[發明專利]直流電流型異步電動機及驅動控制方法

無效

• 申請號: 201210570561.6
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN103001431A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 張加勝;邵鐘武;陳榮
• 申請（專利權）人: 張加勝
• 主分類號: H02K17/30
• 分類號: H02K17/30;H02P25/02;H02P25/16;H02P21/00
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技術領域

本發明提出一種基于直流電流源直接驅動的異步電動機及驅動控制方法，為設計制造直流異步電動機奠定理論基礎，可廣泛應用于電動汽車和交流電動機調速裝置等領域。?

本發明闡述怎樣用直流電流源直接驅動異步電動的方法。這涉及到兩個關鍵問題：一是什么樣的直流電流通過異步電動機的定子繞組時能產生勻速旋轉的旋轉磁場；二是怎樣產生所需要的直流電流。?

背景技術

近年來，采用化學燃料的汽車在我國的快速普及產生了諸多環保問題。在汽車數量急劇增長的形勢下，電動汽車以其環保高效的優點受到了廣泛的關注，因而研制性能優良又廉價的電動汽車已是一個緊迫的課題，具有無限的商機。要解決又難解決的問題主要有兩個。一是電源，現有的電動汽車用蓄電池，無論從容量，體積，重量，耐用性，價格來講都難令人滿意。二是電動機，這也是一個重要的問題。既然電池的容量有限，就更需要用效率高，性能優良，維護保養簡單，經久耐用而又價廉的電動機。從這些方面來看，現在可供選擇的電動車用電動機仍然差強人意。?

目前，大多數電動汽車仍選用傳統的串激直流電動機，這種電機具有適宜用于驅動車輛的非常優良的機械特性(軟特性)，即當遇阻時轉速會迅速下降，而轉矩大大上升。它的最大缺點是采用炭刷換向器結構，因而價格昂貴，維護保養困難。?

現在受到關注的無刷直流電機有兩種，分別稱為直流無刷電動機(BCDM)和開閉磁阻電動機(SRM)。它們的結構類似，定子嵌有三相(或多相)繞組，轉子分別為永久磁鐵(對BCDM)和鋼片疊成的突極式結構(對SRM)。當電源經由電子開關組成的驅動器對定子繞組供電時，產生旋轉磁場，吸引轉子跟隨磁場一同轉動，所以它們都是同步電動機。這兩種電機在家用電器，紡織等輕工行業已有廣泛的應用，但用作汽車的驅動電機的最大缺點是它的機械特性不是驅動車輛所需的軟特性，而是毫無回旋余地的硬特性，其過載和起動能力也不好。所以，這種電動機雖然結構簡單，易于維護保養，但為了彌補它在性能上的缺點，不得不增加其它方面的成本。另外，永磁轉子會因運轉過程的反復磁化而退磁，而非磁性轉子能產生的吸力則較弱。從上面的描述看，現在電動汽車應用的電動機仍差強人意，我們希望使用具有更好性價比的車用電機。?

交流異步電動機不但機構簡單，經久耐用，幾乎不需要什么日常的維護保養，而且有適合驅動車輛的相當優良的機械特性，不存在失步問題，有高達三倍左右的過載能力，所以有一種把交流異步電動機用作車用電動機的設想，就是把直流逆變成交流，再利用交流調速方?法對電動機調速。問題是現有的交流調速方法，在轉速調低時功率因數和效率下降，噪聲增大。?

可不可以用直流電源，不經過逆變為交流，通過專門的驅動器，用直流(不改變方向的)電流，直接驅動異步電動機？這里首先要解決兩個關鍵問題：一是要設計出一種特定波形的直流電流，當它流過異步機的定子繞組時，能生成異步電動機正常工作所需的旋轉磁場。要特別強調的一點是使異步電動機正常工作所需的旋轉磁場，應該是一周內轉速十分均勻的磁場，它不可以時快時慢，走走停停，或步進式的轉動(步進式的旋轉磁場可用于同步機)。因為異步機與同步機不同，它的轉子不是靠旋轉磁場吸住轉子磁鐵拉著它轉的，而是靠定子電流產生的旋轉磁場，在旋轉中切割轉子導體產生的感應電流與旋轉磁場相互作用而產生的力矩，所以又稱作感應電動機。在異步機正常工作時旋轉磁場的轉速總是要比轉子的轉速快一點，其轉差率一般在5％以內，這里指的是任何瞬間的轉速而不是平均轉速。如果旋轉磁場的轉速在一周內時快時慢，而轉子因有很大的慣性，跟不上磁場轉速的變化，只能以平均轉速轉。這樣就有可能出現，轉子的轉速在一周內的某些時段高于磁場的轉速，使轉子導體的感應電流反向，產生出反向的力矩，影響異步電動機的正常工作；二是設計一個驅動器，使普通直流電源輸出的電流，能按我們規定的模式送往異步電動機，產生勻速旋轉的磁場。這里也有一點要強調，這樣組合成的電源是一個電流源，不能是電壓源。這兩個問題正是本發明要著重闡述的。?

發明內容

本發明用所提出的“磁勢空間矢量控制”為三相或兩相電機設計出特定波形的直流電流，當其流過三相或兩相異步機的定子繞組時，能產生異步電動機工作所需的，勻速旋轉的磁場；同時也提供了利用普通的直流電壓源生成這種直流電流的驅動裝置框圖及主電路結構。?

1)三相直流旋轉磁場?