專利名稱：多功能永磁直流無刷電機的制作方法
技術領域：
本實用新型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，且充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，也有用風力發(fā)電補充能量的，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。
本實用新型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。
本實用新型的目的是這樣實現(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通，其特征在于電機各繞組由一開關控制，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管組成，開關管接于繞組回路中，位置傳感器送來的換向信號經(jīng)放大送開關管，控制開關管導通或截止，在開關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電盤和小電刷組成，導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。這種結構的電機，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是本實用新型電機控制電路原理圖。
圖2是本實用新型電機繞組聯(lián)接圖。
圖3是本實用新型調(diào)速器電路原理圖。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。多功能永磁直流無刷電機由電機本體2、位置傳感器、控制電路組成，位置傳感器由裝于電機軸6上的導電盤8和小電刷4組成，電機本體2的各繞組由開關S控制，該開關能使各繞組或并聯(lián)或串聯(lián)。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，通過轉換開關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。
控制電路由T1、T2、T3、T4組成的放大電路和功率開關管T5、T6組成，開關管T5、T6接于繞組回路中，位置傳感器送來的換向信號經(jīng)放大送開關管，控制開關管導通或截止，兩相繞組的導通分別由開關管T5、T6控制，在開關管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，當該相繞組由截止變?yōu)閷〞r，電容C1儲存的電能通過開關管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)生的反電勢反復給電容充電，反復通過負載釋放，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速有關，電機負荷增加，轉速降低時，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，也可用于汽車空調(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。
當車輛行駛在平路或下坡時，可用轉換開關S將開關的觸點切換到懸空狀態(tài)，使汽車滑行，如需要電機發(fā)電，將開關切換到發(fā)電狀態(tài)，作為發(fā)電機使用，給電池組充電。當電機作為發(fā)電機使用時，轉換開關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S5斷開控制電路的電源，S6接k，充電開關接通，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)，如果電機轉速與作電動機運轉時速度一樣，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，但有個規(guī)律，充電電流要遠遠大于用電電流，當滑行速度降到最高滑行速度的1/2時，充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上的導電盤8和小電刷4組成，導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管T1、T2和T3、T4組成，當小電刷與接地的一塊相聯(lián)時，三極管T1的基極接地，使開關管T5截止，由該管控制的繞組不導通，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，使開關管T6導通，由該管控制的繞組導通，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導通；電源經(jīng)電阻R3至T7的基極，使T7導通，從而使T4的基極為低電位，使開關管T6截止。隨著導電盤轉動，小電刷交替接地、懸空，從而使兩相繞組交替導通。
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)，以控制電機的轉速。
權利要求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通，其特征在于電機各繞組由一開關控制，使其或并聯(lián)或串聯(lián)。
2.根據(jù)權利要求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管組成，開關管接于繞組回路中，位置傳感器送來的換向信號經(jīng)放大送開關管，控制開關管導通或截止，在開關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電盤和小電刷組成，導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。
專利摘要本實用新型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通,電機各繞組由一開關控制,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。
文檔編號H02K11/00GK2331121SQ98214508
公開日1999年7月28日 申請日期1998年5月22日 優(yōu)先權日1998年5月22日
發(fā)明者竇安仁 申請人:竇安仁