三線連接結(jié)構(gòu)的定子、無(wú)刷直流馬達(dá)及其驅(qū)動(dòng)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及能夠?qū)⒉酆蜆O的比率最小化,以減少齒槽噪音,并通過(guò)將鐵芯和鐵芯之間的間隔設(shè)定為較小,來(lái)增大磁鐵和鐵芯之間的有效面積,從而能夠減少漏磁通來(lái)增大效率的三線連接結(jié)構(gòu)的定子、利用該三線連接結(jié)構(gòu)的定子的無(wú)刷直流馬達(dá)及其驅(qū)動(dòng)方法。本發(fā)明的無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于,包括:定子,配置于內(nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子之間,具有以三相驅(qū)動(dòng)方式連接并卷繞三相線圈的多個(gè)分割鐵芯;上述多個(gè)分割鐵芯包括多個(gè)鐵芯組,在多個(gè)鐵芯組中,各相的線圈分別按正向、反向及正向的順序卷繞于連續(xù)的3個(gè)分割鐵芯,上述連續(xù)的3個(gè)分割鐵芯沿著相反的方向產(chǎn)生磁通量。
【專利說(shuō)明】三線連接結(jié)構(gòu)的定子、無(wú)刷直流馬達(dá)及其驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三線連接結(jié)構(gòu)的定子、利用該三線連接結(jié)構(gòu)的定子的無(wú)刷直流(BLDC) 馬達(dá)及其驅(qū)動(dòng)方法,更詳細(xì)地,涉及利用三線連接方法來(lái)卷繞線圈,由此能夠?qū)⒉酆蜆O的比 率最小化,以減少齒槽(cog ging)噪音,并通過(guò)將鐵芯和鐵芯之間的間隔設(shè)定為較小,來(lái)增 大磁鐵和鐵芯之間的有效面積,從而能夠減少漏磁通來(lái)增大效率的三線連接結(jié)構(gòu)的定子、 利用該定子的無(wú)刷直流馬達(dá)及其驅(qū)動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 若按照定子鐵芯的存在與否分類無(wú)刷直流馬達(dá),則通常,分為具有杯(圓筒)結(jié)構(gòu) 的鐵芯型(或徑向間隙型)和無(wú)鐵芯型(或軸向間隙型)。
[0003] 鐵芯型結(jié)構(gòu)的無(wú)刷直流馬達(dá)分類為內(nèi)部磁鐵型和外部磁鐵型,上述內(nèi)部磁鐵型由 圓筒形的定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成,上述定子為了在形成于內(nèi)周部的多個(gè)突起(齒)具有電磁鐵結(jié) 構(gòu)而卷繞線圈,上述轉(zhuǎn)子由圓筒形永久磁鐵形成,上述外部磁鐵型由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成,上述 定子在形成于外周部的多個(gè)突起(齒)沿著上下方向卷繞線圈,上述轉(zhuǎn)子在上述定子外部 由經(jīng)多極磁化的圓筒形永久磁鐵形成。
[0004] 鐵芯型無(wú)刷直流馬達(dá)具有磁路以軸為中心沿著徑向?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu),因而軸向振動(dòng)性 噪聲少,適合低速旋轉(zhuǎn),且對(duì)于磁路的方向的空隙所占的部分極少,從而即使使用性能低的 磁鐵或減少磁鐵的量,也能夠獲得高的磁通量密度,因而具有轉(zhuǎn)矩大、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 但是,這種鐵芯,即磁軛結(jié)構(gòu)存在如下缺點(diǎn):當(dāng)制作定子時(shí),磁軛(yoke)的材料損 耗大,當(dāng)大量生產(chǎn)時(shí),由于磁軛的復(fù)雜的結(jié)構(gòu),在磁軛卷繞線圈的過(guò)程中需要使用特殊的高 價(jià)的專用卷線機(jī),當(dāng)制作定子時(shí),由于模具投資費(fèi)高,因而設(shè)備投資費(fèi)用也高。
[0006] 在鐵芯型交流(AC)或無(wú)刷直流馬達(dá),尤其徑向間隙式的鐵芯馬達(dá)中,若將定子鐵 芯完全構(gòu)成為分割型,則可使用低廉的通用卷線機(jī)來(lái)以高效率在分割鐵芯卷繞線圈,因而 具有高的競(jìng)爭(zhēng)力。但是,與其相反,一體型定子鐵芯結(jié)構(gòu)的情況下,使用昂貴的專用卷線機(jī), 并以低效率進(jìn)行卷繞,因而馬達(dá)的制造費(fèi)用變高。
[0007] 本 申請(qǐng)人:通過(guò)韓國(guó)登錄特許第10-432954號(hào)中提出了徑向間隙型(鐵芯式)雙轉(zhuǎn) 子結(jié)構(gòu)的無(wú)刷直流馬達(dá),上述無(wú)刷直流馬達(dá)能夠呈現(xiàn)軸向間隙型雙轉(zhuǎn)子馬達(dá)和徑向間隙型 鐵芯馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn),而改善缺點(diǎn)。
[0008] 在上述韓國(guó)登錄特許第10-432954號(hào)中提出了如下的結(jié)構(gòu),在定子鐵芯的內(nèi)側(cè)及 外側(cè)同時(shí)配置永久磁鐵轉(zhuǎn)子,從而借助內(nèi)側(cè)和外側(cè)的永久磁鐵及轉(zhuǎn)子磁軛形成磁路的流 動(dòng),由此能夠完全分割定子鐵芯,并利用低價(jià)的通用卷線機(jī)來(lái)卷繞個(gè)別的線圈,以提高定子 鐵芯的生產(chǎn)率,減少鐵芯的材料損耗,并通過(guò)與雙轉(zhuǎn)子組合來(lái)大大提高馬達(dá)的輸輸出。
[0009] 并且,在韓國(guó)公開特許第10-2005-245號(hào)中提出了如下的一體型定子,由于常規(guī) 的分割鐵芯的線連接結(jié)構(gòu)的耐久性弱,因而在準(zhǔn)備卷繞線圈的多個(gè)分割型鐵芯組裝體之 后,將卷繞線圈的多個(gè)分割型鐵芯組裝體排列在印刷電路板(PCB)并進(jìn)行固定,來(lái)對(duì)線圈 進(jìn)行連接之后,再借助利用熱固化性樹脂的注塑成形成環(huán)圓形的形狀。進(jìn)而,在上述韓國(guó)公 開特許第10-2005-245號(hào)中提出了卷繞定子線圈的分割鐵芯按照U、V、W各相交替配置的定 子結(jié)構(gòu)。
[0010] 另一方面,在常規(guī)的無(wú)刷直流馬達(dá)中,當(dāng)一體型鐵芯時(shí),使用定子線圈的卷繞順序 為按U、V、W各相交替配置的順序的定子結(jié)構(gòu),依次開關(guān)驅(qū)動(dòng)設(shè)置于逆變電路的開關(guān)晶體 管,并按各相交替切換在定子線圈流動(dòng)的電流,從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
[0011] 例如,在上述韓國(guó)公開特許第10-2005-245號(hào)及韓國(guó)公開特許第10-2010-73449 號(hào)等中提出了設(shè)有按u、v、w各相交替配置卷繞線圈的多個(gè)分割鐵芯的定子的雙轉(zhuǎn)子/單定 子結(jié)構(gòu)的馬達(dá)。
[0012] 以下,對(duì)設(shè)有分割鐵芯定子的無(wú)刷直流馬達(dá)中的按各相卷繞線圈的一個(gè)分割鐵芯 按各相交替配置的馬達(dá)(以下,稱為"一線連接結(jié)構(gòu)馬達(dá)")設(shè)計(jì)方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0013] 首先,通常,當(dāng)設(shè)計(jì)一線連接結(jié)構(gòu)馬達(dá)時(shí),將定子的槽(Slot)和轉(zhuǎn)子的磁鐵(磁 極)之間設(shè)定為如以下數(shù)學(xué)式1。
[0014] 數(shù)學(xué)式1
[0015] 磁極(pole)數(shù)=(槽數(shù)/3) X 2的倍數(shù)
[0016] 只是,當(dāng)設(shè)計(jì)馬達(dá)時(shí),若槽數(shù)大,即例如為27的情況下,則設(shè)定為磁極數(shù)大于槽 數(shù)。其結(jié)果,根據(jù)上述數(shù)學(xué)式1,將馬達(dá)的槽數(shù)和極數(shù)例如設(shè)定為18槽12極、27槽36極、 36槽48極等之類的比率。
[0017] 以下,參照?qǐng)Dla至圖3,對(duì)根據(jù)雙轉(zhuǎn)子/單定子結(jié)構(gòu)的一線連接方法設(shè)計(jì)的無(wú)刷直 流馬達(dá)進(jìn)行說(shuō)明,上述雙轉(zhuǎn)子/單定子結(jié)構(gòu)利用現(xiàn)有的卷繞線圈的分割鐵芯按各相交替配 置的分割鐵芯式的定子。
[0018] 圖la表示根據(jù)現(xiàn)有的一線連接方法設(shè)計(jì)的以18槽12極方式設(shè)計(jì)的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 的無(wú)刷直流馬達(dá)的結(jié)構(gòu),圖lb表示由為了減少齒槽噪音而發(fā)生變形的形狀的鐵芯及磁鐵 構(gòu)成的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無(wú)刷直流馬達(dá)的結(jié)構(gòu),圖2表示適用于圖la的三相U、V、W驅(qū)動(dòng)線圈的 線圈連接圖和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路,圖3為表示組裝分割鐵芯時(shí)的配置順序和相互連接關(guān)系的示 意圖。
[0019] 參照?qǐng)Dla至圖3,在根據(jù)現(xiàn)有的一線連接方法設(shè)計(jì)的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無(wú)刷直流馬 達(dá)10為18槽12極方式的情況下,在分別卷繞線圈ul-u6、vl-v6、wl-w6的18個(gè)分割鐵芯 ull-ul6、vll-vl6、wll-wl6配置成環(huán)形的定子1的內(nèi)側(cè)及外側(cè),N極及S極磁鐵交替配置 的內(nèi)部轉(zhuǎn)子3a和外部轉(zhuǎn)子3b以分隔方式配置。
[0020] 上述定子1按U、V、W相將6個(gè)線圈ul_u6、vl_v6、wl_w6相連接,且如圖2所示, 各相的一側(cè)與構(gòu)成馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的逆變電路5的U、V、W輸出相連接,各相的另一側(cè)相連接, 來(lái)形成中性點(diǎn)NP。
[0021] 上述定子線圈ul_u6、vl_v6、wl_w6全部正向卷繞在各個(gè)分割鐵芯ull_ul6、 vll-vl6、wll-wl6,如圖3所示,按U、V、W各相交替配置而組裝。8卩,18個(gè)分割鐵芯ull-ul6、 vll_vl6、wll_wl6按ul、vl、wl、u2. · ·、w5、u6、v6、w6順序組裝,并借助利用樹脂的注塑成 形在定子支撐體實(shí)現(xiàn)一體化,從而呈環(huán)形狀。
[0022] 參照下列表1,說(shuō)明根據(jù)上述現(xiàn)有的一線連接方法設(shè)計(jì)的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無(wú)刷直流 馬達(dá)10相關(guān)動(dòng)作。
[0023] 表 1
[0024]
【權(quán)利要求】
1. 一種無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于, 包括: 雙轉(zhuǎn)子,具有內(nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子,在上述內(nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子中,由相反極性形成的 多個(gè)N極及S極磁鐵交替配置于相向的位置,以及 定子,配置于上述內(nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子之間,具有以三相驅(qū)動(dòng)方式連接并卷繞三相線 圈的多個(gè)分割鐵芯; 上述多個(gè)分割鐵芯包括多個(gè)鐵芯組,在多個(gè)鐵芯組中,各相的線圈分別按正向、反向及 正向的順序卷繞于連續(xù)的3個(gè)分割鐵芯,上述連續(xù)的3個(gè)分割鐵芯沿著相反的方向產(chǎn)生磁 通量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于,上述無(wú)刷直流馬達(dá)的內(nèi)部轉(zhuǎn)子 和外部轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)決定為(槽數(shù)/9) X 8,上述槽數(shù)設(shè)定為9的倍數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于, 上述多個(gè)鐵芯組按U、V、W各相交替配置而組裝; 當(dāng)向每個(gè)相鄰的2個(gè)鐵芯組施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)而激活時(shí),包括在2個(gè)鐵芯組的6個(gè)分割鐵 芯沿著相反的方向產(chǎn)生磁通量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于, 還包括3個(gè)霍爾器件,上述3個(gè)霍爾器件用于檢測(cè)上述轉(zhuǎn)子的位置信號(hào); 上述3個(gè)霍爾器件之間的角度設(shè)定為(360 ° /槽數(shù))X3或設(shè)定為(360° /極 數(shù))X2+3; 基于上述3個(gè)霍爾器件檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)的組合來(lái)施加上述線圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于, 還包括2個(gè)霍爾器件,上述2個(gè)霍爾器件用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào); 上述2個(gè)霍爾器件之間的角度設(shè)定為(360° /極數(shù))+2 ; 利用上述2個(gè)霍爾器件檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)來(lái)施加上述線圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于,包括在上述2個(gè)鐵芯組的6個(gè)分 割鐵芯沿著相反的方向產(chǎn)生磁通量,連續(xù)的上述6個(gè)分割鐵芯全部設(shè)定為與相向的內(nèi)部轉(zhuǎn) 子和外部轉(zhuǎn)子的磁鐵的磁極相同的極性或相反極性,來(lái)使上述轉(zhuǎn)子沿著相同的方向旋轉(zhuǎn)。
7. -種無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于, 包括: 轉(zhuǎn)子,以交替的方式配置有多個(gè)N極及S極磁鐵,以及 定子,與上述轉(zhuǎn)子分隔,并以三相驅(qū)動(dòng)方式連接而使三相線圈卷繞于鐵芯的多個(gè)齒; 上述多個(gè)齒包括多個(gè)鐵芯組,在多個(gè)鐵芯組中,各相的線圈分別按正向、反向及正向的 順序卷繞于連續(xù)的3個(gè)齒,上述連續(xù)的3個(gè)齒沿著相反的方向產(chǎn)生磁通量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于,上述轉(zhuǎn)子的磁鐵數(shù)決定為(槽數(shù) /9) X 8,上述槽數(shù)設(shè)定為9的倍數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于, 當(dāng)向每個(gè)相鄰的2個(gè)鐵芯組施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)而激活時(shí),包括在相鄰的2個(gè)鐵芯組的連續(xù) 的6個(gè)齒沿著相反的方向產(chǎn)生磁通量; 上述連續(xù)的6個(gè)齒全部設(shè)定為與相向的轉(zhuǎn)子的磁鐵的磁極相同的極性或相反極性,來(lái) 使上述轉(zhuǎn)子沿著相同的方向旋轉(zhuǎn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于, 上述定子的鐵芯由相結(jié)合的多個(gè)分割鐵芯構(gòu)成; 上述多個(gè)分割鐵芯分別包括: T型齒,用于卷繞上述線圈,以及 本體,從上述T型齒延伸,并以相結(jié)合的方式形成環(huán)形背磁軛。
11. 一種無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于, 包括: 轉(zhuǎn)子,以交替的方式配置有多個(gè)N極及S極磁鐵,以及 定子,與上述轉(zhuǎn)子分隔,并以三相驅(qū)動(dòng)方式連接而使三相線圈卷繞于鐵芯的多個(gè)齒; 上述多個(gè)齒包括多個(gè)鐵芯組,在多個(gè)鐵芯組中,各相的線圈分別按正向、反向及正向的 順序卷繞于連續(xù)的3個(gè)齒; 當(dāng)向上述線圈施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí),三相中的2個(gè)相的連續(xù)的6個(gè)齒設(shè)定為激活狀態(tài),配置 于上述連續(xù)的6個(gè)齒之間的1個(gè)相的連續(xù)的3個(gè)齒設(shè)定為非激活狀態(tài),激活的上述連續(xù)的 6個(gè)齒沿著相反的方向產(chǎn)生磁通量。
12. -種無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于, 包括: 轉(zhuǎn)子,以交替的方式配置有多個(gè)N極及S極磁鐵,以及 定子,與上述轉(zhuǎn)子分隔,并以三相驅(qū)動(dòng)方式連接而使三相線圈卷繞于鐵芯的多個(gè)齒; 上述轉(zhuǎn)子的磁鐵數(shù)決定為(槽數(shù)/9) X 8,上述槽數(shù)設(shè)定為9的倍數(shù); 在上述定子中,線圈卷繞于按U、V、W各相決定為(9的倍數(shù)/3)的多個(gè)齒。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的無(wú)刷直流馬達(dá),其特征在于,上述多個(gè)齒包括多個(gè)鐵芯組, 在多個(gè)鐵芯組中,各相的線圈分別按正向、反向及正向的順序卷繞于連續(xù)的3個(gè)齒。
14. 一種三線連接結(jié)構(gòu)的定子,以三相驅(qū)動(dòng)方式連接,上述三線連接結(jié)構(gòu)的定子的特征 在于, 包括: 多個(gè)分割鐵芯,以及 三相線圈,分別卷繞于上述多個(gè)分割鐵芯; 包括多個(gè)鐵芯組,在多個(gè)鐵芯組中,上述三相線圈分別針對(duì)U、V、W各相按正向、反向及 正向的順序卷繞于連續(xù)的3個(gè)分割鐵芯,由此在相鄰的分割鐵芯之間沿著相反的方向產(chǎn)生 磁通量。
15. -種三線連接結(jié)構(gòu)的定子,其特征在于, 包括: 鐵芯,多個(gè)齒從環(huán)形的背磁軛徑向延伸,以及 三相線圈,分別卷繞于上述多個(gè)齒; 上述三相線圈為了在相鄰的齒之間沿著相反的方向產(chǎn)生磁通量,針對(duì)各相,以使連續(xù) 的3個(gè)齒中的位于中間的中間齒、位于上述中間齒的前端和后端的前端齒和后端齒的卷繞 方向互不相同的方式,按各相交替配置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的三線連接結(jié)構(gòu)的定子,其特征在于,上述鐵芯由多個(gè)分割 鐵芯構(gòu)成。
17. -種無(wú)刷直流馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)方法,采用三相驅(qū)動(dòng)方式,上述無(wú)刷直流馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)方法 的特征在于, 包括: 準(zhǔn)備三相驅(qū)動(dòng)方式的無(wú)刷直流馬達(dá)的步驟,在多個(gè)鐵芯組中,針對(duì)U、V、W各相,三相 線圈分別按正向、反向及正向的順序卷繞于連續(xù)的3個(gè)分割鐵芯,并且,定子與雙轉(zhuǎn)子相結(jié) 合,上述定子按U、V、W各相交替配置,上述雙轉(zhuǎn)子與定子分隔,并分別以交替的方式配置有 多個(gè)N極及S極磁鐵, 基于轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器件檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置信號(hào),來(lái)判斷轉(zhuǎn)子位置的步驟,以及 基于上述轉(zhuǎn)子位置,向三相線圈中的2個(gè)相的線圈施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的步驟; 當(dāng)向上述相鄰的2個(gè)鐵芯組的線圈施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí),包括在2個(gè)鐵芯組的6個(gè)齒沿著 相反的方向產(chǎn)生磁通量。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的無(wú)刷直流馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)方法,其特征在于,包括在上述相鄰 的2個(gè)鐵芯組的連續(xù)的6個(gè)分割鐵芯實(shí)現(xiàn)激活,處于非激活狀態(tài)的其余3個(gè)分割鐵芯配置 于激活的6個(gè)分割鐵芯之間。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的無(wú)刷直流馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)方法,其特征在于,在實(shí)現(xiàn)激活的上 述相鄰的2個(gè)鐵芯組中的一個(gè)組中,從相應(yīng)線圈的起端施加驅(qū)動(dòng)信號(hào),而在另一組中,從相 應(yīng)線圈的終端施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
20. -種無(wú)刷直流馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)方法,采用三相驅(qū)動(dòng)方式,上述無(wú)刷直流馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)方法 的特征在于, 包括: 準(zhǔn)備三相驅(qū)動(dòng)方式的無(wú)刷直流馬達(dá)的步驟,在多個(gè)鐵芯組中,針對(duì)U、V、W各相,三相線 圈分別按正向、反向及正向的順序卷繞于連續(xù)的3個(gè)齒,并且,定子與轉(zhuǎn)子相結(jié)合,上述定 子按U、V、W各相交替配置,上述轉(zhuǎn)子與定子分隔,并以交替的方式配置有多個(gè)N極及S極磁 鐵, 基于轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器件檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置信號(hào),來(lái)判斷轉(zhuǎn)子位置的步驟,以及 基于上述轉(zhuǎn)子位置,向三相線圈中的2個(gè)相的線圈施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的步驟; 當(dāng)向上述相鄰的2個(gè)鐵芯組的線圈施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí),包括在2個(gè)鐵芯組的6個(gè)齒沿著 相反的方向產(chǎn)生磁通量。
【文檔編號(hào)】H02K16/02GK104254965SQ201380017018
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】金炳秀, 李世基, 樸成哲, 高亨煥 申請(qǐng)人:阿莫泰克有限公司