一种旋转磁场直流电动的制造方法
【专利摘要】一种旋转磁场直流电动机，涉及直流电动机装置，本发明为了解决现有直流电动机的电刷被磨损导致的电动机耐久性下降和转动性能恶化，而异步电动机存在空载电流大、功率因数低、转矩性能差和调速性能差的问题，本发明包括电动机外壳体，它还包括定子、转子、主电路、N个定子绕组、2N个铁芯槽和2N个电流传感器，定子与转子均设置在电动机外壳体的内腔体中，定子为圆筒体，转子置于定子的内腔体中，2N个铁芯槽沿定子的横截面的圆周均匀地布置在定子的圆筒体上，对应的两个相对的铁芯槽上设置一组定子绕组，定子绕组的两线端与两个电流传感器的传感信号端连通，电流传感器的传感信号的输出端与主电路的控制端连通。本发明适用于直流电动机装置。
【专利说明】一种旋转磁场直流电动机
【技术领域】
[0001] 本发明涉及直流电动机装置。
【背景技术】
[0002] 电动机是利用电流流过的导体在磁场中受到的力而将电能转换为机械能的装置。 按照被供给的电流的特性可将电动机分为直流电动机和交流电动机两大类：目前直流电动 机大多具有整流子、电刷和换向器，从而可通过整流子和电刷的接触来转动。
[0003] 直流电动机具有速度、扭转和旋转方向的控制较为容易的优点。但其存在一个问 题即电刷被磨损会使电动机的耐久性下降并且使转动性能恶化；而异步电动机存在空载电 流大、功率因数低、转矩性能差和调速性能差的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决现有直流电动机的电刷被磨损导致的电动机耐久性下 降和转动性能恶化，而异步电动机存在空载电流大、功率因数低、转矩性能差和调速性能差 的问题，提供一种旋转磁场直流电动机。
[0005] -种旋转磁场直流电动机，它包括电动机外壳体，它还包括定子、转子、主电路、N 个定子绕组、2N个铁芯槽和2N个电流传感器，N为大于1的自然数，定子与转子均设置在电 动机外壳体的内腔体中，定子为圆筒体，转子与定子同轴设置，转子置于定子的内腔体中， 2N个铁芯槽沿定子的横截面的圆周均匀地布置在定子的圆筒体上，对应的两个相对的铁芯 槽上设置一组定子绕组，定子绕组的两线端分别与两个电流传感器的传感信号的输入端连 通，电流传感器的传感信号的输出端对应与主电路的控制端连通。
[0006] 本发明通过2N个铁芯槽、2N个电流传感器及N个定子绕组的设置，无需整流子、 电刷和换向器，即可使电动机转动；本发明对定子绕组实现了逐线圈换向，定子的磁场是沿 2N个铁芯槽一个槽一个槽的移动，所以没有转矩波动。从而解决了步进电动机、开关磁阻 电动机、异步电动机因为定子磁场是一相一相的移动，所产生的转矩波动。由于是逐线圈换 向，实现了旋转磁场在旋转之中，每一个磁极对应定子导体的电流始终向一个方向流动；定 子的导体电流方向始终跟踪转子的磁极，就能实现零转速到额定转速恒转矩变压调速，而 且没有转矩波动。定子的合成磁场始终垂直于转子磁场。
[0007] 在相等体积下，本发明比异步电动机功率大百分之五十以上，可以节约大量的原 材料。在使用本发明的时候，可以节约大量的电能：因为它的功率因数是1，空载电流非常 小，效率在百分之九十五以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1为本发明的系统结构示意图，图2为【具体实施方式】二的结构示意图，图3为具 体实施方式二中全控主电路的结构示意图，图4为【具体实施方式】二中半控主电路的结构示 意图，图5为【具体实施方式】二中半控主电路的脉冲示意图。
【具体实施方式】
[0009]
【具体实施方式】一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种旋转磁场直流 电动机，它包括电动机外壳体，它还包括定子1、转子2、主电路3、N个定子绕组2-2、2N个铁 芯槽2-1和2N个电流传感器2-3, N为大于1的自然数，定子1与转子2均设置在电动机外 壳体的内腔体中，定子1为圆筒体，转子2与定子1同轴设置，转子2置于定子1的内腔体 中，2N个铁芯槽2-1沿定子1的横截面的圆周均匀地布置在定子1的圆筒体上，对应的两个 相对的铁芯槽2-1上设置一组定子绕组2-2,定子绕组2-2的两线端分别与两个电流传感 器2-3的传感信号的输入端连通，电流传感器2-3的传感信号的输出端对应与主电路3的 控制端连通。
[0010]
【具体实施方式】二：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】 一所述一种旋转磁场直流电动机的进一步限定，主电路3包括4N个功率管Ti和4N个二极 管，i=l，2,……4N ;-个二极管对应与一个功率管Ti连接，二极管的负极连接在功率管Ti 的集电极，二极管的正极连接在功率管Ti的发射极，两个功率管Ti为一组，其中一个功率 管Ti的集电极与直流电源的正极连通，所述功率管Ti的发射极与另一个功率管Ti的集电 极连接，所述连接点为主电路3的一个控制输出端，另一个功率管Ti的发射极与直流电源 的负极连通，4N个功率管Ti组成的2N个控制输出端，分别对应与2N个电流传感器2-3的 传感信号的输出端连通，4N个功率管Ti的基极分别对应与直流电动机控制器的启动控制 信号的输出端连通。
[0011] 本发明通过2N个电流传感器2-3、2N个铁芯槽2-1及N个定子绕组2-2的设置， 无需整流子、电刷和换向器，即可使电动机转动； 本发明对定子绕组2-2实现了逐线圈换向，定子1的磁场是沿2N个铁芯槽2-1 -个槽 一个槽的移动，所以没有转矩波动。从而解决了步进电动机、开关磁阻电动机、异步电动机 因为定子磁场是一相一相的移动，所产生的转矩波动。
[0012] 在逐线圈换向的前提下，实现了旋转磁场在旋转之中，每一个磁极对应定子导体 的电流始终向一个方向流动；2N个电流传感器2-3与主电路3完成了电流跟踪器的作用， 用电流跟踪器取代换向器和电刷，定子的导体电流方向始终跟踪转子的磁极，就能实现零 转速到额定转速恒转矩变压调速，而且没有转矩波动，可彻底淘汰变频调速器。定子的合成 磁场始终垂直于转子磁场。
[0013] 在相等体积下，本发明比异步电动机功率大百分之五十以上，可以节约大量的原 材料。在使用本发明的时候，可以节约大量的电能：因为它的功率因数是1，空载电流非常 小，效率在百分之九十五以上。而异步电动机，因空载电流大、功率因数低、转矩性能差、调 速性能差，它是只工业的吞电兽，在这个能源短缺的时代里，很快就会退出历史舞台，这是 科技发展的必然。
[0014] 旋转电枢直流电动机换向器的作用：为保证定子磁场与转子磁场静止，相对垂 直； 本发明中电流跟踪器的作用：为保证定子磁场与转子磁场在旋转之中相对垂直。
[0015] 本发明具有异步电动机的耐久性和旋转电枢直流电动机的转矩性能与调速性 能，是性能完美的电动机。小功率范围它的转速可以轻松达到100000转/分以上，任何一 种变压电源都可以对它进行全范围调速。
[0016] 结合图2和图3说明，图2和图3为图1当N取最小值2时的示意图，图中的主电 路3采用的是全控主电路，定子绕组2-2与铁芯槽2-1如图中示意，Ti代表的是具有自关 断能力的全控大功率半导体器件，每两个功率管Ti是对应的一组同时导通； T1和T6是第一组，T3和T8是第二组，T2和T5是第三组，T4和T7是第四组，电动机 正转的时候工作顺序是：一组、二组、三组、四组轮流导通周而复始；电动机反转的时候 工作顺序是：四组、三组、二组、一组轮流导通周而复始。这样做的目的是为了定子磁场在定 子铁心上一槽一槽的移动，用来获得稳定的转矩。
[0017] 结合图4和图5说明当主电路3采用半控主电路： 图中的K代表的是可控硅，没有自关断能力；T是具有自关断能力的半导体器件，如 IGBT、IGCT、IEGT、FET其作用是帮助可控硅关断，每两个功率管是对应的一组同时导通。
[0018] K1和K3是第一组，K5和K7是第二组，K2和K4是第三组，K 6和K8是第四组。电 动机正转的时候工作顺序是：一组、二组、三组、四组轮流导通周而复始；电动机反转的时 候工作顺序是：四组、三组、二组、一组轮流导通周而复始。这样做的目的是为了定子磁场在 定子铁心上一槽一槽的移动，用来获得稳定的转矩。
[0019] 工作过程第一组K1、K3、T1同时导通，T1关断带动K1、K3关断，第二组K5、K7、T2 同时导通，Τ2关断带动Κ5、Κ7关断，第三组Κ2、Κ4、Τ1同时导通，Τ1关断带动Κ2、Κ4关断， 第四组Κ6、Κ8、Τ2同时导通，Τ2关断带动Κ6、Κ8关断。图5中，tl为ΚΙ、Κ3的脉冲，t2为 K2、K4的脉冲，t3为T1的脉冲。
[0020] 本发明中在具体应用中： 每一对磁极下最少可以是4个铁芯槽，也可以是6个槽，8个槽，10个槽，12个槽，多者 不限，槽数都是偶数； 无论电机有多少对磁极，引出线最少是4根；也可以是6根，8根，10根，12根，多者不 限。引出线都是偶数，每两根引出线是一个串联支路或者是并联支路，一台电动机最少需要 两个支路； 定子的磁场是一槽一槽移动，电动机转矩平稳；在低速转矩性能要求不高的场合，可以 两槽两槽移动或者多槽多槽移动； 调节定子绕组的输入电压，可以实现零转速到额定转速，恒转矩调速； 调节转子励磁绕组的励磁电压，可以实现恒功率调速； 定子绕组的输入电压和转子励磁绕组的励磁电压分开控制，在同一台电动机上，可以 实现恒功率调速和恒转矩调速； 改变定子绕组换向电路的换向次序，可以改变电动机转子的旋转方向； 改变转子励磁绕组的励磁电流方向，可以改变转子的旋转方向； 换向主电路使用全控大功率半导体器件的时候，每两个电动机定子引出线，使用四个 全控功率管； 换向主电路使用半控大功率半导体器件的时候，每两个电动机定子引出线，使用四个 半控大功率半导体器件和一个全控大功率半导体器件； 定子绕组链接成串联支路是独立换向、链接成并联支路也是独立换向。
[0021]
【具体实施方式】三：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】二所 述一种旋转磁场直流电动机的进一步限定，功率管Ti采用具有自关断能力的全控大功率 的功率管。
[0022] 所述具有自关断能力的全控大功率的功率管，例如：IGBT、IGCT、IEGT、FET。
【具体实施方式】 [0023] 四：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对一所 述一种旋转磁场直流电动机的进一步限定，转子2采用永磁转子。
[0024] 转子2采用永磁转子，主要应用于：潜水艇主驱动电机、汽车、雨刮器、电磁扇、电 动门窗、电梯用电机等用途，适用恒转矩调速场合。
【具体实施方式】 [0025] 五：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对一所 述一种旋转磁场直流电动机的进一步限定，转子2采用励磁转子。
[0026] 转子2采用励磁转子，主要应用于：电力机车、电动汽车、手提式电动工具、手电 钻、电银、电锅。
【权利要求】
1. 一种旋转磁场直流电动机，它包括电动机外壳体，其特征在于，它还包括定子（1)、 转子（2)、主电路（3)、N个定子绕组（2-2)、2N个铁芯槽（2-1)和2N个电流传感器（2-3)，N 为大于1的自然数，定子（1)与转子（2)均设置在电动机外壳体的内腔体中，定子（1)为圆 筒体，转子（2)与定子（1)同轴设置，转子（2)置于定子（1)的内腔体中，2N个铁芯槽（2-1) 沿定子（1)的横截面的圆周均匀地布置在定子（1)的圆筒体上，对应的两个相对的铁芯槽 (2-1)上设置一组定子绕组（2-2)，定子绕组（2-2)的两线端分别与两个电流传感器（2-3) 的传感信号的输入端连通，电流传感器（2-3)的传感信号的输出端对应与主电路（3)的控 制端连通。
2. 根据权利要求1所述一种旋转磁场直流电动机，其特征在于，主电路（3)包括4N个 功率管（Ti)和4N个二极管，i=l，2，……4N; -个二极管对应与一个功率管（Ti)连接，二 极管的负极连接在功率管（Ti)的集电极，二极管的正极连接在功率管（Ti)的发射极，两个 功率管（Ti)为一组，其中一个功率管（Ti)的集电极与直流电源的正极连通，所述功率管 (Ti)的发射极与另一个功率管（Ti)的集电极连接，所述连接点为主电路（3)的一个控制 端，另一个功率管（Ti)的发射极与直流电源的负极连通，4N个功率管（Ti)组成的2N个控 制端，分别对应与2N个电流传感器（2-3)的传感信号的输出端连通，4N个功率管（Ti)的基 极分别对应与直流电动机控制器的启动控制信号的输出端连通。
3. 根据权利要求2所述一种旋转磁场直流电动机，其特征在于，功率管（Ti)采用具有 自关断能力的全控大功率的功率管。
4. 根据权利要求1所述一种旋转磁场直流电动机，其特征在于，转子（2)采用永磁转 子。
5. 根据权利要求1所述一种旋转磁场直流电动机，其特征在于，转子（2)采用励磁转 子。
【文档编号】H02K29/03GK104092343SQ201410308509
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】李佳军 申请人:李佳军