专利名称：二相与三相混合型无刷直流电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无刷直流电机，尤其涉及用具有90度相位差的二相无刷 直流电机驱动电流来产生具有30度相位差的转矩，从而不仅减小无刷直流电 机转矩(torque)的转矩脉动、增大起动转矩，而且与具有60度相位差的三 相无刷直流电机的转子相比可以增加转子磁路的磁导(permeance)系数而提 高电机效率的二相与三相混合型无刷直流电机(Brushless DC motor )。
背景技术：
通常，无刷直流电机是指将机械的电刷、换向器替换为电装置的直流 (DC)电机。因此，无刷直流电机具有不发生磨损和灰尘、没有电噪声、输出功率和 效率好的优点而适合作为高速旋转型电机，并作为下一代电机从多方面进行 着研究和开发。这种无刷直流电机由于将缠绕线圏的直流电机转子替换为永久磁铁，其 速度控制方法也由电压控制方式改为励磁相位控制方式，因此需要采用驱动 电路。通常，无刷直流电机由永久磁铁转子和根据电子开关电路的整流电压而 被励磁的电枢构成。二相无刷直流电机以具有90度相位差的电励磁角被驱动，并由具有2 x n个极的永久磁铁转子和具有4 x n个极线圏的电枢构成。另夕卜，三相无刷直流电机以具有60度相位差的励》兹角被驱动，并由具有 2 x n个极的永久;兹铁转子和具有6 x n个极线圈的电枢构成。图1为表示现有的二相无刷直流电机的旋转动力变换结构的示意图，图 2为用于表示这种现有二相无刷直流电机的驱动步骤的转矩波形图。现有的二相无刷直流电机如图i所示，由基本的二极转子2和具有四个 极线圈的电枢1构成。这种二相无刷直流电机如图2所示，以90度相位差产生转矩。此时，由于在0~ 180度之间有线圏电流流动，而在0 45度之间因反电 动势较小而流动大电流，因此需要注意驱动电路，而且转矩脉动(Torque Ripple )角大。并且，为了增大电积J兹路的磁导系数而最大限度地利用磁能，最好减小 转子2的永久磁铁极间距离、增大对应于转子2永久磁铁极面积的电枢1极 面积并减'J、空隙(air gap )。但是，二相无刷直流电机由于从结构上只能构成2 x n极转子2和4 x n 极电枢1线團，因此转子2的永久磁铁极间距离比电枢的线圏极更长且对应 于永久磁铁极面积的电枢1的磁性面积较小，这导致磁导系数低、磁能利用 效率不高。因而，这种二相无刷直流电机一般转矩脉动大，起动转矩小，不适合作 大型电机。图3为表示现有的三相无刷直流电机的旋转动力变换结构的示意图，图 4为用于表示这种三相无刷直流电机的驱动步骤的转矩波形图。另外，现有的三相无刷直流电机如图3所示，由基本的二极转子20和具 有六个极线團的电枢IO构成。这种三相无刷直流电^L如图4所示，以60度相位差产生转矩，在0 ~ 120 度之间有线團电流流动，而在0~30度之间存在反电动势小的转矩脉动 (torque ripple)角。这种三相无刷直流电机虽然优于二相无刷直流电机，但是从结构上只能 构成2 x n极转子20和6 x n极电枢10线图，因此转子20的永久磁铁极间距 离长且对应于永久磁铁极面积的电枢磁性极面积较小，这导致磁导系数和磁 能利用效率都不大。如此，即使采用作为现有最佳驱动方式的电波双极(bipolar)励磁方式 的二相或三相无刷直流电机，因其结构原理只能有限地利用磁能，而且提高 效率时也存在结构性问题。发明内容本发明是为了解决现有技术中存在的上述问题和限制而提出的，其目的 在于提供一种二相无刷直流电机，该二相无刷直流电机通过构成具有比电枢 线圏极更多的分割极数的永久磁铁转子使电机的磁能利用率极大化，并通过将旋转驱动相位差最小化为30度，从而可以提高大容量的转矩特性和效率。 本发明的另一目的在于提供一种可以最大限度地利用有效磁能的二相无 刷直流电机，为此构成具有6xn个永久磁铁极的转子，使其转子极数比现有 的具有2 x n个基本极的二相或三相电机多三倍，以增加转子的永久磁铁单体 的磁导系数，并布置具有4xn个线圈极的电枢，以确保电枢极面积与转子永 久磁铁极的相对面积相同，从而增加动作点的磁导系数。本发明的目的还在于提供一种二相与三相混合型无刷直流电机，该无刷 直流电机在电枢的各线圈极之间构成辅助凸极(Auxiliary salient pole )而构成 可以最大限度地减小因具有6xn极的转子的相互作用而可能发生的转矩波 动的磁路，并且相对转子极数将电枢线圈数量最小化为4xn个，从而可以减 小铜耗，节减材料成本。本发明所提供的无刷直流电机，其特征在于包含二相线圈电枢，该二 相线圈电枢形成4的倍数(4xn)个线圏极，并在所述线圏极与线圈极之间 形成辅助凸极；由具有相同分割角的6的倍数(6xn)个永久磁铁转子极构 成的转子。
图1为表示现有的二相无刷直流电机的旋转动力变换结构的示意图； 图2为用于表示现有二相无刷直流电机的驱动步骤的转矩示意图； 图3为表示现有的三相无刷直流电机的旋转动力变换结构的示意图； 图4为用于表示现有三相无刷直流电机的驱动步骤的转矩示意图； 图5为表示本发明提供的二相无刷直流电机(4S6R)的旋转动力变换结 构的示意图；图6为本发明中用于表示二相无刷直流电机的驱动步骤的转矩示意图； 图7为本发明中构成二相无刷直流电机驱动电路的示例图； 图8为本发明中表示无刷直流电机的磁导系数的示意图。
具体实施方式
本发明所提供的电机以形成四个线圈极的二相线圈电枢和以60度分割 角划分的六极永久磁铁转子的组合为基本结构，由此可以得到由具有4 x n个 极的电枢和具有6 x n个极的永久磁铁转子组合而成的电机。下面参照图5至图7举例说明作为本发明基本结构的具有四极电枢线圏和六极转子极(4S6R) 的电机结构及作用。如图5所示，本发明所提供的电机包含由四个二相线圏构成的电枢100、 由具有60度分割角的永久磁铁构成的转子200、形成在电枢100的各线图极 101之间的四个辅助凸极(Auxiliary salient pole ) 300，而且所述电枢100在 每个90度分割位置分别设置一个与转子200永久磁铁一极的分割面相同的线 圏极101。具有上述结构的本发明实施例的电枢100在每个90度分割位置分别设置 一个与形成60度分割角的转子永久磁铁一极的分割面相同的线圏极101，从 而形成四个二相线圏101a。由此，在电枢100的线圏极101与线圈极101之间留有30度的分割角余 量，在此电枢100的线圈极101与线圏极101之间的分割剩余角内形成所述 辅助凸极300，为了能够插入线圈绕组所述辅助凸极300的面大小应减去2 ~ 3mm长度。所述转子200为将具有60度分割角的六个永久磁铁极交替布置为N极 和S极而构成。所述电枢100的线圈101a通过在各电枢100的线圈极101插槽(slot) 内插入具有卯度相位差的二相线圏/A、 /B而构成。具有上述结构的形成辅助凸极的二相无刷直流电机各相的励磁电流特性 如图6所示，每一步骤(Step)具有30度的相位差，而且每旋转一次时具有 3Hz/相的开关频率特性。这与如图2所示的每一步骤具有90度相位差的现有二相无刷直流电机的 励磁电流特性和如图4所示每一步骤具有60度相位差的三相无刷直流电机相 比旋转步骤角度小，因此具有非常稳定的转矩及起动特性。由于本发明提供的二相无刷直流电机具有4的倍数个电枢极和6的倍数 个转子极，因此还可以得到由8极电枢和具有30度分割角的12极转子极组 合而成的电机或由12极电枢和具有20度分割角的18极转子极组合而成的电 机。图8为本发明中表示无刷直流电机的磁导系数的示意图。 如上所述具有比电枢的线圏极更多的分割极数的本发明所提供的永久磁 铁转子，由于磁铁单体的极间距离变短，因此如图8所示其磁导系数P3大于现有二相无刷直流电机的磁导系数pi和现有三相无刷直流电机的磁导系数P2,因而易于进行可以最大限度地利用电机的有效磁能的有效设计。图7为本发明中，本发明所提供的二相无刷直流电机驱动电路的构成示例图。如图7所示，所构成的驱动电路包含转子位置检测传感器(400、 400')、 根据转子位置检测传感器(400、 400')所检测出的转子位置驱动二相励磁开 关信号的二相逻辑电路500、根据二相逻辑电路500的二相励磁开关信号在 电枢100的二相线圏中流通电流而使电机运行的开关电路600,从而用于驱 动本发明提供的二相无刷直流电机。综上所述，本发明将二相驱动装置应用于二相与三相混合型电机，同时 可以得到比三相无刷直流电机更加细化的转矩角，因此可以得到稳定而强劲 的起动转矩和旋转特性，尤其在中低速运行时可以得到平稳的高效率特性。本发明由于可以有效利用有效磁能，因此可以减小电机设计尺寸、减小 电枢和绕组线圏量，因而可以减小体积和重量，由此可以减小制造成本而提 高经济性。
权利要求
1. 一种二相与三相混合型无刷直流电机，其特征在于包含二相线圈电枢，该二相线圈电枢形成4的倍数(4×n)个线圈极，并在所述线圈极与线圈极之间形成辅助凸极；由具有相同分割角的6的倍数(6×n)个三相永久磁铁转子极构成的转子；并且，所述电枢的线圈极与转子的永久磁铁转子极的一个极面相一致。
2、 根据权利要求1所述的二相与三相混合型无刷直流电机，其特征在于 所述辅助凸极通过从线圈极与线圈极之间形成的剩余角中减去用于插入缠绕 在线圈极上的绕组的空间而设定。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种最大限度地增加无刷直流电机(Brushless DCmotor)的转子系磁导(permeance)系数而改善效率和起动特性，并且可以衰减转矩脉动(torque ripple)和噪音的无刷直流电机。本发明所提供的无刷直流电机涉及由形成具有四的倍数个极的二相线圈和辅助凸极(Auxiliarysalient pole)的电枢和具有六的倍数个三相转子极的永久磁铁转子(Rotor)结合而构成，并且可以由二相电机用电力变换及电子整流控制装置驱动的二相及三相混合型无刷直流电机。
文档编号H02K29/00GK101252302SQ20071007870
公开日2008年8月27日 申请日期2007年2月25日 优先权日2007年2月25日
发明者郑荣春 申请人:郑荣春