[發明專利]一種無換向器高壓大容量直流電機

有效

• 申請號: 202110252551.7
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113098221B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 毛承雄;張梅;王丹;陳勁帆;朱勁力
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02K29/00
• 分類號: H02K29/00;H02K29/06;H02K11/30
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 王穎翀

本發明公開了一種無換向器高壓大容量直流電機，屬于直流電機領域，當固定部分包括電樞時，還包括依次連接的：DC/DC1、碳刷及滑環、N個DC/DC2和作為旋轉部分的N對勵磁繞組，N個DC/DC2與N對勵磁繞組一一對應連接，且N對勵磁繞組與固定部分中電樞耦合；當旋轉部分包括電樞時，還包括依次連接的：DC/DC1、N個DC/DC2和作為固定部分的N對勵磁繞組；N個DC/DC2與N對勵磁繞組一一對應連接，N對勵磁繞組與旋轉部分中電樞耦合；其中，利用N個DC/DC2的上下橋臂交替導通實現換向。本發明取消了換向器，提高了系統可靠性，減少了運維成本；不采用永磁磁極，電樞側也不需要電力電子器件整流，可以制造高壓大容量直流電機。

技術領域

本發明屬于直流電機領域，更具體地，涉及一種無換向器高壓大容量直流電機。

背景技術

直流電機是指能輸出直流電流的發電機，或通入直流電流而產生機械運動的電動機。直流電動機因具有良好的啟動性能和寬廣平滑的調速特性，被廣泛應用于電力機車、無軌電車、軋鋼機、機床和啟動設備等需要經常啟動并調速的電氣傳動裝置中，直流發電機主要用做直流電源。傳統的直流電機采用機械式換向器實現端口直流量與繞組內交流量的相互轉換，即直流電機電樞繞組所感應的極性交替變化的交流電動勢，需要換向器配合電刷的作用把交流電動勢“換向”成為極性恒定的直流電動勢。由于使用機械式換向器和電刷，導致直流電機定子和轉子之間的密封性不夠好，空氣中粉塵顆粒很容易進入氣隙，在電機工作中存在隱患；換向過程中電刷會沿著換向器滑動，與換向器的不同分片接觸，電刷與換向器之間極易產生電火花并伴隨電磁干擾，同時也會產生較大的噪聲，在許多場所使用時會受到限制；電機長時間工作，電刷和換向器磨損會比較嚴重，對電刷或者換向器進行維修或者更換消耗大量的人力物力。于是發展無刷式直流電機近年來一直受到人們的重視。

現在常見無刷直流電機是永磁無刷直流電機，與采用機械式換向器的傳統直流電機在結構上有著明顯的區別，永磁無刷直流電機包括電機本體、電子換相電路和位置傳感器，沒有傳統直流電機中完成換向的電刷和換向器。變化的磁場是由轉子上的永磁體提供的，而線圈繞組作為定子固定不動。這種結構使得永磁無刷直流電機解決了運行過程中因為換向器和電刷存在帶來的各種問題。與傳統的直流電機相比，永磁無刷直流電機響應比較快、啟動轉矩比較大；過載能力比較強，爬坡的角度和速度均比較大；永磁無刷直流電機沒有電刷和換向器，不易磨損、故障低，壽命有明顯提高。

永磁無刷直流電機中采用的永磁體對磁性的要求比較高，在制造過程中會吸引飛散的金屬物體，存在危險性；永磁體可被大的反向磁動勢和高溫退磁；受限于轉子磁軛與永磁體之間的裝配強度，采用永磁體表面安裝方式的電動機難以達到高速；稀土永磁體價格高昂，導致永磁無刷直流電機的成本高。由于以上永磁體的局限性，永磁無刷直流電機的容量一直不能很大以及電壓不能很高。永磁無刷電機雖然取消了換向器，但采用永磁磁極，限制了電機的勵磁容量，而且其定子側采用電力電子器件整流，所需容量很大，也限制了無刷直流電機向高壓大容量發展。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種無換向器高壓大容量直流電機，其目的在于利用直流電壓變換器DC/DC 2實現換向，不需要再采用換向器，克服了永磁無刷直流電機容量不能很大及電壓不能很高的局限性，有利于制造高壓大容量直流電機。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種無換向器高壓大容量直流電機，

當固定部分包括電樞時，所述無換向器高壓大容量直流電機還包括依次連接的：直流電壓變換器DC/DC 1、碳刷及滑環、作為旋轉部分的N個直流電壓變換器DC/DC 2和N對勵磁繞組，所述碳刷及滑環與所述N個直流電壓變換器DC/DC 2連接，所述N個直流電壓變換器DC/DC 2與所述N對勵磁繞組一一對應連接，且所述N對勵磁繞組與所述固定部分中電樞耦合；所述直流電壓變換器DC/DC 1還與所述固定部分連接；所述固定部分設有標志位，當在所述旋轉部分上自動檢測旋轉到所述標志位時，利用直流電壓變換器DC/DC 2上下橋臂交替導通實現換向；