專利名稱：多功能永磁直流無刷電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流非機械換向電機，尤其是電動汽車用的永磁直流無刷電機。
近年來，汽車工業(yè)發(fā)展迅速，為了保護大氣不受污染，各國都在研究無污染汽車，而電動汽車就是其中一種理想的汽車，但是電動汽車發(fā)展至今已有20多年的歷史，仍沒有普及應(yīng)用，還只是一種試驗車，造成這種狀況的主要原因是電動汽車的造價高，車身重，充電不方便，且光一次電行駛的里程太短，一般只有120多公里。為了解決上述問題，有的大公司制造的電動汽車上另外安裝了發(fā)電機組，用離合器切換，在汽車滑行時使其發(fā)電，向電池組充電，這就使電動汽車造價提高，車身加重，加大了汽車的負擔(dān)，也有用風(fēng)力發(fā)電樸充能量的，同樣存在價格高、車身重的問題。另外，還有些國家投入了巨額資金研究氫燃料電池、鋅空電池、太陽能電池等高能電池，但目前進展緩慢，造價太高，使電動汽車造價也增加，使用費用高。各國為了推廣電動汽車的使用，以保護大氣不受污染，節(jié)省能源，不得不采取補貼的辦法。盡管如此，電動汽車的發(fā)展仍然緩慢，甚至處于停止不前的局面。
本發(fā)明的目的就是要提供一種電機，電動汽車使用該電機，能降低汽車造價，減輕汽車自身重量，且用同樣容量的電池充一次電可增加行駛里程。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，電機為多功能永磁直流無刷電機，由電機本體、位置傳感器、控制電路組成，傳感器輸出的換向信號送控制電路，控制電機各繞組輪流導(dǎo)通，其特征在于電機各繞組由一開關(guān)控制，使其或并聯(lián)或串聯(lián)。
所述的繞組為四極以上的偶數(shù)極，并聯(lián)時，同極并聯(lián)組成一相，兩相并聯(lián)；串聯(lián)時，同極串聯(lián)組成一相，兩相串聯(lián)。
所述的控制電路由放大電路和功率開關(guān)管組成，開關(guān)管接于繞組回路中，位置傳感器送來的換向信號經(jīng)放大送開關(guān)管，控制開關(guān)管導(dǎo)通或截止，在開關(guān)管的集電極接有電容和二極管組成的蓄電回路，在該電容和二極管之間接有反向二極管和負載組成的電能回收回路。
所述的位置傳感器由裝于電機軸上的導(dǎo)電盤和小電刷組成，導(dǎo)電盤分隔為與電機極數(shù)相等的塊數(shù)，每隔一塊接地，另外的懸空，小電刷輸出的信號分為兩路，一路送一放大電路，另一路經(jīng)反相器送另一放大電路。
在電源和放大電路之間接有調(diào)速器，該調(diào)速器由脈沖發(fā)生器和功率管組成，輸出一個占空比可調(diào)的直流源。
采用上述方案制成的多功能永磁直流無刷電機，既能作電機用，又能作發(fā)電機用，還能回收一部分能量。這種結(jié)構(gòu)的電機，控制方法簡單，可靠耐用，成本低；利用繞組換向時產(chǎn)生的反電勢回收的電能可儲存起來用作它用；當(dāng)汽車運行途中滑行，該電機作發(fā)電機使用時，能向主電池組充電，補充約20％的電能，同時省去了另外的發(fā)電機組。由于該電機有以上功能，電動汽車使用這種電機，用同樣的蓄電池可以有效地增加行駛里程，減少充電次數(shù)，減輕汽車自身重量，降低造價及運行費用，對推廣普及電動汽車將產(chǎn)生積極的作用。


圖1是本發(fā)明電機控制電路原理圖。
圖2是本發(fā)明電機繞組聯(lián)接圖。
圖3是本發(fā)明調(diào)速器電路原理圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。電機的極數(shù)可以為4極、6極、8極等偶數(shù)極，繞組可以為二相、三相、四相等，為方便控制，本例中，電機本體2的繞組由4極兩相組成，作電機使用時，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)S使S1接a,S2接c,S3接e,S4接g,S6接j，給繞組通電，從而使L1、L3繞組并聯(lián)組成一相，L2、L4繞組并聯(lián)組成一相，同時S5接i，接通控制電路，兩相繞組的導(dǎo)通分別由開關(guān)管T5、T6控制，在開關(guān)管T5的集電極接有電容C1、二極管D3組成的蓄電回路，利用繞組換向產(chǎn)生的反電勢給電容C1充電，儲存電能，在電容C1、二極管D3之間接有反向二極管D4和負載3組成的能量回收電路，當(dāng)該相繞組由截止變?yōu)閷?dǎo)通時，電容C1儲存的電能通過開關(guān)管T5、負載3、二極管D4組成的回路釋放。另一相繞組電能的儲存和釋放由電容C2、二極管D5和開關(guān)管T6、二極管D6、負載組成。通過繞組換向產(chǎn)生的反電勢反復(fù)給電容充電，反復(fù)通過負載釋放，達到能量回收利用的目的，只要電機工作，就有源源不斷的電能回收，此電能大小與電機的轉(zhuǎn)速有關(guān)，電機負荷增加，轉(zhuǎn)速降低時，此電能產(chǎn)生的大，反之則小些。此電能可充到附助電瓶中，作為汽車燈光使用，也科用于汽車空調(diào)。此電能還能儲存在電容器中，可達幾百伏至上千伏，可以利用此電容器中電能的短時釋放做加速器，給電動汽車加速用，可提高汽車的性能。該回收的能量約占總耗能的20％。在開關(guān)管T5、T6的集電極和電源之間沒有接反向二極管，使繞組能快速換向，當(dāng)該相繞組截止時，電機不產(chǎn)生制動現(xiàn)象，所以電動汽車可以高速滑行。
當(dāng)車輛行駛在平路或下坡時，可用轉(zhuǎn)換開關(guān)S將開關(guān)的觸點切換到懸空狀態(tài)，使汽車滑行，如需要電機發(fā)電，將開關(guān)切換到發(fā)電狀態(tài)，作為發(fā)電機使用，給電池組充電。當(dāng)電機作為發(fā)電機使用時，轉(zhuǎn)換開關(guān)S使S1接b,S2接d,S3接f,S4接h，從而使繞組L1、L3、L2、L4串聯(lián)，同時開關(guān)S5斷開控制電路的電源，S6接k，充電開關(guān)接通，繞組輸出的電流經(jīng)二極管D1、D2、D7、D8整流送電池組充電，由于有4極繞組串聯(lián)，如果電機轉(zhuǎn)速與作電動機運轉(zhuǎn)時速度一樣，發(fā)電電壓將是電池組電壓的4倍，充電量與電動汽車的滑行速度有關(guān)，但有個規(guī)律，充電電流要遠遠大于用電電流，當(dāng)滑行速度降到最高滑行速度的1/2時，光電電流還大于用電電流一倍以上。車輛在運行途中一般能向主電池組補充約20％的電能。
位置傳感器由裝于電機軸6上的導(dǎo)電盤8和小電刷4組成，導(dǎo)電盤分隔為與電機極數(shù)相等的塊數(shù)，本例中，電機極數(shù)為4極，導(dǎo)電盤8被對稱地分為4塊，其中一對相對的兩塊7接地，另一對5懸空，為使磁場在空間上電氣角度始終保持90度，考慮到小電刷的寬度，分隔時，要使接地的兩塊7小于90度，懸空的兩塊5大于90度，小電刷輸出的信號分為兩路，一路直接接放大電路，另一路經(jīng)三極管T7組成的反相器送另一放大電路，兩路信號由二極管D9隔離。兩組放大電路分別由三極極管 管T1、T2和T3、T4組成，當(dāng)小電刷與接地的一塊相聯(lián)時，三極管T1的基極接地，使開關(guān)管T5截止，由該管控制的繞組不導(dǎo)通，小電刷輸出的另一路接地信號經(jīng)三極管T7反相后使三極管T4的基極為高電位，使開關(guān)管T6導(dǎo)通，由該管控制的繞組導(dǎo)通，三極管T7的基極接有二極管D10-D16，保證小電刷接地時T7能可靠截止。
同理，當(dāng)小電刷懸空時，電源經(jīng)電阻R1至T1的基極，使基極為高電位，從而使T5導(dǎo)通；電源經(jīng)電阻R3至T7的基極，使T7導(dǎo)通，從而使T4的基極為低電位，使開關(guān)管T6截止。隨著導(dǎo)電盤轉(zhuǎn)動，小電刷交替接地、懸空，從而使兩相繞組交替導(dǎo)通。
在電源和放大電路之間還接有調(diào)速器1，該調(diào)速器由與非門集成塊4011BP組成脈沖發(fā)生器，輸出脈寬可調(diào)的方波，控制三極管T8導(dǎo)通或截止，使T8輸出一個占空比由5％-95％可調(diào)的直流源，其峰值不變，平均電壓可調(diào)，以控制電機的轉(zhuǎn)速。
權(quán)利要求
1.一種由電機本體、位置傳感器、控制電路組成的多功能永磁直流無刷電機，傳感器輸出的換向信號送控制電路，控制電機各繞組輪流導(dǎo)通，其特征在于電機各繞組由一開關(guān)控制，使其或并聯(lián)或串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能永磁直流無刷電機，其特征在于所述的繞組為四極以上的偶數(shù)極，并聯(lián)時，同極并聯(lián)組成一相，兩相并聯(lián)；串聯(lián)時，同極串聯(lián)組成一相，兩相串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多功能永磁直流無刷電機，其特征在于所述的控制電路由放大電路和功率開關(guān)管組成，開關(guān)管接于繞組回路中，位置傳感器送來的換向信號經(jīng)放大送開關(guān)管，控制開關(guān)管導(dǎo)通或截止，在開關(guān)管的集電極接有電容和二極管組成的蓄電回路，在該電容和二極管之間接有反向二極管和負載組成的電能回收回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能永磁直流無刷電機，其特征在于所述的位置傳感器由裝于電機軸上的導(dǎo)電盤和小電刷組成，導(dǎo)電盤分隔為與電機極數(shù)相等的塊數(shù)，每隔一塊接地，另外的懸空，小電刷輸出的信號分為兩路，一路送一放大電路，另一路經(jīng)反相器送另一放大電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能永磁直流無刷電機，其特征在于在電源和放大電路之間接有調(diào)速器，該調(diào)速器由脈沖發(fā)生器和功率管組成，輸出一個占空比可調(diào)的直流源。
全文摘要
本發(fā)明為一種多功能永磁直流無刷電機,由電機本體、位置傳感器、控制電路組成,傳感器輸出的換向信號送控制電路,控制電機各繞組輪流導(dǎo)通,電機各繞組由一開關(guān)控制,使其或并聯(lián)或串聯(lián),在所述的控制電路中接有電容、二極管組成的蓄電回路和反向二極管、負載組成的電能回收回路。電動汽車使用這種電機,可以有效地增加行駛里程,減少充電次數(shù),減輕車重,降低造價及運行費用,對推廣普及電動汽車將產(chǎn)生積極的作用。
文檔編號H02K29/06GK1237028SQ9810869
公開日1999年12月1日 申請日期1998年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月22日
發(fā)明者竇安仁 申請人:竇安仁