一種電勵(lì)磁無刷直流電機(jī)的制作方法
【專利說明】一種電勵(lì)磁無刷直流電機(jī) 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種直流電機(jī)，特別是一種電勵(lì)磁無刷直流電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 直流電機(jī)與交流電機(jī)相比具有良好的調(diào)速性能，在許多場合應(yīng)用廣泛。有刷直流 電機(jī)勵(lì)磁繞組在定子部分，電樞繞組在轉(zhuǎn)子部分，電樞電流要經(jīng)過電機(jī)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(chǎn)生換向火花，電機(jī)換向 器很容易燒壞，碳刷要經(jīng)常更換，且在換向過程中要產(chǎn)生大的損耗，人們把這種有集電環(huán)的 直流電機(jī)稱之為有刷直流電機(jī)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率器件的發(fā)展，電機(jī)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(lì)磁放在轉(zhuǎn)子部分，并用 永久磁鋼代替，形成無刷直流電機(jī)。
[0003] 無刷直流電機(jī)也是一種直流電機(jī)，具有直流電機(jī)的工作特性，是有刷直流電機(jī)的 改型換代。無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子為永久磁鋼勵(lì)磁，定子為電樞繞組，電樞電流要有專用的無刷 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器完成換向控制，無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子的具體位置適時(shí)導(dǎo)通或 關(guān)斷相應(yīng)的電樞繞組電流，使電機(jī)產(chǎn)生同一方向的力，推動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。 無刷直流電機(jī)取消了集電環(huán)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(jī)的場合逐步被為無刷直流電機(jī)代替，最具代表性的例 子為電動(dòng)汽車領(lǐng)域。早期電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要以有刷直流電機(jī)為主，這種電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 大，適合車輛的起步和爬坡要求，但這種電機(jī)耗電太嚴(yán)重，電動(dòng)汽車電能有限，有刷直流電 機(jī)效率太低很快就被交流變頻電機(jī)取代。交流變頻電機(jī)是普通的異步變頻電機(jī)配備變頻驅(qū) 動(dòng)器，這種電機(jī)效率好于有刷直流電機(jī)，但啟動(dòng)性能不如有刷直流電機(jī)好，效率還是偏低， 后來逐漸被效率更高的無刷直流電機(jī)取代。
[0004] 無刷直流電機(jī)與有刷直流電機(jī)相比其勵(lì)磁是固定不變的，不能像有刷直流電機(jī)那 樣方便調(diào)整，因此電機(jī)的調(diào)速特性和負(fù)載特性不如有刷電機(jī)好，其弊端也顯而易見。以新能 源電動(dòng)汽車的動(dòng)力電機(jī)為例，當(dāng)車輛在起步或爬坡時(shí)需要很大轉(zhuǎn)矩，但無刷直流電機(jī)因磁 場不能調(diào)節(jié)，因而這種電機(jī)不能像有刷電機(jī)那樣產(chǎn)生足夠大的起步轉(zhuǎn)矩，車輛的起步性能 和爬坡能力受到影響。當(dāng)車輛在平路需要高速行駛時(shí)，車輛要求電機(jī)這時(shí)的轉(zhuǎn)速要高，而轉(zhuǎn) 矩不需要太大，有刷電機(jī)通過減小勵(lì)磁電流可以提高本身的轉(zhuǎn)速，而無刷直流電機(jī)因磁場 恒定就無法把本身轉(zhuǎn)速提的很高。這就造成無刷直流電機(jī)外特性與電動(dòng)汽車的負(fù)載特性不 太適應(yīng)，但由于無刷直流電機(jī)的綜合性能特別是效率特性遠(yuǎn)好于其他種類的電機(jī)，目前在 電動(dòng)汽車領(lǐng)域還是首先選用無刷直流電機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：針對(duì)新能源車輛的迫切需要，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提 供一種電勵(lì)磁無刷直流電機(jī)（簡稱電機(jī)），這種電機(jī)將無刷直流電機(jī)不變的永磁勵(lì)磁，變?yōu)?可變的外加勵(lì)磁，從而解決了電機(jī)低速啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，變速范圍小的缺點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：這種電勵(lì)磁的無刷直流電機(jī)，由電機(jī)部分和驅(qū)動(dòng)控制 器部分組成。電機(jī)部分為外加勵(lì)磁方式，使電機(jī)具有可變的勵(lì)磁磁場。當(dāng)電動(dòng)車輛起步或 爬坡，需要大的轉(zhuǎn)速時(shí)，給電機(jī)通入大的電樞電流和大的勵(lì)磁電流，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩變大， 當(dāng)車輛在平路高速下運(yùn)行時(shí)，車輛需要的轉(zhuǎn)矩小，需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速高，這時(shí)可以減少電機(jī)的 勵(lì)磁電流，提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣既能滿足車輛低速時(shí)的大轉(zhuǎn)矩要求，又能滿足了車輛高速 時(shí)電機(jī)必須轉(zhuǎn)速高的需要。
[0007] 本發(fā)明的原理是：這種電勵(lì)磁的無刷直流電機(jī)，其轉(zhuǎn)子為電勵(lì)磁繞組，定子為電樞 繞組，電樞電流有專用的無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器完成換向控制，這與無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器基 本一樣，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通過導(dǎo)電環(huán)外加電源勵(lì)磁根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式：T = (；ΦΙ
[0008] 式中：Τ--電機(jī)轉(zhuǎn)矩
[0009] Cn--電機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)
[0010] φ--電機(jī)的磁通
[0011] I--電機(jī)電樞輸入電流
[0012] 當(dāng)電機(jī)需要輸出轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，在電樞電流I不變時(shí)，增大電機(jī)的勵(lì)磁電壓，電機(jī)的 勵(lì)磁電流增大，電機(jī)的主磁通Φ增大，電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩就增大。當(dāng)然在電機(jī)的主磁通Φ不 變時(shí)，增加電樞電流I時(shí)，也可以增加電機(jī)轉(zhuǎn)矩，實(shí)際工作中是既增加電機(jī)的主磁通Φ，同 時(shí)增加電樞電流I，這時(shí)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將更大。
[0013] 另外根據(jù)電機(jī)反電勢(shì)公式
得出
[0014] 式中：η-----電機(jī)轉(zhuǎn)速
[0015] Ε-----電機(jī)反電勢(shì)
[0016] Cep-----電機(jī)電勢(shì)常數(shù)
[0017] φ--電機(jī)主磁通
[0018] 為了使電機(jī)能夠吸收電網(wǎng)能量做功，電機(jī)的反電勢(shì)E不能超過外加給電機(jī)電壓， 從公式中可以得出，在外加電壓已定時(shí)，即電機(jī)的反電勢(shì)E已定，電機(jī)主磁通越小電機(jī)的轉(zhuǎn) 速可以越高，只要減小電機(jī)的勵(lì)磁電壓，電機(jī)勵(lì)磁電流將減小，電機(jī)的主磁通Φ將減小，電 機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)升高，達(dá)到弱磁升速的目的。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：打破了現(xiàn)有無刷直流電機(jī)的勵(lì)磁不能調(diào)節(jié)的 弊端，可以通過調(diào)節(jié)外加勵(lì)磁電流的大小，調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和速度高低，使電機(jī)的外特 性特別符合電動(dòng)汽車的負(fù)載特性，既可以在低速時(shí)輸出大轉(zhuǎn)矩，又可以具有較高的轉(zhuǎn)速。本 發(fā)明省去了價(jià)格昂貴的永久磁鋼，增加了勵(lì)磁線圈和導(dǎo)電環(huán)碳刷裝置，成本將有顯著的降 低，由于磁鋼存在退磁問題，因而本發(fā)明不存在磁鋼退磁的危險(xiǎn)，可靠性有所提高，可以適 用于溫度較高的場所。本發(fā)明雖然也設(shè)置了導(dǎo)電環(huán)碳刷裝置，因?yàn)閯?lì)磁電流不需要換向，且 勵(lì)磁電流的量值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電樞電流，因而碳刷與導(dǎo)電環(huán)之間不會(huì)產(chǎn)生火花，可靠性很高，這 與原來的有刷直流電機(jī)的集電環(huán)碳刷裝置有天壤之別。根據(jù)人們?cè)谥绷麟姍C(jī)方面的共識(shí)， 電機(jī)的有刷無刷是指在電樞繞組有沒有碳刷，如果