[发明专利]直流无刷电机、电机控制系统、轨道列车及控制方法

说明书

本发明一种直流无刷电机，包括同轴设置且端部相连的两个永磁体圆筒，永磁体圆筒内设置有沿圆周交错布置的多组三相电枢绕组，每个永磁体圆筒均包括沿圆周交错布置的多个N极和多个S极，两个永磁体圆筒的结构相同，且一个永磁体圆筒内的各磁极均与另一个永磁体圆筒内对应的同一极性磁极错开第一预设角度。通过错开预定角度两个永磁体圆筒，分散两极交界处的切向力，减小转矩波动，提升运行平稳性。本发明还公开一种包括上述直流无刷电机的电机控制系统以及包括上述电机控制系统的轨道列车，本发明还公开一种直流无刷电机控制方法。

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，特别是涉及一种直流无刷电机、电机控制系统、轨道列车及控制方法。

背景技术

直流无刷电机是同步电机的一种，广泛应用于多种领域，其主要结构包括定子和转子两部分，其中转子为永磁体，定子为三相电枢绕组。和普通直流电机不同，直流无刷电机没有换向器，电机的换相是通过逆变变频技术，在定子的电枢绕组上施加频率可调的三相交流电，产生旋转磁场，从而带动转子转动。但是，直流无刷电机中，通常是永磁铁并列排布，N极和S极交错布置，在N极、S极交界处受到的切向力最大，并且呈向两侧递减的趋势，因此电机会发生转矩波动，引发电机共振等不良状况。

另外当直流无刷电机作为轨道列车辅助系统必不可少的一种设备，它通常连接散热设备。传统的直流无刷电机一般采用单一芯片控制策略，芯片中集成控制、信号处理及监控保护功能，可满足普通静态环境中使用。针对轨道交通车辆来说，使用环境较恶劣，因此，对电机的稳定性、可靠性要求较高。传统的单芯片直流无刷电机在运用过程中由于外部各种因素，如车辆振动、电压电流波动、外部干扰等，可能导致芯片损坏，从而引起电机故障，进而影响车辆正常运行。

因此，如何提供一种克服上述问题的直流无刷电机及电机控制系统是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流无刷电机、电机控制系统及控制方法，通过错开预定角度两个永磁体圆筒，分散两极交界处的切向力，减小转矩波动，提升运行平稳性。本发明的另一目的是提供一种包括上述系统的轨道列车。

为解决上述技术问题，本发明提供一种直流无刷电机，包括同轴设置且端部相连的两个永磁体圆筒，所述永磁体圆筒内设置有沿圆周交错布置的多组三相电枢绕组，每个所述永磁体圆筒均包括沿圆周交错布置的多个N极和多个S极，两个所述永磁体圆筒的结构相同，且一个所述永磁体圆筒内的各磁极均与另一个所述永磁体圆筒内对应的同一极性磁极错开第一预设角度。

优选地，所述第一预设角度为所述永磁体圆筒内单个磁极所占机械角度的六分之一。

优选地，每个所述永磁体圆筒包括三个所述N极和三个所述S极，单个所述磁极所占60度机械角度，所述第一预设角度为10度，包括三组所述三相电枢绕组。

优选地，所述三相电枢绕组上沿圆周依次安装有三个霍尔传感器，相邻两个所述霍尔传感器之间相距20度机械角度，位于外侧的所述霍尔传感器与电枢绕组交界处相距第二预设角度，所述第二预设角度为20度减去所述第一预设角度的二分之一。

本发明还提供一种电机控制系统，包括主芯片、安全保护芯片、信号处理芯片、开关电源、驱动器、逆变器和上述任意一项所述的直流无刷电机，所述主芯片连接各部件并用于控制所述直流无刷电机运行并监测所述直流无刷电机状态，所述安全保护芯片连接所述驱动器和所述直流无刷电机，用于异常状态时关断所述驱动器或复位所述主芯片，所述信号处理芯片用于信号输入输出并与所述主芯片通信。

优选地，所述信号处理芯片和所述主芯片通过光耦隔离器通信隔离，所述开关电源包括连接所述信号处理芯片的隔离侧电源和连接所述主芯片的非隔离侧电源。

本发明还提供一种轨道列车，包括散热装置以及连接所述散热装置的电机控制系统，所述电机控制系统具体为上述任意一项所述电机控制系统。