CN111555578A - 全相双驱动无刷直流电动机 - Google Patents

Abstract

一种全相双驱动无刷直流电动机，它是采用在圆形机壳内侧上设置内外两组定子励磁线圈，每组里两个相邻线圈按正向反向交替连接形成两相，通电时产生相反的N和S磁场极性；转子磁铁是置于内外两组励磁线圈之间，转子磁铁同外线圈接触的一面也是按N极S极交替安装；用霍尔单向元件组成的控制电路控制内和外的两相励磁线圈电流，在转子磁铁每转过一个磁铁位置时调换一次电流方向的正负这样交替接通，使内外两组励磁线圈磁极交替反向，这样交替连续转换使励磁线圈产生的磁极始终排斥前方位的转子磁铁而吸引后方位转子磁铁，带动转子连续转动起来了。

Description

全相双驱动无刷直流电动机

技术领域

本发明专利涉及无刷直流电动机领域，特别涉及电动汽车用大功率无刷直流电动机。

背景技术

在智能自动化程度不断提高的今天在各个领域直流电动机的使用越来越广泛,比如自动化控制、智能机器人、无人飞机、新能源汽车等都大量采用直流电动机，而无刷直流电动机又有着启动扭矩大、静音、无需维护的优点而大量使用，特别是新能源汽车对电动机的要求是功率大体积尽量小，而且适应频繁启停，因此无刷直流电动机在新能源汽车上广泛使用；我们能不能让现有的无刷直流电动机性能进一步提升呢,大家公知的采用霍尔位置传感器控制的无刷直流电动机它的励磁线圈大多数都是采用三相连接方式，而且为了防止启动位置死点线圈的数量和转子的磁铁数量是不对称错位的，利用霍尔元件的磁感应特性控制三相中的其中两相励磁线圈的交替通断吸引转子磁铁向前移动而带动转子旋转输出转矩力；从它的转动原理可以发现它在转动时只有三分之二的励磁线圈参与工作，另外三分之一励磁线圈等待交换状态不是全部励磁线圈参与工作，因此可以认为它的能效只有百分之六十六；一个设想——我们能不能让每一个励磁线圈都同时参与工作来对转子磁铁施力，我们把励磁线圈对应相等数量的转子磁铁设计，把前后两个相邻的励磁线圈连接为正反向，通电时产生相反的磁极同时吸或推动每一个磁铁，待转子转过一个磁铁位置后控制两个励磁线圈电流反向使得磁性反转，使得吸变成排斥推动刚转过这个励磁线圈一点角度的前方位这个磁铁，而对后一个反向磁极的磁铁产生吸引力，这样周而复始的交换励磁线圈磁极方向使转子连续转动起来，也就使得每一个励磁线圈都参与工作，它的能效不就达到了百分之百了吗，但这样设计在转动到磁铁磁极同励磁线圈磁极对齐时力会出现零角度，当然这时候控制电路也断开电流,转子可以凭惯性转过这个死角后控制电路的霍尔元件又会检测到下一个磁铁相反磁极来控制电路电流反向励磁线圈磁极就反向，这样转子就连续转动起来了；问题在于启动时如果刚好霍尔元件在转换的死角位置时电动机将无法启动，需要用外力带动一下才能连续转动起来；所以现在的霍尔位置传感器控制的无刷直流电动机都采用了线圈槽数同转子磁铁极数不相等来克服这个死点，并且只能有三分之二励磁线圈工作；因此看来让全部励磁线圈都同时工作这种设想很难实现。

发明内容

针对用霍尔位置传感器控制的无刷直流电动机励磁线圈不能全部同时都参与工作这一缺陷，本发明专利提供一种全相双驱动无刷直流电动机；它是采用在圆形机壳内侧上设置内外两组定子励磁线圈，外励磁线圈的每两个相邻励磁线圈按正向反向交替连接形成两相，通电时整个励磁线圈间隔产生相反的磁场极性，内励磁线圈的每两个相邻励磁线圈也按正向反向交替连接形成两相,通电时整个励磁线圈间隔产生相反的磁场极性，内外励磁线圈数量必须对应相等而且是偶数，内外励磁线圈相对应面的两个励磁线圈极性恰好相反，也就是外励磁线圈产生N极时内励磁线圈就产生S极；转子是凹形设计磁铁安装在边缘并置于内外两组励磁线圈之间，转子磁铁同外励磁线圈接触的一面也是按N极S极交替安装，当然接触内励磁线圈一面就恰好反向了，这样安装的效果就是当一个外励磁线圈通电产生N极磁场时排斥前方位的N极的转子磁铁而吸引后方位的S极磁铁，同理内励磁线圈通电产生S极磁场相排斥并前方位转子磁铁内侧一面S极也同时吸引后方位这个内侧面为N极的转子磁铁，使转子磁铁受内外两组励磁线圈磁场力作用向一个方向转动形成双驱动；当转子磁铁转到同励磁线圈磁极对齐磁场牵引力角度为零时，内外励磁线圈之间安装的霍尔单向位置传感器检测到转子两个磁极之间间隔时和检测到下一个不同磁铁磁极时分别控制切断内外二相励磁线圈电流后再调换电流方向接通，使相邻两个励磁线圈磁极反向重复前一个工作程序，这样就能使磁铁转子连续转动起来；当然内外二组励磁线圈需要错位一点角度安装以保证内外两组励磁线圈的霍尔位置传感器不会同时在死点位置，其中一组会带动转子转过另外一组励磁线圈霍尔单向位置传感器的检测死点位置后再一起施力带动转子转动；控制电路每组励磁线圈需要四只单向霍尔位置元件，分别安装在四个励磁线圈之间间隔位置，其中相邻两只输入端分别接直流电源的正极和负极，输出端并联后接在励磁线圈的一端，另外相邻两只输入端也分别接直流电源的正极和负极，输出端并联后接在励磁线圈的另一端，组成二相开关控制电路；它的工作原理是利用霍尔单向元件的特性，相邻两只霍尔单向元件在转子磁铁转动过程中一只检测到S时导通把电路正极加载到励磁线圈一端，并联的另一只霍尔单向元件同时检测到N时不能导通呈断开状态，而励磁线圈的一端相连接的一只霍尔单向元件检测到S时导通电源的负极让电流在励磁线圈形成回路产生磁场，而并联的另一只霍尔单向元件同时检测到N时不能导通呈断开状态；而当转子磁铁转过一个磁铁位置时四只霍尔单向元件中导通的霍尔单向元件检测到N时又断开、原来断开状态的检测到S时变为导通，使两相励磁线圈电流反向接通产生相反的极磁，这样交替连续转换就带动转子连续转动起来了；当然每组励磁线圈也可以用一只霍尔单向元件控制逻辑电路来控制电路的反向。因此采用这种内外两组励磁线圈设计的无刷直流电动机不仅能使全部励磁线圈都参与工作而且形成内外双向驱动比同体积的直流电机能效可提高一倍，它的两组励磁线圈每一相里可以单个并联也可以串联部分再并联，根据使用电流的电压和设定的功率而定；在实际应用中还可以根据需要设计为转动过程中自动断开一组励磁线圈电流以节约电能；因此这种全相双驱动无刷直流电动机是最适应于电动汽车需求的一种高能直流电动机。

它的有益效果是大幅提高无刷直流电动机能效。

附图说明：图1为本发明创造原理图；图2半剖面结构图。

图中：1机壳；2外励磁线圈；3转子支架；4转子磁铁；5内励磁线圈；6转轴；7机盖；8机壳轴承；9机盖轴承.

具体实施方式：将外励磁线圈2固定在机壳1内底座外边缘上，再将内励磁线圈5固定在机壳1内中心位置，将转子磁铁4按正反磁极交替安装固定在转子支架3的方框内，将转轴6穿过转子支架3中心与之固定，并穿过机壳1中心的机壳轴承8使转子支架3上的转子磁铁4置于内外二组励磁线圈之间，再将机盖7上的机盖轴承9套并固定在转轴6上，把机盖7同机壳1边缘用螺丝固定组成了全相双驱动无刷直流电动机。

Claims (3)

1.一种全相双驱动无刷直流电动机,其特征是：采用霍尔位置传感器控制的内外两组励磁线圈全部同时都参与励磁工作，内外同时施力推动两组励磁线圈之间的转子磁铁转动。

2.据根据权利要求1所述的全相双驱动无刷直流电动机，其主要特征是：所述的励磁线圈每组相邻两个是采用一个正一个反的连接方式组合成二相，通电时以产生相反的磁场极性，当转子磁铁转过一个位置并且在控制电路控制下时改变两相电流方向而使励磁线圈磁极同时反向。

3.据根据权利要求1所述的全相双驱动无刷直流电动机，其主要特征是：转子是凹形设计磁铁安装在边缘并置于内外两组励磁线圈之间，转子磁铁同外励磁线圈接触的一面是按N极S极交替安装。

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