一种多相交流电机结构及其驱动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种多相交流电机结构及其驱动电路，其中结构包括定子铁芯及其上缠绕的定子线圈单元，所述定子线圈单元由二组以上的由各自全桥逆变器驱动的相互隔断不电连接的定子线圈组成，对应驱动电路包括定子线圈单元及其驱动模块，所述驱动模块包括依次电连接的定子线圈控制模块、全桥逆变器单元和定子线圈单元，所述全桥逆变器与所述定子线圈一一对应。这种多相交流电机结构及其驱动电路，启动和调速均无需额外电路，且噪音低，功耗小。
【专利说明】
一种多相交流电机结构及其驱动电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及多相交流电机，具体涉及一种多相交流电机结构及其驱动电路。
【背景技术】
[0002]目前应用最广泛的电机就是三相交流电机，三相交流电机分为交流同步电机，和感应式交流电机两种，其中感应式交流电机也称为交流异步电机。当前的三相交流电机是用三相交流电产生的交流电产生的旋转磁场来带动交流电机转子旋转的。三相交流电通过定子线圈单元来产生旋转磁场，定子线圈单元由三个嵌在电动机定子铁芯上线圈组成，一般分为星形(Y)，三角形(A)这两种连接方法，具体结构如图1-2所示。但这种情况下，电机启动电流大，特别是大型电机，降压启动电路复杂庞大，而且电机的转速受限于交流电的周期，调速会比较困难。绕线式感应电机则采用在转子线圈串入启动电阻或频敏变阻器来实现电机的启动和控制正常运行时的电机速度。但该电机的速度仍然会受限于交流电的周期，而且在转子线圈串入启动电阻或频敏变阻器的方法导致电机的结构很复杂。
[0003]这里，我们现在要介绍一种结构简单，方便实施的电机结构方式，和与此结构方式相应的驱动电路。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型需要解决的技术问题是，如何提供一种多相交流电机结构及其驱动电路，启动电路结构简单且调速方便，进一步还能扩展除三相外的其他多相交流电机结构。
[0005]本实用新型的第一个上述技术问题这样解决，构建一种多相交流电机结构，包括定子铁芯及其上缠绕的定子线圈单元，其特征在于，所述定子线圈单元由二个以上的由各自全桥逆变器驱动的相互隔断不电连接的定子线圈组成。
[0006]按照本实用新型提供的多相交流电机结构，所述定子线圈单元由三组定子线圈组成，与传统一致。
[0007]按照本实用新型提供的多相交流电机结构，所述定子线圈单元由二组或四组定子线圈组成，与传统不一致。
[0008]按照本实用新型提供的多相交流电机结构，所述定子线圈单元中定子线圈是2组、3组或2与3的任意倍数。
[0009]按照本实用新型提供的多相交流电机结构，所述交流电机是感应式交流电机。
[0010]按照本实用新型提供的多相交流电机结构，所述交流电机是交流同步电机。
[0011]本实用新型的另一个上述技术问题这样解决，构建一种多相交流电机的驱动电路，包括定子线圈单元及其驱动模块，其特征在于，所述驱动模块包括依次电连接的定子线圈控制模块、全桥逆变器单元和定子线圈单元;所述全桥逆变器单元由二个以上的全桥逆变器组成，所述定子线圈单元由二个以上的由各自全桥逆变器驱动的相互电隔断的定子线圈组成，所述全桥逆变器与所述定子线圈一一对应。
[0012]所述定子线圈控制模块是FPGA(Field — Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或其他具有类似功能的芯片(1C)。
[0013]按照本实用新型提供的多相交流电机的驱动电路，所述定子线圈控制模块包括与所述定子线圈单元电连接的数字驱动单元和与所述全桥逆变器单元和定子线圈单元电连接的反馈单元。
[0014]按照本实用新型提供的多相交流电机的驱动电路，所述定子线圈是2组、3组或2与3的任意倍数。
[0015]按照本实用新型提供的多相交流电机的驱动电路，该多相交流电机驱动电路还包括与所述定子线圈控制模块电连接的电机控制器。
[0016]按照本实用新型提供的多相交流电机的驱动电路，所述交流电机是交流同步电机或感应式交流电机。
[0017]本实用新型提供的多相交流电机结构及其驱动电路，突破常规定子线圈星型或三角形接法，与现有技术相比，具有以下优势:
[0018]1、定子线圈没有公共端点的，互不影响；
[0019]2、每个绕组使用全桥逆变器；
[0020]3、算法简单，实现所有的绕组全部用平滑的纯正弦波来驱动；
[0021]4、启动和调速均无需额外电路；
[0022]5、噪音低，功耗小。
【附图说明】
[0023]下面结合附图和具体实施例进一步对本实用新型进行详细说明。
[0024]图1是传统三相交流电机中定子线圈的星形连接结构示意图；
[0025]图2是传统三相交流电机中定子线圈的三角形连接结构示意图；
[0026]图3是本实用新型优选实施例的三相交流电机结构中的独立定子线圈连接方式示意图；
[0027]图4是与图3所示三相交流电机结构对应的驱动电路的电路结构示意图；
[0028]图5是图3中任一相的全桥逆变器驱动电路结构示意图；
[0029]图6是图5所示全桥逆变器的控制信号与输出电压之间的真值表示意图；
[0030]图7是本实用新型优选实施例的二相交流电机结构中的独立定子线圈连接方式示意图；
[0031]图8是本实用新型优选实施例的四相交流电机结构中的独立定子线圈连接方式示意图。
【具体实施方式】
[0032]本实用新型优选实施例的三相感应式交流电机，电机定子结构如图3，配置了三组没有公共端点的独立的定子线圈，互补干扰，转子和普通感应式交流电机无异;定子部分驱动系统框图如图4，全桥逆变器单元使用三个全桥逆变器驱动三相感应式交流电机，某一相的全桥逆变器驱动电路结构图如图5。按照这种结构设计的电机，可以实现定子线圈单元中所有的定子线圈都用平滑的纯正弦波来驱动，使电机的定子线圈具有最小电力谐波，达到最大的驱动效率。另外，该电机使用了一个功能强大的高速FPGA同时驱动三个全桥逆变器。FPGA由电机控制器控制，FPGA内部包括数字驱动单元和反馈回路单元，反馈回路单元外接转速或转矩传感器。
[0033]本实用新型优选实施例中的某一相全桥逆变器，结构如图5所示，通过四个场效应管Q1，Q2，Q3和Q4的栅极驱动，输出电机驱动信号Vu，提供给接在端子J5上的对应定子线圈。为了达到最好的开关效率，所有的逆变器都以栅极信号驱动，单级模式运行。
[0034]本实用新型优选实施例的三相感应式交流电机具体工作原理如下:
[0035]通过栅极驱动的每个逆变器被FPGA对应的一组4个数字引脚驱动。为了让驱动绕组的信号能是完全平滑的纯正弦波，这里采用正弦脉冲宽度调制方法，在每个周期传送恒定振幅但脉宽占空比变化的PWM信号给每一组H桥逆变器。占空比变化的正弦波PWM信号在每个绕组上流动，这样在绕组上的电压波形就类似AC信号，并且为了达到最好的开关效率，所有的逆变器都以栅极信号驱动，单级模式运行。三相感应式交流电机中功能强大的高速FPGA，内嵌CORDIC正弦算法，用32数据位来确定角度，其范围为O?360度。角度的正弦值(从+ 1.0到-1.0)通过24位数据来表示，最小精确到2秒，数据的符号决定了流过绕组的电流的方向，通过一个24位乘24位的乘法器，将角度正弦值的24位数据与开关频率相乘，将得出P丽信号的占空比。按照固定的时间间隔，把一个恒定值和累计的角度值相加，一个恒定的单级调制正弦波就产生了，改变这个恒定值或者时间间隔，将导致正弦波频率的改变。
[0036]在该实施例中，为了驱动三相感应式交流电机，通过把32位满刻度值1/3与角度值相加，得到落后于第一相绕组120度的第二相绕组相位电流的正弦波数据，同样通过把32位满刻度值2/3与角度值相加，得到落后于第一相绕组240度的第三相绕组相位电流的正弦波数据，按照这个顺序，电流先后流进各相绕组，从而带动电机转动，实现完美同步。
[0037]图6给出了FPGA给到H桥逆变器的控制信号和逆变器桥输出到马达的相电压之间的真值关系，其中:Vu=Vu1-Vu2。
[0038]本实用新型对于不同类型的多相电机，只要它的相与相之间的角度是相同的，都可以可采用同样的方法来驱动，二相电机定子线圈具体结构如图7所示，四相电机定子线圈具体结构如图8所示。这也是本实用新型重要的结构创新点。
[0039]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型权利要求的涵盖范围。
【主权项】
1.一种多相交流电机结构，包括定子铁芯及其上缠绕的定子线圈单元，其特征在于，所述定子线圈单元由二组以上的由各自全桥逆变器驱动的相互隔断不电连接的定子线圈组成。2.根据权利要求1所述多相交流电机结构，其特征在于，所述定子线圈单元由二组定子线圈组成。3.根据权利要求1所述多相交流电机结构，其特征在于，所述定子线圈单元由三组定子线圈组成。4.根据权利要求2或3所述多相交流电机结构，其特征在于，所述定子线圈单元中的定子线圈数量是2与3的任意倍数。5.根据权利要求4所述多相交流电机结构，其特征在于，所述交流电机是感应式交流电机。6.根据权利要求4所述多相交流电机结构，其特征在于，所述交流电机是交流同步电机。7.—种多相交流电机的驱动电路，包括定子线圈单元及其驱动模块，其特征在于，所述驱动模块包括依次电连接的定子线圈控制模块、全桥逆变器单元和定子线圈单元;所述全桥逆变器单元由二个以上的全桥逆变器组成，所述定子线圈单元由二个以上的由各自全桥逆变器驱动的相互电隔断的定子线圈组成，所述全桥逆变器与所述定子线圈一一对应。8.根据权利要求7所述多相交流电机的驱动电路，其特征在于，所述定子线圈控制模块包括与所述定子线圈单元电连接的数字驱动单元和与所述全桥逆变器单元和定子线圈单元电连接的反馈单元。9.根据权利要求8所述多相交流电机的驱动电路，其特征在于，该多相交流电机驱动电路还包括与所述定子线圈控制模块电连接的电机控制器。10.根据权利要求7-9任一项所述多相交流电机的驱动电路，其特征在于，所述交流电机是交流同步电机或感应式交流电机。
【文档编号】H02P23/20GK205490006SQ201620230492
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】刘振韬
【申请人】刘振韬