[實用新型]大直徑型方波三相無刷直流電機

有效

• 申請號: 200920204760.9
• 申請日: 2009-09-11
• 公開（公告）號: CN201541153U
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 漆亞梅;李鐵才;湯平華;楊貴杰
• 申請（專利權）人: 深圳航天科技創新研究院
• 主分類號: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K1/16;H02K1/27;H02K3/487;H02K29/08;H02K3/28
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 易釗

技術領域

本實用新型涉及大直徑永磁電機，更具體地說，涉及一種大直徑型方波三相無刷直流電機。這種電機可用作力矩電動機、還可用作風力發電機。

背景技術

永磁電動機根據驅動電流及反電勢波形可分為正弦波和方波兩大類。一般將正弦波永磁電動機稱為永磁同步電動機(PMSM)，或稱為正弦波交流伺服電動機。另一類方波永磁電動機則稱為方波無刷直流電動機(BLDCM)。

永磁電機是可逆的既可用作電動機也可用作發電機。方波永磁發電機的出力比正弦波永磁發電機大π/2，即1.57倍。

80年代期間，方波永磁電動機獲得了普遍應用，方波永磁電動機的外特性和有刷直流電動機基本相同，控制比較簡單，但其最大的缺點是存在較大的原理性換向力矩波動，對此，研究人員提出了多種補償措施，但實際應用效果不理想。

由于正弦波永磁電動機的力矩波動則遠小于方波永磁電動機，90年代期間，在精密伺服驅動應用場合，方波永磁電動機逐漸被正弦波永磁電動機所替代，目前已經成為現今工業應用的主流。然而，正弦波永磁電動機會導致控制系統復雜性大幅增高和成本大幅增加，更重要的是電動機的力能指標大幅下降。

另一方面，傳統方波無刷直流電動機及其控制技術被公認已經成熟，由于前述缺陷，導致其被限定在要求不高的場合應用，國內外對其研究已經很少。

理想電動機應具有體積小、力矩大且力矩波動小、效率高且成本低等特點。但是現實世界中，往往只能兼顧并不能全面滿足這種理念。通常設計高性能伺服電動機時，優先順序為運動控制性能、功率、尺寸、效率和價格。伺服電動機必須克服齒槽效應，具有小的定位力矩、力矩波動或者速度波動，能在低速、大力矩下連續平穩驅動。

產生的力矩波動的原因很多。一般認為，主要原因是：齒槽效應產生的定位力矩，氣隙磁場的非正弦分布和三相電流非正弦。齒槽效應直接產生與齒、槽數相關的定位力矩波動；氣隙磁場的非正弦分布產生反電勢(MMF)諧波與電流諧波產生諧波力矩；因此，伺服電動機的力矩波動是由：各次定位力矩和諧波力矩構成的。其主要諧波次數與齒數、槽數、極數及其互乘數、倍乘數、差拍數有關。

本實用新型涉及的大極電機又叫集中繞組電機，它具有繞組端部小、銅耗小、結構簡單、生產成本低等特點，近十年內發展很快。通常定義每極每相槽數q＝S/(2Pm)的值小于或等于1/2的電機為大極電動機或集中繞組電機，其中S是槽數，m是相數，P是極對數。如圖1所示是一個8極9槽大極三相永磁無刷電動機。其中有4個N極、4個S極間隔排列，共8個極；對應設有9個槽，每個槽中裝有相鄰兩個繞組的各一半。例如最上部的N極正對一個齒，其左側是A+繞組、右側是A-繞組。其中，槽距電角度為：

反相接線后為20°，分布系數為：

Kd1=sin(3×202)3sin202=0.960]]>

節距系數為：

Kp1=sin(89×90)=0.985]]>

繞組系數：

K_w1＝K_d1K_p1＝0.946

主要定位力矩次數：

K_C＝極×槽/C＝8×9/1＝72