一种防止死区的车用永磁无刷电机结构的制作方法
【专利摘要】一种利用局部磁饱和效应防止死区的车用永磁无刷电机结构，包括具有永磁铁的转子以及具有硅钢片绕阻线圈的定子，其中所述定子的硅钢片末端的极缘与永磁铁间保持有适当的气隙长度，所述定子的硅钢片末端的极缘相对于其中心线两侧的区块设计呈磁通可发生偏移的不对称形状，且所述转子的永磁铁的磁极相对于其中心线两侧的区块设计呈磁通不发生偏移的对称形状。
【专利说明】一种防止死区的车用永磁无刷电机结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种防止死区的电机结构，特别是涉及一种防止死区的车用永磁无刷电机结构。
【背景技术】
[0002]已知的永磁无刷电机是在单位时间内仅仅导通一组线圈以产生磁力,在利用磁力的吸斥原理来驱动转子运转，其主要包括一定子及位于定子外侧或者内侧的转子，其中定子于各磁极处分别卷绕有线圈，且磁极的极缘与转子的永磁铁之间保持有一适当长度的气隙，通过定子线圈通电产生的磁场与转子永磁铁的相互做用来驱动转子转动，使永磁无刷电机运转。
[0003]该永磁无刷电机在实际操作中存在有启动死区的问题，如图1所示，该图显示了永磁无刷电机的转矩(Cff)与转动机械角(Θ )的关系，该电机的激磁转矩曲线为a，当电机静止时将在稳定点P的位置，即电机停的时候转子磁极刚好与定子某个定子的磁极的中心对齐，而当电机输入激磁电流启动运转时，激磁转矩为零(a曲线的P点)，就无法感应出反电动势，因此，对于前述永磁无刷电机存在因摩擦负载造成电机无法顺利启动运转的问题。虽然，对于前述永磁无刷电机存在的启动死区的问题可以通过改用多组线圈的导通方式来解决，但基于成本的考虑，对于某些系统而言，利用多组线圈导通的马达并不符合经济效益，因此，在不改变线圈导通的前提下只有通过改变电机的磁路结构，以有效解决该问题。
[0004]为此,美国专利第5250876号公开了一种无刷电机，该无刷电机主要是在定子娃钢片的磁极两端设置有对称穿孔，以解决传统电机在定子磁极极缘上形成凹部造成磁通气隙面积减小的问题。
[0005]该美国专利中的无刷电机虽然利用在定子硅钢片磁极两端设置穿孔来改善传统电机极缘上设凹部造成磁通气隙面积减小的问题，然而，该马达定子设置有穿孔的磁极仍采用对称设置，当应用到马达上后，马达处于静止时仍可能位于死区位置上，当电机输入激磁电流启动运转时，因激磁转矩为零，故电机在摩擦负载作用下仍存在启动死区的问题，不易启动运转。
[0006]故现在急需一种能解决上述启动死区问题，且不改变电机的磁路结构的方式解决永磁无刷电机的启动死区问题。
【发明内容】
[0007]本实用新型中局部磁饱和效应改善启动死区的电机主要目的在于解决现有技术中永磁无刷电机存在启动死区的问题。
[0008]—种利用局部磁饱和效应防止死区的车用永磁无刷电机结构，可以为线圈径向绕阻径向气隙的内转式车用永磁无刷电机，也可以是线圈轴向绕阻径向气隙的内转式车用永磁无刷电机，所述电机包括一转子以及设置在所述转子外侧的定子，所述转子包括中空轭铁及设置在所述中空轭铁内部的轴心，且在所述中空轭铁的外侧环设有数个不同极性且相间隔排列的永磁铁，所述定子内部设置有可套设于所述转子外侧的呈环状的硅钢片，所述硅钢片在其内壁朝向轴心方向延伸出数个呈放射状且间隔排列的延伸部，各所述延伸部的末端形成对应所述转子外周圆弧型的内凹型的极缘，且在所述极缘与所述转子的所述永磁铁之间保持有适当的气隙长度，各个所述延伸部上分别绕设绕阻线圈，所述定子的所述硅钢片末端的极缘相对于其中心线两侧的区块设计呈磁通可发生偏移的不对称形状，且所述转子的所述永磁铁相对于其中心线两侧的区块设计呈磁通不发生偏移的对称形状。
[0009]进一步，所述定子的硅钢片末端的所述极缘相对于其中心线两侧的区块外形不同，以使磁极相对于其中心线两侧呈不对称状。
[0010]进一步，所述定子的硅钢片末端的所述极缘相对于其中心线一侧呈燕尾状，另一侧呈具有V型槽的凸沿状。
[0011]进一步，所述转子的永磁铁相对于其中心线两侧的区块的外形相同，以使磁极相对于其中心线两侧呈对称状。
[0012]进一步，所述转子的永磁铁的磁极呈扇形，其半径大于其所在转子的半径。
[0013]如图2所示，该图显示了本实用新型中永磁无刷电机的转矩(CW)与转动机械角(Θ )的关系。本实用新型利用局部磁饱和效应改善永磁无刷电机启动死区状况，在不改变气隙长度或者极缘的前提下，通过对磁饱和的分布规划，利用定子磁极形成局部性磁极饱和，造成气隙磁通密度分布不均，产生非对称的磁交链波形，进而改变电机顿转扭矩波形分布，利用顿转扭矩使得电机在激磁转矩为零时仍有额外的扭矩输出，即电机的总输出转矩(激磁转矩+顿转扭矩)在任意机械位置均不为零。
[0014]也就是说，本实用新型的定子与转子之间的气隙并不对称，当电机停止运转的时候，如果转子的永磁铁跟定子的极缘对正，那么由于顿转转矩的效应，不对称的气隙会让转子偏离定子的极缘的中心线位置，这样就避开停在死区的情况，如果没有很强大的外力作用，电机转子将永远不会停在死区的位置上。采用本结构方案，当电机停止的时候，不会发生转子的永磁铁跟定子的极缘的中心线位置对正的现象，也不会出现死区的情况。只要通入激磁电流，电机转子必然发生转动，也必然会产生反电动势，这样电机控制器就可以知道转子的位置，而通入交流电后使电机正常运转。本发明有效的避开了电机的死区，不增加任何成本，也不会影响电机的性能，非常具有实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]附图1现有技术中永磁无刷电机的转矩(CW)与转动机械角(Θ )的关系图；
[0016]附图2本实用新型中永磁无刷电机的转矩(CW)与转动机械角(Θ )的关系图；
[0017]附图3本实用新型中永磁无刷电机的示意图。
【具体实施方式】
[0018]现在参照附图2-3对本发明的实施例进行详细说明:
[0019]一种利用局部磁饱和效应防止死区的车用永磁无刷电机结构，可以是线圈径向绕阻径向气隙的内转式车用永磁无刷电机，也可以是线圈轴向绕阻径向气隙的内转式车用永磁无刷电机，如图3所示，线圈径向绕阻径向气隙的永磁无刷内转式车用永磁无刷电机，包括一转子10以及设置在所述转子10外侧的定子20，所述转子10包括中空轭铁11及设置在所述中空轭铁11内部的轴心14，且在所述中空轭铁11的外侧环设有数个不同极性且相间隔排列的永磁铁13，所述定子20内部设置有可套设于所述转子10外侧的呈环状的硅钢片21，所述硅钢片21在其内壁朝向轴心方向延伸出数个呈放射状且间隔排列的延伸部23，各所述延伸部23的末端形成对应所述转子10外周圆弧型的内凹型的极缘241，且在所述极缘241与所述转子10的所述永磁铁13之间保持有适当的气隙长度，各个所述延伸部23上分别绕设绕阻线圈25，所述定子20的所述硅钢片21末端的极缘241相对于其中心线242两侧的区块设计呈磁通可发生偏移的不对称形状，且所述转子10的所述永磁铁13相对于其中心线132两侧的区块设计呈磁通不发生偏移的对称形状。
[0020]进一步，所述定子20的硅钢片21末端的所述极缘241相对于其中心线242两侧的区块外形不同，以使磁极相对于其中心线242两侧呈不对称状。
[0021]进一步，所述定子20的硅钢片21末端的所述极缘241相对于其中心线242 —侧呈燕尾状，另一侧呈具有V型槽的凸沿状。
[0022]进一步，所述转子10的永磁铁13相对于其中心线132两侧的区块的外形相同，以使磁极相对于其中心线132两侧呈对称状。
[0023]进一步，所述转子10的永磁铁13的磁极呈扇形，其半径大于其所在转子10的半径。
[0024]如图2所示，该图显示了本实用新型中永磁无刷电机的转矩(CW)与转动机械角(Θ )的关系。本实用新型的定子与转子之间的气隙并不对称，当电机停止运转的时候，如果转子的永磁铁跟定子的极缘对正，那么由于顿转转矩的效应，不对称的气隙会让转子偏离定子的极缘的中心线位置，这样就避开停在死区的情况，如果没有很强大的外力作用，电机转子将永远不会停在死区的位置上。采用本结构方案，当电机停止的时候，不会发生转子的永磁铁跟定子的极缘的中心线位置对正的现象，也不会出现死区的情况。只要通入激磁电流，电机转子必然发生转动，也必然会产生反电动势，这样电机控制器就可以知道转子的位置，而通入交流电后使电机正常运转。本发明有效的避开了电机的死区，不增加任何成本，也不会影响电机的性能，非常具有实用性。
[0025]尽管上述通过举例说明，已经描述了本实用新型最佳的【具体实施方式】，本实用新型的保护范围并不仅限于上述说明，本领域一般技术人员可以理解的是，在不背离本实用新型所教导的实质和精髓的前提下，任何修改和变化都落入本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种防止死区的车用永磁无刷电机结构，其特征在于:包括一转子(10)以及设置在所述转子(10)外侧的定子(20)，所述转子(10)包括中空轭铁(11)及设置在所述中空轭铁(11)内部的轴心(14)，且在所述中空轭铁(11)的外侧环设有数个不同极性且相间隔排列的永磁铁(13)，所述定子(20)内部设置有可套设于所述转子(10)外侧的呈环状的硅钢片(21)，所述硅钢片(21)在其内壁朝向轴心方向延伸出数个呈放射状且间隔排列的延伸部(23)，各所述延伸部(23)的末端形成对应所述转子(10)外周圆弧型的内凹型的极缘(241)，且在所述极缘(241)与所述转子(10)的所述永磁铁(13)之间保持有适当的气隙长度，各个所述延伸部(23)上分别绕设绕阻线圈(25)，所述定子(20)的所述硅钢片(21)末端的极缘(241)相对于其中心线(242)两侧的区块设计呈磁通可发生偏移的不对称形状，且所述转子(10)的所述永磁铁(13)相对于其中心线(132)两侧的区块设计呈磁通不发生偏移的对称形状。
2.根据权利要求1所述的防止死区的车用永磁无刷电机结构，其特征在于:所述定子(20)的硅钢片(21)末端的所述极缘(241)相对于其中心线(242)两侧的区块外形不同，以使磁极相对于其中心线(242)两侧呈不对称状。
3.根据权利要求2所述的防止死区的车用永磁无刷电机结构，其特征在于:所述定子(20)的硅钢片(21)末端的所述极缘(241)相对于其中心线(242) —侧呈燕尾状，另一侧呈具有V型槽的凸沿状。
4.根据权利要求1所述的防止死区的车用永磁无刷电机结构，其特征在于:所述转子(10)的永磁铁(13)相对于其中心线(132)两侧的区块的外形相同，以使磁极相对于其中心线(132)两侧呈对称状。
5.根据权利要求4所述的防止死区的车用永磁无刷电机结构，其特征在于:所述转子(10)的永磁铁(13)的磁极呈扇形，其半径大于其所在转子(10)的半径。
【文档编号】H02K29/03GK203951345SQ201420281449
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】李东文, 王富强, 刘小宁, 金晓辉 申请人:李东文