多功能永磁直流无刷电机

摘要

本发明为一种多功能永磁直流无刷电机,由电机本体、位置传感器、控制电路组成,传感器输出的换向信号送控制电路,控制电机各绕组轮流导通,电机各绕组由一开关控制,使其或并联或串联,在所述的控制电路中接有电容、二极管组成的蓄电回路和反向二极管、负载组成的电能回收回路。电动汽车使用这种电机,可以有效地增加行驶里程,减少充电次数,减轻车重,降低造价及运行费用,对推广普及电动汽车将产生积极的作用。

说明书

本发明涉及一种直流非机械换向电机，尤其是电动汽车用的永磁直流无刷电机。

近年来，汽车工业发展迅速，为了保护大气不受污染，各国都在研究无污染汽车，而电动汽车就是其中一种理想的汽车，但是电动汽车发展至今已有20多年的历史，仍没有普及应用，还只是一种试验车，造成这种状况的主要原因是：电动汽车的造价高，车身重，充电不方便，且光一次电行驶的里程太短，一般只有120多公里。为了解决上述问题，有的大公司制造的电动汽车上另外安装了发电机组，用离合器切换，在汽车滑行时使其发电，向电池组充电，这就使电动汽车造价提高，车身加重，加大了汽车的负担，也有用风力发电朴充能量的，同样存在价格高、车身重的问题。另外，还有些国家投入了巨额资金研究氢燃料电池、锌空电池、太阳能电池等高能电池，但目前进展缓慢，造价太高，使电动汽车造价也增加，使用费用高。各国为了推广电动汽车的使用，以保护大气不受污染，节省能源，不得不采取补贴的办法。尽管如此，电动汽车的发展仍然缓慢，甚至处于停止不前的局面。

本发明的目的就是要提供一种电机，电动汽车使用该电机，能降低汽车造价，减轻汽车自身重量，且用同样容量的电池充一次电可增加行驶里程。

本发明的目的是这样实现的，电机为多功能永磁直流无刷电机，由电机本体、位置传感器、控制电路组成，传感器输出的换向信号送控制电路，控制电机各绕组轮流导通，其特征在于：电机各绕组由一开关控制，使其或并联或串联。

所述的绕组为四极以上的偶数极，并联时，同极并联组成一相，两相并联；串联时，同极串联组成一相，两相串联。

所述的控制电路由放大电路和功率开关管组成，开关管接于绕组回路中，位置传感器送来的换向信号经放大送开关管，控制开关管导通或截止，在开关管的集电极接有电容和二极管组成的蓄电回路，在该电容和二极管之间接有反向二极管和负载组成的电能回收回路。

所述的位置传感器由装于电机轴上的导电盘和小电刷组成，导电盘分隔为与电机极数相等的块数，每隔一块接地，另外的悬空，小电刷输出的信号分为两路，一路送一放大电路，另一路经反相器送另一放大电路。

在电源和放大电路之间接有调速器，该调速器由脉冲发生器和功率管组成，输出一个占空比可调的直流源。

采用上述方案制成的多功能永磁直流无刷电机，既能作电机用，又能作发电机用，还能回收一部分能量。这种结构的电机，控制方法简单，可靠耐用，成本低；利用绕组换向时产生的反电势回收的电能可储存起来用作它用；当汽车运行途中滑行，该电机作发电机使用时，能向主电池组充电，补充约20％的电能，同时省去了另外的发电机组。由于该电机有以上功能，电动汽车使用这种电机，用同样的蓄电池可以有效地增加行驶里程，减少充电次数，减轻汽车自身重量，降低造价及运行费用，对推广普及电动汽车将产生积极的作用。

图1是本发明电机控制电路原理图。

图2是本发明电机绕组联接图。

图3是本发明调速器电路原理图。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。电机的极数可以为4极、6极、8极等偶数极，绕组可以为二相、三相、四相等，为方便控制，本例中，电机本体2的绕组由4极两相组成，作电机使用时，通过转换开关S使S₁接a,S₂接c,S₃接e,S₄接g,S₆接j，给绕组通电，从而使L₁、L₃绕组并联组成一相，L₂、L₄绕组并联组成一相，同时S₅接i，接通控制电路，两相绕组的导通分别由开关管T₅、T₆控制，在开关管T₅的集电极接有电容C₁、二极管D₃组成的蓄电回路，利用绕组换向产生的反电势给电容C₁充电，储存电能，在电容C₁、二极管D₃之间接有反向二极管D₄和负载3组成的能量回收电路，当该相绕组由截止变为导通时，电容C₁储存的电能通过开关管T₅、负载3、二极管D₄组成的回路释放。另一相绕组电能的储存和释放由电容C₂、二极管D₅和开关管T₆、二极管D₆、负载组成。通过绕组换向产生的反电势反复给电容充电，反复通过负载释放，达到能量回收利用的目的，只要电机工作，就有源源不断的电能回收，此电能大小与电机的转速有关，电机负荷增加，转速降低时，此电能产生的大，反之则小些。此电能可充到附助电瓶中，作为汽车灯光使用，也科用于汽车空调。此电能还能储存在电容器中，可达几百伏至上千伏，可以利用此电容器中电能的短时释放做加速器，给电动汽车加速用，可提高汽车的性能。该回收的能量约占总耗能的20％。在开关管T5、T₆的集电极和电源之间没有接反向二极管，使绕组能快速换向，当该相绕组截止时，电机不产生制动现象，所以电动汽车可以高速滑行。

当车辆行驶在平路或下坡时，可用转换开关S将开关的触点切换到悬空状态，使汽车滑行，如需要电机发电，将开关切换到发电状态，作为发电机使用，给电池组充电。当电机作为发电机使用时，转换开关S使S₁接b,S₂接d,S₃接f,S₄接h，从而使绕组L₁、L₃、L₂、L₄串联，同时开关S5断开控制电路的电源，S₆接k，充电开关接通，绕组输出的电流经二极管D₁、D₂、D₇、D₈整流送电池组充电，由于有4极绕组串联，如果电机转速与作电动机运转时速度一样，发电电压将是电

  池组电压的4倍，充电量与电动汽车的滑行速度有关，但有个规律，充电电流要

  远远大于用电电流，当滑行速度降到最高滑行速度的1/2时，光电电流还大于用

  电电流一倍以上。车辆在运行途中一般能向主电池组补充约20％的电能。

      位置传感器由装于电机轴6上的导电盘8和小电刷4组成，导电盘分隔为与电

  机极数相等的块数，本例中，电机极数为4极，导电盘8被对称地分为4块，其中

  一对相对的两块7接地，另一对5悬空，为使磁场在空间上电气角度始终保持90度，

  考虑到小电刷的宽度，分隔时，要使接地的两块7小于90度，悬空的两块5大于90

  度，小电刷输出的信号分为两路，一路直接接放大电路，另一路经三极管T₇组成

  的反相器送另一放大电路，两路信号由二极管D₉隔离。两组放大电路分别由三极极管  管T₁、T₂和T₃、T₄组成，当小电刷与接地的一块相联时，三极管T₁的基极接地，

  使开关管T₅截止，由该管控制的绕组不导通，小电刷输出的另一路接地信号经三

  极管T₇反相后使三极管T₄的基极为高电位，使开关管T₆导通，由该管控制的绕组

  导通，三极管T₇的基极接有二极管D₁₀-D₁₆，保证小电刷接地时T₇能可靠截止。

  同理，当小电刷悬空时，电源经电阻R₁至T₁的基极，使基极为高电位，从而使T₅

  导通；电源经电阻R₃至T₇的基极，使T₇导通，从而使T₄的基极为低电位，使开关

  管T₆截止。随着导电盘转动，小电刷交替接地、悬空，从而使两相绕组交替导通。

      在电源和放大电路之间还接有调速器1，该调速器由与非门集成块4011BP组

  成脉冲发生器，输出脉宽可调的方波，控制三极管T₈导通或截止，使T₈输出一个

  占空比由5％-95％可调的直流源，其峰值不变，平均电压可调，以控制电机的转速。