专利名称：不对称6相永磁无刷直流电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于转矩闭环控制的电动机领域，涉及电动汽车等高 峰值转矩的不对称6相永》兹无刷直流电动机。
背景技术：
电动汽车要求其驱动系统能满足具备各种可能工况的需求。在电 动汽车启动、爬坡、驻坡启动工况下，需要其驱动系统能提供高峰值 转矩；在最高车速工况下，需要其驱动系统在最高工作转速下提供克 服相应的行车阻力的等效转矩。为适应20%以上坡道行驶，电驱动系 统要提供2.5 4倍额定转矩的峰值转矩；为适应恒功率运行，电驱动 系统要求在2 2.5倍额定转速下提供额定功率。
永/磁无刷直流电动机的机械特性与有刷他励直流电动机的机械
特性十分相近。其电磁转矩Tem正比于相电流U，即Ten尸Kt'Io;其三 相Y接的线反电势E,正比于电动机的角速度。m，即E产K COm。前述 关系中Kt称作定动机的转矩常数，Ke称作反电势常数，在国际单位
制下，Kt与Ke在数值上相等。由上述关系可知要产生峰值转矩Tp， 电动机就需要输入相电流Io(p产Tp/ Kt ,从减小系统功率半导体器件 的电流角度来说，希望Kt越大越好；但是，Kt大相当于Ke大，Ke
受到电源电压和最高角速度的制约，因此Kt不能不受限于Ke，半导
体功率器件的额定电流就不得不数倍于额定工况下的电流。例如满载质量750kg的高尔夫球车，爬坡30%,最高车速25km/h,电源电 压48V,额定功率3kW，额定转矩11.4N.m,额定相电流87A，峰值 转矩51N.m，峰值电流390A;再如，满载质量18吨大型客车，最高 车速80km/h ，爬坡20% ，电源电压600V ，电动机额定功率120kW ， 额定转矩470N.m,额定相电流500A,峰值转矩1860N.m，峰值电流 2200A。从以上两例可以看出，短时(一般为一分钟)峰值电流都在 额定(长时)电流的4倍以上。由于半导体功率器件的硅片和引出线 热容量很小，所以半导体功率器件的热态连续电流必须按J^值电流来 选用，这就产生了很大的冗余成本。
实用新型内容
本实用新型提供一种结构独特，成本低，且不降低系统综合性能 指标的不对称6相永/磁无刷直流电动才几。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为
不对称6相永磁无刷直流电动机，包括机壳、端盖、轴、轴承、
冷却系统，永磁转子，定子铁芯，其特殊之处在于所述的永磁转子
为p对N、 S极相间的永^磁转子；所述的定子铁芯为带有Z个槽的叠
片定子铁芯，相邻槽在空间相差30。电角度；所述的定子槽中嵌入线
圈，构成不对称6相单层、每极每相槽数q-l的星形绕组a、 b、 c、
d、 e、 f; a、 c、 e相绕组有效串联导体数为NP b、 d、 f相绕组有效
串联导体数为N2; a、 b、 c、 d、 e、 f 6相输入端分别与6相逆变
器输出端相接。
上述的N2/ N产n隨/nN,其中nN是输出峰值功率下的转速，n隨 是电动机最高运行转速。上述的定子铁芯为带有z个槽的叠片定子铁芯，相邻槽在空间相 差30。电角度，Z=12p。
本实用新型相对于现有技术的优点如下
对于电动汽车等既要求较低转速下输出短时峰值转矩，又要求额 定转速以上宽范围恒功率工作的负载来说，不对称6相永》兹无刷直流 电动机系统可以大幅降低冗余成本。
图1为不对称6相永磁无刷直流电动机的电枢绕组结构图； 图2为不对称6相永;磁无刷直流电动机的系统结构框图。
具体实施方式
本实用新型不对称6相永磁无刷直流电动机除机壳、端盖、轴、 轴承、冷却系统等结构件外，还有p对N、 S极相间的永磁转子；冲 有12p个槽的叠片定子铁芯，相邻槽在空间相差30。电角度；在定子 槽中嵌入线圏，构成不对称6相单层、每极每相槽数q=l的星形绕组。
参见图1,图l是不对称6相永磁无刷直流电动机的电枢绕组。 其中a—a'是a相绕组，有效串联导体数是Na; b^b'是b相绕组，有 效串联导体数是Nb; c—c'是c相绕组，有效串联导体数是Nc; d—d' 是d相绕组，有效串联导体数是Nd; e—e'是e相绕组，有效串联导 体数是Ne; f—f是f相绕组，有效串联导体数是Nf。 a、 b、 c、 d、 e、 f、 a反电势相位依次相差30。电角度；N^Ne-N^Np Nb=Nd=NpN2。 如果电动机的最高工作转速是n^x,额定工作转速是riN,那么，N2/ N产n隱/riN。因此，对应的转矩常数Kto尸KN,， K,= KN2;当相电流Icp相同时，T,= Kt(1)* U， T2= Kt(2)* I。， T2/ T尸Nz/N, 。 4相12个状 态运行时，电动机产生的转矩T[^2(T,+T2"2k(N,+N2)'I。。 的取值 决定于电源电压Voc、脉宽调制的最大占空比Sn^、和电动机最高运 行转速nmax; N2的耳又值为N2= N广n,丽/riN。
参见图2,图2是不对称6相永》兹无刷直流电动^/L的系统框图。 其中结构包括转子磁极极性位置传感器1, U、 V、 W、 T是磁极极性 位置传感器。U、 V、 W在空间相差120。电角度，W与T的方波输出 的上跳沿相差30。电角度，U、 V、 W、 T构成12个状态逻辑组合； 电流传感器3输出与Lj^、 1。⑨、I雖"I岬瞬时值相应的相电流信号 Ia、 Ie和Ib、 Ip到电流采样环节8和9;并向控制器7输出反馈电流 Ifl和It2;控制器7的输入还有代表电动机运行指令ON和停止运行指 令OFF,代表电动机顺时针旋转CW和逆时针旋转CCW转向指令， 转矩指令1*，使反馈电流^和10始终跟踪1*,得到转矩闭环控制； 输入到控制器7的U、 V、 W、 T信号构成12种编码，与ON/OFF、 CW/CCW组合，选通输出12路驱动信号，指令电流P与反馈电流If, 和Ie之差决定PWM的占空比；功率器件的驱动器6，接受来自控制 器的12路一定占空比的PWM信号并输出给6相逆变器5;逆变器5 的输出端A、 B、 C、 D、 E、 F分别与电动冲几2的a、 b、 c、 d、 e、 f 相连；转换开关4接在B—b和F—f之间，当ON/OFF处在ON状态 下且电动机实际转速rKl.l riN时，转换开关4接通，当输入ON/OFF 处于ON状态下，且电动机实际转速n;H.2nN时，转换开关4断开。 不论转换开关4是从接通转变为断开，还是从断开转变为接通，If2=0是必要条件。
从以上描述可知当电动机任一相或任一控制环路中出现故障 时，不对称6相永;兹无刷直流电动机可以转换成一台3相永-兹无刷直 流电动机模式工作。因此，不对称6相永磁无刷直流电动机系统是一 种双裕度系统，因而提高了电动汽车在故障状态下的自救性能。
权利要求1、不对称6相永磁无刷直流电动机，包括机壳、端盖、轴、轴承、冷却系统，永磁转子，定子铁芯，其特征在于所述的永磁转子为p对N、S极相间的永磁转子；所述的定子铁芯为带有Z个槽的叠片定子铁芯，相邻槽在空间相差30°电角度；所述的定子槽中嵌入线圈，构成不对称6相单层、每极每相槽数q＝1的星形绕组a、b、c、d、e、f；a、c、e相绕组有效串联导体数为N1，b、d、f相绕组有效串联导体数为N2；a、b、c、d、e、f6相输入端分别与6相逆变器输出端相接。
2、 根据权利要求1所述的不对称6相永磁无刷直流电动机，其特征在于所述的N2/N产nmax/llN，其中IlN是输出峰值功率下的转速，nmax是电动机最高运行转速。
3、 根据权利要求1或2所述的不对称6相永磁无刷直流电动机， 其特征在于所述的定子铁芯为带有Z个槽的叠片定子铁芯，相邻槽 在空间相差30。电角度，Z=12p。
专利摘要本实用新型涉及电动汽车等高峰值转矩的不对称6相永磁无刷直流电动机。永磁无刷直流电动机的机械特性与有刷他励直流电动机的机械特性十分相近，在短时峰值电流都在额定电流的4倍以上，由于半导体功率器件的硅片和引出线热容量很小，所以半导体功率器件的热态连续电流必须按峰值电流来选用，这就产生了很大的冗余成本。本实用新型的永磁转子为p对N、S极相间的永磁转子；其定子铁芯为带有Z个槽的叠片定子铁芯，相邻槽在空间相差30°电角度；所述的定子槽中嵌入线圈，构成不对称6相。对于电动汽车等既要求较低转速下输出短时峰值转矩，又要求额定转速以上宽范围恒功率工作的负载来说，不对称6相永磁无刷直流电动机系统可以大幅降低冗余成本。
文档编号H02K1/16GK201234196SQ200820029779
公开日2009年5月6日 申请日期2008年7月29日 优先权日2008年7月29日
发明者刘大椿 申请人:刘大椿