[發(fā)明專利]電子換向電勵磁直流電機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110139107.0
• 申請日: 2011-05-25
• 公開（公告）號: CN102801274A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬加良
• 申請（專利權(quán)）人: 馬加良
• 主分類號: H02K29/06
• 分類號: H02K29/06;H02K1/12;H02K11/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 李德強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種直流電機，特別是一種通過改變磁場調(diào)節(jié)輸出扭矩的電勵磁直流電機。

背景技術(shù)

目前直流電機主要可分為有刷電勵磁直流電機、有刷永磁直流電機和無刷永磁直流電機。

有刷電勵磁直流電機的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括機體1、換向器2、電刷總成3、轉(zhuǎn)軸4、定子勵磁繞組5、定子鐵芯6、轉(zhuǎn)子鐵芯7、轉(zhuǎn)子電樞繞組8、軸承9，定子勵磁繞組5繞在定子鐵芯6上，轉(zhuǎn)子電樞繞組8繞在轉(zhuǎn)子鐵芯7上，通過定子勵磁繞組5建立磁場。有刷永磁直流電機如圖2所示，包括機體1、換向器2、電刷總成3、轉(zhuǎn)軸4、轉(zhuǎn)子鐵芯7、轉(zhuǎn)子電樞繞組8、軸承9、磁瓦10，轉(zhuǎn)子電樞繞組8繞在轉(zhuǎn)子鐵芯7上，由磁瓦10提供磁場。上述二種直流電機均采用機械結(jié)構(gòu)的方法換向，在進行機械換向時有機械摩擦，由此帶來噪聲、電火化、對無線電干擾、使用壽命短、負載能力差等致命弱點，以及制造成本高、維修困難等缺點，導致有刷電勵磁電機和有刷永磁直流電機難以發(fā)展。

為了解決上述二種直流電機的弊病，開發(fā)了用電子換向取代機械換向的無刷永磁直流電機，如圖4所示，它包括機體1、轉(zhuǎn)軸4、定子鐵芯6、轉(zhuǎn)子鐵芯7、軸承9、位置傳感器11、定子電樞繞組12、磁鋼13，其工作原理如圖3所示，位置傳感器11檢測磁鋼13相對于電樞繞組12的位置，把位置信號提供給控制器，控制器進行邏輯變換后產(chǎn)生脈寬調(diào)制的PWM信號，經(jīng)過驅(qū)動電路放大后逆變推動功率開關(guān)管，從而使各定子電樞繞組12按一定順序工作，并在氣隙中產(chǎn)生有效跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子磁場受到氣隙中轉(zhuǎn)動磁場的作用下沿著固定方向連續(xù)運轉(zhuǎn)，直流電機輸出動力，直流電源一般采用蓄電池。位置傳感器11根據(jù)不同工作需要可采用磁敏式霍爾傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器、觸點開關(guān)式傳感器等，目前最常用的位置傳感器是磁敏式霍爾傳感器。但在近年來，由于永磁材料，特別是稀土材料價格節(jié)節(jié)攀升，磁鋼和磁瓦價格翻倍上漲，電機成本明顯提高，再加上永磁材料離散性大、溫度系數(shù)大以及電機制成后每極磁通及氣隙磁場無法實現(xiàn)可調(diào)，當負載超過時電樞電流工作不穩(wěn)定，過載能力差，容易燒機。由于存在上述問題，導致無刷直流電機難以迅速發(fā)展。

為此，許多生產(chǎn)廠家和有識之士進行了卓有成效地開發(fā)和研究，但至今尚未有合理的產(chǎn)品面世。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述直流電機存在的弊病，本發(fā)明創(chuàng)造的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理、過載能力好、能使電機輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定在最佳范圍的電子換向電勵磁直流電機。

本發(fā)明創(chuàng)造解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案，它包括機體、定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)軸、位置傳感器、傳感磁鋼、控制器，轉(zhuǎn)軸通過軸承可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在機體上，轉(zhuǎn)子鐵芯固定在轉(zhuǎn)軸上，定子鐵芯上至少設(shè)有二組定子電樞繞組，所述的轉(zhuǎn)子鐵芯上至少設(shè)有一對轉(zhuǎn)子勵磁繞組，轉(zhuǎn)軸上固定有集電環(huán)，機體上固定有與集電環(huán)相配合的電刷總成，轉(zhuǎn)子勵磁繞組與集電環(huán)連接，當負載電流超出設(shè)定值時，控制器可根據(jù)定子電樞繞組的負載電流大小調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁繞組的勵磁電壓。

所述的位置傳感器固定在定子鐵芯上，傳感磁鋼固定在與位置傳感器相對應(yīng)的轉(zhuǎn)子鐵芯上。

所述的位置傳感器固定在機體的端蓋上，傳感磁鋼固定在與位置傳感器相對應(yīng)的轉(zhuǎn)軸上。

所述的位置傳感器是磁敏式霍爾傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器和觸點式傳感器的任一種。

采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明創(chuàng)造與現(xiàn)有技術(shù)比較有如下優(yōu)點和效果：

一是當電機正常工作時，由控制器控制電子換向調(diào)速運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子勵磁繞組的勵磁電壓由控制器提供一個穩(wěn)定基準小電流的勵磁電壓，為轉(zhuǎn)子勵磁繞組提供穩(wěn)定磁場和氣隙磁場，使電機平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。

二是當負載超出設(shè)定值時，所需轉(zhuǎn)矩增大，根據(jù)轉(zhuǎn)矩M＝CΦmΦδIa，C為常數(shù)，Φm為每極磁通，Φδ為氣隙磁通，定子電樞繞組電流Ia增大，控制器通過檢測負載電流大小來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁繞組電壓值，該電壓經(jīng)過電刷總成、集電環(huán)加在轉(zhuǎn)子勵磁繞組上；由于電壓升高，轉(zhuǎn)子勵磁繞組產(chǎn)生的每極磁通Φm、氣隙磁通Φδ強度和密度增強，電機轉(zhuǎn)速隨之下降，轉(zhuǎn)矩明顯上升，定子電樞繞組電流Ia下降，使電機輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定在最佳點上，電機得到平穩(wěn)運行，提高了電機的過載能力。當負載下降時，控制器提供轉(zhuǎn)子勵磁繞組的電壓也隨之下調(diào)，轉(zhuǎn)子勵磁繞組中每極磁通Φm、氣隙磁通Φδ強度和密度線性下降，直到負載電流達到正常設(shè)定值，轉(zhuǎn)子勵磁繞組的電壓恢復(fù)到正常值，電機恢復(fù)正常工作狀態(tài)，有效提高了電機的爬坡能力和過載能力。

三是結(jié)合了有刷電勵磁直流電機和無刷永磁直流電機優(yōu)點，具有結(jié)構(gòu)簡單合理、運行平穩(wěn)、電機效率高、過載能力好、使用壽命長等優(yōu)點。

附圖說明