[發明專利]一種電勵磁無刷直流電機

在審

• 申請號: 201410422707.1
• 申請日: 2014-08-21
• 公開（公告）號: CN105375731A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 馬力
• 申請（專利權）人: 馬力
• 主分類號: H02K29/06
• 分類號: H02K29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種直流電機，特別是一種電勵磁無刷直流電機。

背景技術

直流電機與交流電機相比具有良好的調速性能，在許多場合應用廣泛。 有刷直流電機勵磁繞組在定子部分，電樞繞組在轉子部分，電樞電流要經過 電機換向器換向加到電樞繞組中，且電樞電流是工作電流，電流較大，在換 向過程中容易產生換向火花，電機換向器很容易燒壞，碳刷要經常更換，且 在換向過程中要產生大的損耗，人們把這種有集電環的直流電機稱之為有刷 直流電機。隨著電子技術的發展，特別是大功率器件的發展，電機電樞電流 的換向被大功率電子器件替代，電樞繞組放置在定子部分，把勵磁放在轉子 部分，并用永久磁鋼代替，形成無刷直流電機。

無刷直流電機也是一種直流電機，具有直流電機的工作特性，是有刷直 流電機的改型換代。無刷直流電機轉子為永久磁鋼勵磁，定子為電樞繞組， 電樞電流要有專用的無刷直流電機驅動器完成換向控制，無刷直流電機驅動 器根據電機轉子的具體位置適時導通或關斷相應的電樞繞組電流，使電機產 生同一方向的力，推動電機轉子旋轉，帶動負載運行。無刷直流電機取消了 集電環碳刷裝置，消除了換向火花，不需要更換碳刷，可靠性提高、效率提 高，在大部分采用有刷直流電機的場合逐步被為無刷直流電機代替，最具代 表性的例子為電動汽車領域。早期電動汽車驅動電機主要以有刷直流電機為 主，這種電機啟動轉矩大，適合車輛的起步和爬坡要求，但這種電機耗電太 嚴重，電動汽車電能有限，有刷直流電機效率太低很快就被交流變頻電機取 代。交流變頻電機是普通的異步變頻電機配備變頻驅動器，這種電機效率好 于有刷直流電機，但啟動性能不如有刷直流電機好，效率還是偏低，后來逐 漸被效率更高的無刷直流電機取代。

無刷直流電機與有刷直流電機相比其勵磁是固定不變的，不能像有刷直 流電機那樣方便調整，因此電機的調速特性和負載特性不如有刷電機好，其 弊端也顯而易見。以新能源電動汽車的動力電機為例，當車輛在起步或爬坡 時需要很大轉矩，但無刷直流電機因磁場不能調節，因而這種電機不能像有 刷電機那樣產生足夠大的起步轉矩，車輛的起步性能和爬坡能力受到影響。 當車輛在平路需要高速行駛時，車輛要求電機這時的轉速要高，而轉矩不需 要太大，有刷電機通過減小勵磁電流可以提高本身的轉速，而無刷直流電機 因磁場恒定就無法把本身轉速提的很高。這就造成無刷直流電機外特性與電 動汽車的負載特性不太適應，但由于無刷直流電機的綜合性能特別是效率特 性遠好于其他種類的電機，目前在電動汽車領域還是首先選用無刷直流電 機。

發明內容

本發明的技術解決問題是：針對新能源車輛的迫切需要，克服現有技術 的不足，提供一種電勵磁無刷直流電機(簡稱電機)，這種電機將無刷直流 電機不變的永磁勵磁，變為可變的外加勵磁，從而解決了電機低速啟動轉矩 小，變速范圍小的缺點。

本發明的技術解決方案是：這種電勵磁的無刷直流電機，由電機部分和 驅動控制器部分組成。電機部分為外加勵磁方式，使電機具有可變的勵磁磁 場。當電動車輛起步或爬坡，需要大的轉速時，給電機通入大的電樞電流和 大的勵磁電流，電機的輸出轉矩變大，當車輛在平路高速下運行時，車輛需 要的轉矩小，需要的電機轉速高，這時可以減少電機的勵磁電流，提高電機 的轉速，這樣既能滿足車輛低速時的大轉矩要求，又能滿足了車輛高速時電 機必須轉速高的需要。

本發明的原理是：這種電勵磁的無刷直流電機，其轉子為電勵磁繞組， 定子為電樞繞組，電樞電流有專用的無刷直流電機驅動器完成換向控制，這 與無刷直流電機驅動器基本一樣，轉子勵磁繞組通過導電環外加電源勵磁 根據電機的轉矩公式：T＝C_mΦI

式中：T----電機轉矩

C_m----電機的轉矩系數

Φ----電機的磁通

I----電機電樞輸入電流

當電機需要輸出轉矩增大時，在電樞電流I不變時，增大電機的勵磁電 壓，電機的勵磁電流增大，電機的主磁通Φ增大，電機輸出的轉矩就增大。 當然在電機的主磁通Φ不變時，增加電樞電流I時，也可以增加電機轉矩， 實際工作中是既增加電機的主磁通Φ，同時增加電樞電流I，這時電機的輸 出轉矩將更大。

另外根據電機反電勢公式得出

式中：n-----電機轉速