本發(fā)明涉及的基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，主要應(yīng)用于航天航空、電動(dòng)汽車、工業(yè)機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)、新型醫(yī)療設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、變速制冷技術(shù)和紡織機(jī)械眾多工業(yè)部門。

背景技術(shù)：

永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是最近三十年發(fā)展起來的新型電動(dòng)機(jī)，與其它類型的電動(dòng)機(jī)相比，它具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)：一是永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)沒有機(jī)械電刷，而是利用電子換相，克服了串勵(lì)/他勵(lì)有刷直流電動(dòng)機(jī)因機(jī)械電刷換相帶來可靠性的問題；二是永磁體安裝在轉(zhuǎn)子上，電樞繞組裝在定子上，結(jié)構(gòu)簡單，導(dǎo)熱性能好，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量更容易散發(fā)出去，磁場(chǎng)損失也大大減少；三是它的效率與轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)保持同步關(guān)系，不會(huì)發(fā)生失步和震蕩現(xiàn)象；四是永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁來源于永磁體，所以不像交流異步電動(dòng)機(jī)那樣需要額外從電網(wǎng)吸取勵(lì)磁電流，由于轉(zhuǎn)子中無線圈繞組，因此轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，效率比同容量異步電動(dòng)機(jī)高10%左右，在節(jié)約能源、提高功率密度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

總之，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)合了直流電動(dòng)機(jī)與交流同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，既具備交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動(dòng)機(jī)重量輕、體積小、出力大、動(dòng)態(tài)性能好和調(diào)速性能優(yōu)良的特點(diǎn)，因而在當(dāng)今國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，已經(jīng)顯示出廣闊的市場(chǎng)前景和強(qiáng)大生命力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

雖然永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、效率高、無勵(lì)磁損耗、調(diào)速性能好和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的優(yōu)點(diǎn)，但美中不足的是，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)同樣也存在以下的問題:

1、一個(gè)完整的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)必須是由電動(dòng)機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和控制器三部分組成，無刷直流電動(dòng)機(jī)本體不能單獨(dú)使用，它必須與轉(zhuǎn)子位置傳感器、控制器配合才能工作，由于傳統(tǒng)的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)與控制器之間連接的線束眾多，包括電源線、多相相線和各種控制線，使用辨識(shí)非常麻煩，所以在使用上十分不方便。

2、置于永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)本體內(nèi)的霍爾位置傳感器容易損壞, 由于霍爾位置傳感器是嵌入膠封裝在定子槽中，所以一旦損壞，難于維修, 而且用于位置傳感器的霍爾元件溫度特性不好, 在環(huán)境惡劣的條件下，容易導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性下降，大大影響了電動(dòng)機(jī)的壽命。

3、涉及到無刷直流電動(dòng)機(jī)制造的電工鋼片、導(dǎo)電材料，基本上仍沿襲采用傳統(tǒng)的硅鋼片、普通漆包線，導(dǎo)致鐵損和銅損較大，另外，定子鐵心加工工藝十年一貫制，基本上是采取多片硅鋼片疊加成型的方法，生產(chǎn)效率有待提高，所以，無刷直流電動(dòng)機(jī)的節(jié)能降耗仍有很大的提升空間。

因此，如何讓永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)能像三相交流異步電動(dòng)機(jī)一樣可以直接加電即可驅(qū)動(dòng)使用，如何實(shí)現(xiàn)無刷直流電動(dòng)機(jī)及控制器的機(jī)電一體化，如何去除霍爾位置傳感器、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的定位有效控制，如何進(jìn)一步提高永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的高效節(jié)能等級(jí)，諸如此類的問題，已經(jīng)成為當(dāng)前研究永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的技術(shù)熱點(diǎn)。

技術(shù)方案

為此，本發(fā)明提出了一種基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案，適合額定功率不小于350W的永磁無刷直流電機(jī)，其中所述采用的非晶合金材料，是由80%的鐵（Fe）、20%的硅（Si）和硼（B）類金屬元素所組成，這種非晶合金材料具有長程無序、短程有序的結(jié)構(gòu)特征，由此材料組成的電動(dòng)機(jī)鐵心，具有優(yōu)良的高磁通密度、低磁致伸縮系數(shù)和高效磁導(dǎo)率性能，是一種有別于硅鋼片的電動(dòng)機(jī)用綠色功能材料。

本發(fā)明所述的一體化設(shè)計(jì)包括三個(gè)方面，其一是電動(dòng)機(jī)本體與控制器采用一體化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即電動(dòng)機(jī)本體與控制器同時(shí)裝置在同一個(gè)電動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)，而不是分開安裝再連接使用；其二是定子鐵心體不再分別是由多片硅鋼片重疊組成，而是由一條鐵基非晶合金帶按照阿基米德螺旋線一次性卷繞成型；其三轉(zhuǎn)子鐵心體不再分別是由多片硅鋼片重疊組成，而是由鐵基非晶合金圓柱體構(gòu)成，并在軸向方向嵌入釹鐵硼永磁塊。

其技術(shù)方案具體如下：

基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)本體部分和控制器兩部分組成，電動(dòng)機(jī)本體部分包括：上部殼體端蓋、下部殼體端蓋、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、出線孔、過線護(hù)圈、電樞線圈組、定子鐵心支架、定子鐵心體、轉(zhuǎn)子鐵心體、釹鐵硼永磁塊、上軸承、下軸承、軸套，控制器部分包括：PCB板、鋁合金散熱環(huán)、功率VMOS管、雙核單片機(jī)、控制電纜線，其要點(diǎn)在于：電動(dòng)機(jī)本體部分和控制器部分均封裝在上部殼體端蓋和下部殼體端蓋所包圍的空間內(nèi)，所述的定子鐵心支架是一個(gè)采用阻燃耐高溫工程塑料的帶24個(gè)線圈護(hù)套的圓環(huán)體，電樞線圈組由24個(gè)線包組成，每個(gè)線包分別套裝在定子鐵心支架的線圈護(hù)套上，所述的定子鐵心體是先將一條長條形的鐵基非晶合金帶的一條長邊上按照有序的間距，通過熱切割機(jī)或用激光切割出鐵心槽，形成具有凹凸有序排列的長條形鐵基非晶合金帶，然后將其按照阿基米德螺旋線緊密卷繞，成形后的定子鐵心體是一個(gè)帶有24個(gè)鐵心凸極和鐵心槽的空心圓柱體，再將定子鐵心體上的24個(gè)鐵心凸極分別插入定子鐵心支架的24個(gè)線圈護(hù)套中，所述的轉(zhuǎn)子鐵心體為鐵基非晶合金組成的圓柱體，16塊環(huán)狀的釹鐵硼永磁塊以淺掩埋方式嵌入轉(zhuǎn)子鐵心體軸向的圓柱體平面中，然后將轉(zhuǎn)子鐵心體嵌入緊密安裝在軸套上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸穿過軸套的中心，與轉(zhuǎn)子鐵心體形成一體，所述的控制器元件全部焊接在PCB板上，功率VMOS管采用直插式焊接安裝，功率VMOS管的散熱面通過定位裝配孔用螺絲分別固定在鋁合金散熱環(huán)的功率VMOS管安裝固定孔處，所述的鋁合金散熱環(huán)整體上為圓形，但是與功率VMOS管散熱面相接觸之處卻呈平面，鋁合金散熱環(huán)上未安裝功率VMOS管的一段開有圓弧缺口，鋁合金散熱環(huán)上帶有四個(gè)定位凸頭，所述的定子鐵心支架上有四個(gè)定位凹槽，裝配時(shí)，鋁合金散熱環(huán)通過其四個(gè)定位凸頭剛好嵌入定子鐵心支架的四個(gè)定位凹槽中。

所述的電機(jī)上部殼體端蓋和電機(jī)下部殼體端蓋均為鋁合金壓鑄件，電機(jī)上部殼體端蓋上有一出線孔，出線孔中安裝有過線護(hù)圈，控制電纜線的一端焊接在PCB板上，另一端穿過相嵌在出線孔中的過線護(hù)圈后引出，電機(jī)上部殼體端蓋與電機(jī)下部殼體端蓋之間分別通過四顆固定螺絲固定連成一體。

所述的控制電纜線為8芯電纜線，分別代表電源正極（VCC）、地線（GND）、電機(jī)啟動(dòng)/停止（ENBL）、電機(jī)正反轉(zhuǎn)（F/R）、制動(dòng)信號(hào)(BRK) 、調(diào)速（SPEED），VD(+5V)、公共端（COM），其電機(jī)啟動(dòng)/停止（ENBL）線外接電機(jī)啟動(dòng)/停止開關(guān)，電機(jī)正反轉(zhuǎn)（F/R）線外接電機(jī)正反轉(zhuǎn)開關(guān)，制動(dòng)信號(hào)(BRK)線外接制動(dòng)信號(hào)開關(guān)踏板，所述的調(diào)速（SPEED），VD(+5V)與公共端（COM）外接調(diào)速轉(zhuǎn)把。

所述的雙核單片機(jī)除了自帶電機(jī)控制所必需的捕獲/比較單元內(nèi)核外,芯片內(nèi)同時(shí)集成有高速乘除法運(yùn)算單元（iMDU）和用于協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)矢量數(shù)字計(jì)算單元（iCORDIC）內(nèi)核。

所述電機(jī)上部殼體端蓋中有支撐上軸承的上部殼體端蓋內(nèi)圓臺(tái)階，電機(jī)下部殼體端蓋中有出軸孔和支撐下軸承的下部殼體端蓋內(nèi)圓臺(tái)階，在PCB板的中央位置有一個(gè)中心孔，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端穿過PCB板的中心孔后套接上軸承，上軸承再鑲嵌入上部殼體端蓋內(nèi)圓臺(tái)階內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的另一端套接下軸承，下軸承鑲嵌入下部殼體端蓋內(nèi)圓臺(tái)階中，轉(zhuǎn)動(dòng)軸則從下部殼體端蓋上的出軸孔伸出。

組成電樞線圈組的24個(gè)線包均用無氧銅線（OFC）繞制。

轉(zhuǎn)子鐵心體上淺掩埋的釹鐵硼永磁塊與定子鐵心體上伸出的鐵心凸極在位置上有如下的關(guān)系，即16塊環(huán)狀的釹鐵硼永磁塊所處的外環(huán)半徑和內(nèi)環(huán)半徑分別與定子鐵心體上所帶的24個(gè)鐵心凸極的橫截面的外圓周半徑和內(nèi)圓周半徑相同，這樣，轉(zhuǎn)子鐵心體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，淺掩埋其上的16塊環(huán)狀的釹鐵硼永磁塊的可見面正對(duì)準(zhǔn)并分別掠掃過定子鐵心體上的24個(gè)鐵心凸極的橫截面。

技術(shù)效果

本發(fā)明提出的基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)有如下有益效果：

1、本發(fā)明所述的基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，機(jī)械結(jié)構(gòu)上，它改變了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)與控制器分開安裝，再連接使用的傳統(tǒng)安裝模式，而是將電動(dòng)機(jī)本體和控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取一體化結(jié)構(gòu)，取代了繁多的外部控制線束，剔除了傳統(tǒng)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)對(duì)外提供的三根U、V、W相線和五根位置傳感器器控制線，增強(qiáng)了其可靠性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)最省，整體最優(yōu)。

2、本發(fā)明所述的基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，選用其鐵基非晶合金取代硅鋼片應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)定子鐵心,其加工成型技術(shù)采用由一條鐵基非晶合金帶按照阿基米德螺旋線一次性卷繞成型，計(jì)算機(jī)模擬仿真證明，這種定子鐵心加工成型工藝，能夠在很大程度上提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率密度,降低定子鐵心鐵損。

3、為了克服非晶合金性脆片薄的不足，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種材質(zhì)采用阻燃耐高溫工程塑料的定子鐵心支架，用來支撐安裝定子鐵心體，以消除機(jī)械應(yīng)力對(duì)非晶合金的影響。

4、通過采用無氧銅線（OFC）繞制電樞線圈組以降低銅損，使電動(dòng)機(jī)的節(jié)能降耗效果明顯，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。

5、采用高效雙核單片機(jī)取代DSP芯片，解決了電動(dòng)機(jī)高速控制與芯片價(jià)格之間的矛盾，大大降低了制造成本。

6、去掉了常用的位置傳感器霍爾元件，采用了基于反電勢(shì)檢測(cè)技術(shù)以確定轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)位置，電動(dòng)機(jī)從靜止開始轉(zhuǎn)動(dòng)，采用了從靜止開始加速，直至轉(zhuǎn)速足夠大，再切換至無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的三段式起動(dòng)技術(shù)。

7、在散熱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，通過采用了帶圓弧缺口的鋁合金散熱環(huán)很好地解決了功率VMS管裝配問題和功率VMOS管的散熱問題。

8、在同樣的輸出功率情況下，本發(fā)明所述的基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)獲得優(yōu)良的節(jié)能降耗特性，與同等功率的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)相比，其體積只有傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的60%，重量只有75%，渦流和材料中固有的磁滯損耗可下降20%。

顯然，本發(fā)明所述的基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，已不再是一種單一技術(shù)或簡單的電動(dòng)機(jī)有效材料的代用和升級(jí)，而是一種綜合的節(jié)能措施和全新的控制技術(shù)的集合。

附圖說明

圖1 基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)正向外形圖；

圖2 基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)反向外形圖；

圖3 基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)爆炸圖一；

圖4 基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)爆炸圖二；

圖5 去掉上部殼體端蓋、下部殼體端蓋后的內(nèi)部視圖；

圖6 去掉上部殼體端蓋、下部殼體端蓋后的爆炸圖三；

圖7 去掉上部殼體端蓋、下部殼體端蓋后的爆炸圖四；

圖8 去掉上部殼體端蓋、下部殼體端蓋后的爆炸圖五；

圖9 去掉上部殼體端蓋、下部殼體端蓋后的爆炸圖六；

圖10 基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)爆炸圖七。

標(biāo)號(hào)說明：

1 上部殼體端蓋 2 下部殼體端蓋

3 轉(zhuǎn)動(dòng)軸 4 固定螺絲

5 出線孔 6 PCB板

7 功率VMOS管 8 雙核單片機(jī)

9 過線護(hù)圈 10 中心孔

11 出軸孔 12 電樞線圈組

13 定子鐵心支架 14 鋁合金散熱環(huán)

15 定子鐵心體 16 轉(zhuǎn)子鐵心體

17 釹鐵硼永磁塊 18 上軸承

19 下軸承 20 鐵心槽

21 鐵心凸極 22 定位裝配孔

23 圓弧缺口 24 軸套

25 功率VMOS管安裝固定孔 26 定位凹槽

27 定位凸頭 28 上部殼體端蓋內(nèi)圓臺(tái)階

29 下部殼體端蓋內(nèi)圓臺(tái)階 30 控制電纜線

31 線圈護(hù)套

具體實(shí)施方式

本發(fā)明如圖1至圖10所示。

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的具體實(shí)施方案：

基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)本體部分和控制器兩部分組成，電動(dòng)機(jī)本體部分包括：上部殼體端蓋1、下部殼體端蓋2、轉(zhuǎn)動(dòng)軸3、出線孔5、過線護(hù)圈9、電樞線圈組12、定子鐵心支架13、定子鐵心體15、轉(zhuǎn)子鐵心體16、釹鐵硼永磁塊17、上軸承18、下軸承19、軸套24，控制器部分包括：PCB板6、鋁合金散熱環(huán)14、功率VMOS管7、雙核單片機(jī)8、控制電纜線30，其要點(diǎn)在于：電動(dòng)機(jī)本體部分和控制器部分均封裝在上部殼體端蓋1和下部殼體端蓋2所包圍的空間內(nèi)，所述的定子鐵心支架13是一個(gè)采用阻燃耐高溫工程塑料的帶24個(gè)線圈護(hù)套31的圓環(huán)體，電樞線圈組12由24個(gè)線包組成，每個(gè)線包分別套裝在定子鐵心支架13的線圈護(hù)套21上，所述的定子鐵心體15是先將一條長條形的鐵基非晶合金帶的一條長邊上按照有序的間距，通過熱切割機(jī)或用激光切割出鐵心槽20，形成具有凹凸有序排列的長條形鐵基非晶合金帶，然后將其按照阿基米德螺旋線緊密卷繞，成形后的定子鐵心體15是一個(gè)帶有24個(gè)鐵心凸極21和鐵心槽20的空心圓柱體，再將定子鐵心體15上的24個(gè)鐵心凸極21分別插入定子鐵心支架13的24個(gè)線圈護(hù)套31中，所述的轉(zhuǎn)子鐵心體16為鐵基非晶合金組成的圓柱體，16塊環(huán)狀的釹鐵硼永磁塊17以淺掩埋方式嵌入轉(zhuǎn)子鐵心體16軸向的圓柱體平面中，所謂淺掩埋方式是指釹鐵硼永磁塊17以一面可見的方式嵌入到轉(zhuǎn)子鐵心體16的圓柱體軸向的平面中，然后將轉(zhuǎn)子鐵心體16緊密安裝在由非導(dǎo)磁體材料構(gòu)成的軸套24上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸3穿過軸套24的中心，與轉(zhuǎn)子鐵心體16形成一體，所述的控制器元件全部焊接在PCB板6上，功率VMOS管7采用直插式焊接安裝，功率VMOS管7的散熱面通過定位裝配孔22用螺絲分別固定在鋁合金散熱環(huán)14的功率VMOS管安裝固定孔25處，所述的鋁合金散熱環(huán)14整體上為圓形，但是與功率VMOS管7散熱面相接觸之處卻呈平面，鋁合金散熱環(huán)14上未安裝功率VMOS管7的一段開有圓弧缺口23，鋁合金散熱環(huán)14上帶有四個(gè)定位凸頭27，所述的定子鐵心支架13上有四個(gè)定位凹槽26，裝配時(shí)，鋁合金散熱環(huán)14通過其四個(gè)定位凸頭27剛好嵌入定子鐵心支架13的四個(gè)定位凹槽26中。

所述的電機(jī)上部殼體端蓋1和電機(jī)下部殼體端蓋2均為鋁合金壓鑄件，電機(jī)上部殼體端蓋1上有一出線孔5，出線孔5中安裝有過線護(hù)圈9，控制電纜線30的一端焊接在PCB板6上，另一端穿過相嵌在出線孔5中的過線護(hù)圈9后引出，電機(jī)上部殼體端蓋1與電機(jī)下部殼體端蓋2之間分別通過四顆固定螺絲4固定連成一體。

所述的控制電纜線30為8芯電纜線，分別代表電源正極（VCC）、地線（GND）、電機(jī)啟動(dòng)/停止（ENBL）、電機(jī)正反轉(zhuǎn)（F/R）、制動(dòng)信號(hào)(BRK)、調(diào)速（SPEED），VD(+5V)、公共端（COM），其電機(jī)啟動(dòng)/停止（ENBL）線外接電機(jī)啟動(dòng)/停止開關(guān)，電機(jī)正反轉(zhuǎn)（F/R）線外接電機(jī)正反轉(zhuǎn)開關(guān)，制動(dòng)信號(hào)(BRK)線外接制動(dòng)信號(hào)開關(guān)踏板，所述的調(diào)速（SPEED），VD(+5V)與公共端（COM）外接調(diào)速轉(zhuǎn)把。

所述的雙核單片機(jī)8除了自帶電機(jī)控制所必需的捕獲/比較單元內(nèi)核外,芯片內(nèi)同時(shí)集成有高速乘除法運(yùn)算單元（iMDU）和用于協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)矢量數(shù)字計(jì)算單元（iCORDIC）內(nèi)核。

所述電機(jī)上部殼體端蓋1中有支撐上軸承18的上部殼體端蓋內(nèi)圓臺(tái)階28，電機(jī)下部殼體端蓋2中有出軸孔36和支撐下軸承19的下部殼體端蓋內(nèi)圓臺(tái)階32，在PCB板6的中央位置有一個(gè)中心孔10，轉(zhuǎn)動(dòng)軸3的一端穿過PCB板6的中心孔10后套接上軸承18，上軸承18再鑲嵌入上部殼體端蓋內(nèi)圓臺(tái)階28內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸3的另一端套接下軸承19，下軸承19鑲嵌入下部殼體端蓋內(nèi)圓臺(tái)階29中，轉(zhuǎn)動(dòng)軸3則從下部殼體端蓋2上的出軸孔11伸出。

所述的轉(zhuǎn)子鐵心體16上淺掩埋的釹鐵硼永磁塊17與定子鐵心體15上伸出的鐵心凸極21在位置上有如下的關(guān)系，即16塊環(huán)狀的釹鐵硼永磁塊所處的外環(huán)半徑和內(nèi)環(huán)半徑分別與定子鐵心體15上所帶的24個(gè)鐵心凸極的橫截面的外圓周半徑和內(nèi)圓周半徑相同，這樣，轉(zhuǎn)子鐵心體16轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，淺掩埋其上的16塊環(huán)狀的釹鐵硼永磁塊17的可見面正對(duì)準(zhǔn)并分別掠掃過定子鐵心體15上的24個(gè)鐵心凸極的橫截面。

所述的電樞線圈組12由24個(gè)線包組成，每個(gè)線包均用無氧銅（OFC）線繞制，所謂的無氧銅線是不含氧或氧含量極低的純銅，與傳統(tǒng)的漆包線相比，無氧銅線的電阻率比常規(guī)漆包線更小，導(dǎo)電率高，由于無氧銅線表層沒有氧化缺陷，使漆膜附著性增強(qiáng)，加工性能、耐蝕性能、柔軟度和低溫性能均好，其硬度小，易彎曲，下線方便，制成的線包回彈角小，其漆膜連續(xù)性和擊穿電壓指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)的漆包線。特別有意義的是，無氧銅線通過采用電化學(xué)法和同位素輻照改性方法，改變了銅線表面的金屬結(jié)構(gòu)，同一根銅導(dǎo)線的表面適合傳輸5kHz以上的頻率信號(hào)，而其中心適合傳輸5kHz以下的頻率信號(hào)，從而使高、低頻PWM控制信號(hào)各行其道，互相不干擾。

針對(duì)傳統(tǒng)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的霍爾位置傳感器帶來諸多不利影響，在本發(fā)明方案中取消了霍爾位置傳感器，去掉霍爾位置傳感器后，實(shí)現(xiàn)無位置傳感器的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子檢測(cè)控制可選擇反電勢(shì)法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法或磁鏈估計(jì)法方案，本發(fā)明采用了成熟的基于反電勢(shì)法檢測(cè)技術(shù)以及從靜止開始加速，直至轉(zhuǎn)速足夠大，再切換至無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的三段式起動(dòng)技術(shù)，這些技術(shù)屬于公知技術(shù)，不是本發(fā)明方案討論的范圍。

本發(fā)明的新穎創(chuàng)造性在于：

1、采用鐵基非晶合金帶按照阿基米德螺旋線緊密卷繞成帶凸極的定子鐵心體，與疊片硅鋼片鐵芯相比，一方面，在頻率1KHz情況下，非晶合金的鐵心損耗為7.77w/kg,其渦流損耗可以下降17%，比硅鋼定子鐵心降低了58.8%；另一方面，由于定子鐵心沒有氣隙，鐵芯的磁通密度高，而鐵芯的截面積可大為減小，鐵損更小。

2、采用阻燃耐高溫工程塑料設(shè)計(jì)的定子鐵心支架，定子鐵心支架的結(jié)構(gòu)不但可用來支撐安裝固定定子鐵心體，而且其電樞線圈組的每個(gè)線包可均勻緊密地套裝在定子鐵心支架所帶的線圈護(hù)套上，線圈產(chǎn)生的磁力線方向與鐵心磁路幾乎完全重合，因而漏磁小，使磁致伸縮應(yīng)力很容易被吸收，因而保證了應(yīng)用無噪音，且激磁能量和鐵心損耗將減小25％。

3、為了降低成本，本發(fā)明采用了熱導(dǎo)率僅僅為0.36W/(m.K),熱膨脹系數(shù)為13～17ppm/K的普通PCB板，但設(shè)計(jì)了一個(gè)高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁合金散熱環(huán)，直接將功率VMOS管安裝在高導(dǎo)熱的鋁合金散熱環(huán)上，有效解決了其散熱問題，同時(shí)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也解決了電機(jī)內(nèi)嵌PCB板的安裝固定問題。

4、轉(zhuǎn)子鐵心體采用了圓柱狀的鐵基非晶合金材料，其鐵基非晶合金材料分別是由80%的鐵（Fe）、20%的硅（Si）和硼（B）類金屬元素所組成，具有優(yōu)良的高磁通密度、低磁致伸縮系數(shù)和高效磁導(dǎo)率性能，是一種有別于硅鋼片的電動(dòng)機(jī)用綠色功能材料，由于轉(zhuǎn)子鐵心體沒有氣隙，且具有均勻圓形截面，所以電阻損耗和產(chǎn)熱都非常低，與疊片鐵芯相比，鐵芯的磁通密度高，鐵芯的截面積可大為減小

綜上所述，本發(fā)明所提出的基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，是一種全新的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)型式，其有益意義在于：

采用了電動(dòng)機(jī)本體與控制器一體化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而控制器是電動(dòng)機(jī)的神經(jīng)中樞，這一體系徹底改變了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)與控制器分開設(shè)計(jì)、分開制造、分別安裝，再連接使用的傳統(tǒng)使用模式，剔除了傳統(tǒng)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)對(duì)外提供的三根U、V、W相線和五根位置傳感器器控制線，取代了繁多的外部控制線束，增強(qiáng)了可靠性，提高了易用性和可維護(hù)性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)最省，整體最優(yōu)，適合額定功率不小于350W的永磁無刷直流電機(jī)。

在電動(dòng)機(jī)制造的有效材料上，采用鐵基非晶合金取代硅鋼，應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心,在很大程度上降低鐵損；通過采用無氧銅線繞制電樞線圈組的線包以降低銅損，使電動(dòng)機(jī)的節(jié)能降耗效果明顯，同時(shí)提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率密度。雖然選用了無氧銅線，價(jià)格偏高，但由于電磁系統(tǒng)磁通密度B高，與采用普通漆包線的同功率永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)相比，線包匝數(shù)可減少近10%，或者說又可省銅近10%。

為了克服非晶合金性脆片薄的不足，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種材質(zhì)采用阻燃耐高溫工程塑料的定子鐵心支架，既可用來支撐安裝定子鐵心體，消除機(jī)械應(yīng)力對(duì)鐵基非晶合金材料的影響，該定子鐵心支架上的線圈護(hù)套又可作為安裝電樞線圈組的線包骨架。

本發(fā)明還采用了一體化的定子鐵心加工成型技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算將定子鐵心展開成一條凹凸有序排列的長條形鐵基非晶合金帶，再按照阿基米德螺旋線一次性緊密卷繞成型，這種定子鐵心加工成型工藝簡單，能夠在很大程度上提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率密度,大大降低了定子鐵心鐵損。

采用高效低成本的雙核單片機(jī)取代價(jià)格昂貴的DSP芯片，雙核單片機(jī)內(nèi)置反電勢(shì)法檢測(cè)軟件模塊、三段式起動(dòng)軟件模塊和旋轉(zhuǎn)矢量運(yùn)算軟件模塊，解決了電動(dòng)機(jī)高速控制與芯片價(jià)格之間的矛盾，大大降低了制造成本。

在散熱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，通過采用了帶圓弧缺口的鋁合金散熱環(huán)，提高了其導(dǎo)熱系數(shù)和熱的傳導(dǎo)能力，很好地解決了功率VMOS管的散熱問題和功率VMOS管的裝配問題。

特別有意義的是，本發(fā)明所提出的基于非晶合金的一體化永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)方案，不但是一種高功率密度和高效率的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，而且提供了一種低成本、可大規(guī)模生產(chǎn)、可實(shí)現(xiàn)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)本體與控制器一體化的解決方案。無疑，新型電工材料的應(yīng)用也代表了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)節(jié)能的發(fā)展方向，其市場(chǎng)前景相當(dāng)廣闊。