dòng)電路及其換向方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為保證電磁轉(zhuǎn)矩方向始終不變，電機(jī)導(dǎo)體內(nèi)的電流必須隨其所處磁極極性的改變而同時(shí)改變方向。直流電機(jī)的外加電壓通過(guò)電刷與換向器連接加到線(xiàn)圈，通過(guò)機(jī)械換向?qū)崿F(xiàn)線(xiàn)圈電流方向的改變。增加電樞繞組串聯(lián)的線(xiàn)圈數(shù)量，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)將大為減小。因此直流電機(jī)具有調(diào)速性能好，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)。但是機(jī)械換向器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換向不好會(huì)產(chǎn)生火花而損害換向器，其可靠性往往較低。
[0003]無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝永磁體以提供勵(lì)磁磁場(chǎng)，電樞繞組安裝在定子上，由功率開(kāi)關(guān)器件組成的驅(qū)動(dòng)電路代替機(jī)械換向器改變繞組電流的方向。其繼承了直流電機(jī)良好的調(diào)速性能，且由于取消了機(jī)械換向器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可靠性高，得到了廣泛的應(yīng)用。
[0004]常見(jiàn)的無(wú)刷直流電機(jī)繞組一般為三相，工作在兩相導(dǎo)通的120°工作模式，換向時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)往往較大，這是由于關(guān)斷相的電流下降過(guò)程與開(kāi)通相的電流上升過(guò)程不可能完全一致。為改善無(wú)刷直流電機(jī)的換向性能，需控制每相輸入電流，增加了驅(qū)動(dòng)電路的復(fù)雜性，且對(duì)換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制效果有限。因此在對(duì)轉(zhuǎn)矩性能要求較高時(shí)，無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種環(huán)形繞組永磁無(wú)刷直流電機(jī)的換向驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)了功率開(kāi)關(guān)器件的零電流關(guān)斷，運(yùn)行過(guò)程沒(méi)有開(kāi)關(guān)損耗。
[0006]本發(fā)明提供了一種環(huán)形繞組永磁無(wú)刷直流電機(jī)的換向驅(qū)動(dòng)電路，包括多相相互串聯(lián)形成閉合回路的換向繞組和開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)關(guān)電路包括多個(gè)并聯(lián)的開(kāi)關(guān)橋臂，并聯(lián)的開(kāi)關(guān)橋臂數(shù)與電機(jī)的相數(shù)相等，每個(gè)開(kāi)關(guān)橋臂由兩個(gè)串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組成，開(kāi)關(guān)橋臂兩端分別連接至直流電源的正負(fù)極，每相換向繞組的首端連接至對(duì)應(yīng)狀態(tài)的的開(kāi)關(guān)橋臂中點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明還提供了一種環(huán)形繞組永磁無(wú)刷直流電機(jī)的換向方法，包括以下步驟:
[0008]第一步，在某一相換向繞組的感應(yīng)電勢(shì)方向改變之前的某一時(shí)刻導(dǎo)通下一相換向繞組對(duì)應(yīng)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)橋臂的功率開(kāi)關(guān)，使換向繞組首末兩端的功率開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，從而使該相換向繞組短路；
[0009]第二步，上述換向繞組在短路后其感應(yīng)電勢(shì)的方向和感應(yīng)電流的方向相反，該相換向繞組的感應(yīng)電流在繞組感應(yīng)電勢(shì)的作用下逐漸改變方向；
[0010]第三步，當(dāng)上述換向繞組的感應(yīng)電流與換入支路電流方向相同、大小相等時(shí)換向過(guò)程即為完成，此時(shí)流過(guò)該相換向繞組對(duì)應(yīng)功率開(kāi)關(guān)的電流下降為零，所述功率開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)斷。
[0011]上述技術(shù)方案中，該相換向繞組的感應(yīng)電流在下一相換向繞組對(duì)應(yīng)的功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通至該換向繞組感應(yīng)電勢(shì)改變方向的時(shí)間內(nèi)完成換向。
[0012]本發(fā)明提供的換向方法使每相繞組電流波形為近似180°的方波，若電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)同樣設(shè)計(jì)為近似180°方波，則環(huán)形繞組無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度較常見(jiàn)三相無(wú)刷直流電機(jī)大幅提高；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了功率開(kāi)關(guān)器件的零電流關(guān)斷，換向過(guò)程對(duì)電路沖擊小，沒(méi)有開(kāi)關(guān)損耗。本發(fā)明的功率開(kāi)關(guān)器件使用晶閘管，可省去了電流檢測(cè)環(huán)節(jié)和關(guān)斷控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)斷。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
[0014]圖2為本發(fā)明方法流程示意圖a
[0015]圖3為本發(fā)明方法流程示意圖b
[0016]圖4為本發(fā)明方法流程示意圖c
[0017]圖5為電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
[0018]其中，1-轉(zhuǎn)子，2-永磁體，3-繞組，4-開(kāi)關(guān)橋臂。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0020]本發(fā)明提供了一種環(huán)形繞組永磁無(wú)刷直流電機(jī)的換向驅(qū)動(dòng)電路，包括多相相互串聯(lián)形成閉合回路的換向繞組和開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)關(guān)電路包括多個(gè)并聯(lián)的開(kāi)關(guān)橋臂，并聯(lián)的開(kāi)關(guān)橋臂數(shù)與電機(jī)的相數(shù)相等，每個(gè)開(kāi)關(guān)橋臂由兩個(gè)串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組成，開(kāi)關(guān)橋臂兩端分別連接至直流電源的正負(fù)極，每相換向繞組的首端連接至對(duì)應(yīng)狀態(tài)的的開(kāi)關(guān)橋臂中點(diǎn)。如圖所述，具體實(shí)施例1中采用一臺(tái)12相繞組的環(huán)形繞組無(wú)刷直流電機(jī)，電機(jī)各相繞組首尾相連，并依次與驅(qū)動(dòng)電路各開(kāi)關(guān)橋臂的中點(diǎn)連接，形成環(huán)形繞組。本發(fā)明采用晶閘管作為功率開(kāi)關(guān)，形成負(fù)載換向驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)其流過(guò)電流下降為零并保持一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)斷，省去了電流檢測(cè)環(huán)節(jié)和關(guān)斷控制。
[0021]本發(fā)明還提供了一種環(huán)形繞組永磁無(wú)刷直流電機(jī)的換向方法，包括以下步驟:
[0022]第一步，在某一相換向繞組的感應(yīng)電勢(shì)方向改變之前的某一時(shí)刻導(dǎo)通下一相換向繞組對(duì)應(yīng)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)橋臂的功率開(kāi)關(guān)，使換向繞組首末兩端的功率開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，從而使該相換向繞組短路。某一狀態(tài)下功率開(kāi)關(guān)SHl導(dǎo)通，I號(hào)繞組內(nèi)流過(guò)的電流il方向與換出支路的電流方向相同、大小相等，I號(hào)繞組的感應(yīng)電勢(shì)與電流方向相反，如圖2。當(dāng)I號(hào)繞組處于換向位置時(shí)，其感應(yīng)電勢(shì)將改變方向，在感應(yīng)電勢(shì)改變方向前首先導(dǎo)通下一狀態(tài)的功率開(kāi)關(guān) SH2。
[0023]第二步，I號(hào)繞組在短路后其感應(yīng)電勢(shì)的方向和感應(yīng)電流的方向相反，I號(hào)換向繞組的感應(yīng)電流在其自身感應(yīng)電勢(shì)的作用下逐漸改變方向。具體實(shí)施例中，I號(hào)繞組電流將在自身的感應(yīng)電勢(shì)作用下逐漸改變方向。這一過(guò)程中流過(guò)SHI的電流減小，流過(guò)SH2中的電流將增加。
[0024]第三步，當(dāng)I號(hào)繞組的感應(yīng)電流與換入支路電流方向相同、大小相等時(shí)換向過(guò)程即為完成，此時(shí)流過(guò)I號(hào)繞組對(duì)應(yīng)功率開(kāi)關(guān)SHl的電流下降為零。功率開(kāi)關(guān)為晶閘管，SHl將自動(dòng)關(guān)斷，完成換向過(guò)程。
[0025]上述技術(shù)方案中，該相換向繞組的感應(yīng)電流在下一相換向繞組對(duì)應(yīng)的功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通至該換向繞組感應(yīng)電勢(shì)改變方向的時(shí)間內(nèi)完成換向。環(huán)形繞組無(wú)刷直流電機(jī)的負(fù)載換向方法可以實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)器件的零電流關(guān)斷，從而減小器件開(kāi)關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷的條件是繞組電流必須在下一狀態(tài)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通至該繞組感應(yīng)電勢(shì)改變方向的時(shí)間內(nèi)完成換向。本說(shuō)明書(shū)未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種環(huán)形繞組永磁無(wú)刷直流電機(jī)的換向驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于包括多相相互串聯(lián)形成閉合回路的換向繞組和開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)關(guān)電路包括多個(gè)并聯(lián)的開(kāi)關(guān)橋臂，并聯(lián)的開(kāi)關(guān)橋臂數(shù)與電機(jī)的相數(shù)相等，每個(gè)開(kāi)關(guān)橋臂由兩個(gè)串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)組成，開(kāi)關(guān)橋臂兩端分別連接至直流電源的正負(fù)極，每相換向繞組的首端連接至對(duì)應(yīng)狀態(tài)的的開(kāi)關(guān)橋臂中點(diǎn)。2.一種環(huán)形繞組永磁無(wú)刷直流電機(jī)的換向方法，其特征在于包括以下步驟: 第一步，在某一相換向繞組的感應(yīng)電勢(shì)方向改變之前的某一時(shí)刻導(dǎo)通下一相換向繞組對(duì)應(yīng)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)橋臂的功率開(kāi)關(guān)，使換向繞組首末兩端的功率開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，從而使該相換向繞組短路； 第二步，上述換向繞組在短路后其感應(yīng)電勢(shì)的方向和感應(yīng)電流的方向相反，該相換向繞組的感應(yīng)電流在繞組感應(yīng)電勢(shì)的作用下逐漸改變方向； 第三步，當(dāng)上述換向繞組的感應(yīng)電流與換入支路電流方向相同、大小相等時(shí)換向過(guò)程即為完成，此時(shí)流過(guò)該相換向繞組對(duì)應(yīng)功率開(kāi)關(guān)的電流下降為零，所述功率開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)斷。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)形繞組永磁無(wú)刷直流電機(jī)的換向方法，其特征在于該相換向繞組的感應(yīng)電流在下一相換向繞組對(duì)應(yīng)的功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通至該換向繞組感應(yīng)電勢(shì)改變方向的時(shí)間內(nèi)完成換向。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種環(huán)形繞組永磁無(wú)刷直流電機(jī)的換向驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)導(dǎo)通下一狀態(tài)功率開(kāi)關(guān)和關(guān)斷上一狀態(tài)功率開(kāi)關(guān)，或在一段很短的時(shí)間內(nèi)同時(shí)導(dǎo)通兩功率開(kāi)關(guān)；二極管提供換向時(shí)的續(xù)流通路；換向繞組在直流側(cè)電壓的作用下迅速改變方向；換向時(shí)刻為繞組感應(yīng)電勢(shì)為零的時(shí)刻，此時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩最大。本發(fā)明換向速度快，適合換向頻率較高的情況，如多極電機(jī)或高速電機(jī)。
【IPC分類(lèi)】H02P6/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105515465
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510934208
【發(fā)明人】程思為, 王東, 林黃達(dá), 賈喆武, 聶子玲, 郭云珺, 陳璐珈, 陶濤, 王鈺
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日