[发明专利]二相与三相混合型无刷直流电机

说明书

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圈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×n个极的永久磁铁转子和具有4×n个极线圈的电枢构成。

另外，三相无刷直流电机以具有60度相位差的励磁角被驱动，并由具有2×n个极的永久磁铁转子和具有6×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1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度之间有线圈电流流动，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(TorqueRipple)角大。

并且，为了增大电机磁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极面积并减小空隙(air gap)。

但是，二相无刷直流电机由于从结构上只能构成2×n极转子2和4×n极电枢1线圈，因此转子2的永久磁铁极间距离比电枢的线圈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和具有六个极线圈的电枢10构成。

这种三相无刷直流电机如图4所示，以60度相位差产生转矩，在0～120度之间有线圈电流流动，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×n极转子20和6×n极电枢10线圈，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圈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6×n个永久磁铁极的转子，使其转子极数比现有的具有2×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4×n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6×n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4×n个，从而可以减小铜耗，节减材料成本。