[发明专利]无刷直流电机

说明书

技术领域

本发明公开了一种无刷直流电机，适用于需要调速运行工作的场合与或虽然不调速但工作转速高于3000转/分的场合。例如各种电传动交通运输工具包括但不限于电传动轮式车辆或履带式车辆如坦克、装甲车和拖拉机以及电传动汽车、电动汽车、电动飞机、电传动轨道内燃机车和电力机车、地铁车辆或轻轨电动车、电传动舰船、潜艇；以及各种设备包括但不限于工矿用风机、泵站以及各种制冷或冶金化工行业设备包括但不限于压缩机、轧钢机以及各种物料输送机械；各种机械加工设备包括但不限于加工中心、车床、铣床、刨床、钻床、高速磨床等；各行业加工设备包括但不限于如纺织机械、粮食或食品加工机械、以及自动化加工、制造或装配流水线等；家电或商用设备包括但不限于如冰箱、空调、洗衣机、吸尘器；各种转速范围宽和功利密度较高的包括但不限于运用于各行业的电动工具以及医疗器械包括但不限于如牙钻等；石油、矿山的采掘设备包括但不限于如钻井设备、挖掘设备与输送设备等；用于升降设备如电梯和蓄能设备如电动飞轮等。

背景技术

从来的无刷直流电机在基本的电磁结构与工作原理上都与同步电机相似，可以说就是电子换向的正弦或非正弦波同步电机，绕组也大多是三相的。因为采用变频器驱动三相绕组取代了直流电机的整流子电刷机构完成绕组的电流换向工作，使无刷直流电机在基本保持了同步电机优良的外特性条件下，克服了原有整流子电刷机构滑动电接触的弊端。这些技术方案已经被证明在现在所知的各个领域都取得了巨大的成功，也正在以很快的速度发展着。但因为电子换向的变频器价格很高，其中的电力电子开关器件的成本又占变频器成本的大头，所以节省电力电子开关器件用量的三相桥式逆变器电路因其经济性和技术性都比较好而得到最大限度地开发与运用。也有英国专利GB2117580A公开了与本发明相近似的绕组与电力电子开关器件相联接的拓扑结构，但却完全没有与本发明相近或相似的绕组方案公开，更没有为减少使用电力电子开关器件的方法的公开或暗示。所有为减少使用电力电子开关器件的方法都成为了电子换向的正弦或非正弦波同步电机，绕组也大多是三相的，也有二相的，例如美国专利US3619746。另外，当直流电机从有刷过渡到无刷以后，电枢反应带来换向困难的问题不复存在，为大幅度降低气隙以降低励磁功率创造了条件但却没有文献公开该研究方向。然而，现有的直流电机在减小电枢反应的影响上，除了采用既增加成本，又因本身耗电而牺牲效率的换相极、补偿绕组以外，就是采用需要加大励磁功率也即更加耗电的较大的电枢气隙并配合极靴的形状。很少有文献公开采用较小的气隙时减小电枢反应影响的技术方案。较大的电枢气隙消耗较大的励磁功率，使直流电机达不到应有的高效率例如永磁直流电机的效率。电枢反应一般也会恶化电机性能并增加功耗。因此，有必要提供既具有使用较少电力电子开关器件换向以降低成本，又具有小的气隙以提高效率的新的无刷直流电机。在减少电力电子开关器件用量方面与本发明最接近的对比文献是申请号为：“2005101244451”的“无刷直流电机及其换流与控制方法”的已授权中国发明专利。该专利所公开的技术方案的目的是减少电力电子开关器件的使用数量，但局限于仅采用包含复迭绕组或复波绕组直流电机电枢绕组，没有涉及到解决常规的复迭绕组或复波绕组会随着电机极对数增加，电力电子开关器件的使用数量也随着增加的问题的方法，也没有给出单层绕组端部处理的方法等技术解决方案。也没有给出采用较小的气隙时减小电枢反应的技术方案。因此有必要进一步深入研究并提供与现有技术相比，既解决了电力电子开关器件的使用数量随着电机极对数增加而增加的问题，并且绕组端部便于处理，同时又为提高效率采用较小的气隙时也能抑制电枢反应影响的无刷直流电机技术方案。

发明内容