一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動的制造方法
【專利摘要】一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)，涉及直流電動機(jī)裝置，本發(fā)明為了解決現(xiàn)有直流電動機(jī)的電刷被磨損導(dǎo)致的電動機(jī)耐久性下降和轉(zhuǎn)動性能惡化，而異步電動機(jī)存在空載電流大、功率因數(shù)低、轉(zhuǎn)矩性能差和調(diào)速性能差的問題，本發(fā)明包括電動機(jī)外殼體，它還包括定子、轉(zhuǎn)子、主電路、N個定子繞組、2N個鐵芯槽和2N個電流傳感器，定子與轉(zhuǎn)子均設(shè)置在電動機(jī)外殼體的內(nèi)腔體中，定子為圓筒體，轉(zhuǎn)子置于定子的內(nèi)腔體中，2N個鐵芯槽沿定子的橫截面的圓周均勻地布置在定子的圓筒體上，對應(yīng)的兩個相對的鐵芯槽上設(shè)置一組定子繞組，定子繞組的兩線端與兩個電流傳感器的傳感信號端連通，電流傳感器的傳感信號的輸出端與主電路的控制端連通。本發(fā)明適用于直流電動機(jī)裝置。
【專利說明】一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及直流電動機(jī)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 電動機(jī)是利用電流流過的導(dǎo)體在磁場中受到的力而將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。 按照被供給的電流的特性可將電動機(jī)分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩大類：目前直流電動 機(jī)大多具有整流子、電刷和換向器，從而可通過整流子和電刷的接觸來轉(zhuǎn)動。
[0003] 直流電動機(jī)具有速度、扭轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)方向的控制較為容易的優(yōu)點(diǎn)。但其存在一個問 題即電刷被磨損會使電動機(jī)的耐久性下降并且使轉(zhuǎn)動性能惡化；而異步電動機(jī)存在空載電 流大、功率因數(shù)低、轉(zhuǎn)矩性能差和調(diào)速性能差的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有直流電動機(jī)的電刷被磨損導(dǎo)致的電動機(jī)耐久性下 降和轉(zhuǎn)動性能惡化，而異步電動機(jī)存在空載電流大、功率因數(shù)低、轉(zhuǎn)矩性能差和調(diào)速性能差 的問題，提供一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)。
[0005] -種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)，它包括電動機(jī)外殼體，它還包括定子、轉(zhuǎn)子、主電路、N 個定子繞組、2N個鐵芯槽和2N個電流傳感器，N為大于1的自然數(shù)，定子與轉(zhuǎn)子均設(shè)置在電 動機(jī)外殼體的內(nèi)腔體中，定子為圓筒體，轉(zhuǎn)子與定子同軸設(shè)置，轉(zhuǎn)子置于定子的內(nèi)腔體中， 2N個鐵芯槽沿定子的橫截面的圓周均勻地布置在定子的圓筒體上，對應(yīng)的兩個相對的鐵芯 槽上設(shè)置一組定子繞組，定子繞組的兩線端分別與兩個電流傳感器的傳感信號的輸入端連 通，電流傳感器的傳感信號的輸出端對應(yīng)與主電路的控制端連通。
[0006] 本發(fā)明通過2N個鐵芯槽、2N個電流傳感器及N個定子繞組的設(shè)置，無需整流子、 電刷和換向器，即可使電動機(jī)轉(zhuǎn)動；本發(fā)明對定子繞組實(shí)現(xiàn)了逐線圈換向，定子的磁場是沿 2N個鐵芯槽一個槽一個槽的移動，所以沒有轉(zhuǎn)矩波動。從而解決了步進(jìn)電動機(jī)、開關(guān)磁阻 電動機(jī)、異步電動機(jī)因為定子磁場是一相一相的移動，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動。由于是逐線圈換 向，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)磁場在旋轉(zhuǎn)之中，每一個磁極對應(yīng)定子導(dǎo)體的電流始終向一個方向流動；定 子的導(dǎo)體電流方向始終跟蹤轉(zhuǎn)子的磁極，就能實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速恒轉(zhuǎn)矩變壓調(diào)速，而 且沒有轉(zhuǎn)矩波動。定子的合成磁場始終垂直于轉(zhuǎn)子磁場。
[0007] 在相等體積下，本發(fā)明比異步電動機(jī)功率大百分之五十以上，可以節(jié)約大量的原 材料。在使用本發(fā)明的時候，可以節(jié)約大量的電能：因為它的功率因數(shù)是1，空載電流非常 小，效率在百分之九十五以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為【具體實(shí)施方式】二的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為具 體實(shí)施方式二中全控主電路的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為【具體實(shí)施方式】二中半控主電路的結(jié)構(gòu)示 意圖，圖5為【具體實(shí)施方式】二中半控主電路的脈沖示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009]

【具體實(shí)施方式】一：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種旋轉(zhuǎn)磁場直流 電動機(jī)，它包括電動機(jī)外殼體，它還包括定子1、轉(zhuǎn)子2、主電路3、N個定子繞組2-2、2N個鐵 芯槽2-1和2N個電流傳感器2-3, N為大于1的自然數(shù)，定子1與轉(zhuǎn)子2均設(shè)置在電動機(jī)外 殼體的內(nèi)腔體中，定子1為圓筒體，轉(zhuǎn)子2與定子1同軸設(shè)置，轉(zhuǎn)子2置于定子1的內(nèi)腔體 中，2N個鐵芯槽2-1沿定子1的橫截面的圓周均勻地布置在定子1的圓筒體上，對應(yīng)的兩個 相對的鐵芯槽2-1上設(shè)置一組定子繞組2-2,定子繞組2-2的兩線端分別與兩個電流傳感 器2-3的傳感信號的輸入端連通，電流傳感器2-3的傳感信號的輸出端對應(yīng)與主電路3的 控制端連通。
[0010]

【具體實(shí)施方式】二：結(jié)合圖1至圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】 一所述一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)的進(jìn)一步限定，主電路3包括4N個功率管Ti和4N個二極 管，i=l，2,……4N ;-個二極管對應(yīng)與一個功率管Ti連接，二極管的負(fù)極連接在功率管Ti 的集電極，二極管的正極連接在功率管Ti的發(fā)射極，兩個功率管Ti為一組，其中一個功率 管Ti的集電極與直流電源的正極連通，所述功率管Ti的發(fā)射極與另一個功率管Ti的集電 極連接，所述連接點(diǎn)為主電路3的一個控制輸出端，另一個功率管Ti的發(fā)射極與直流電源 的負(fù)極連通，4N個功率管Ti組成的2N個控制輸出端，分別對應(yīng)與2N個電流傳感器2-3的 傳感信號的輸出端連通，4N個功率管Ti的基極分別對應(yīng)與直流電動機(jī)控制器的啟動控制 信號的輸出端連通。
[0011] 本發(fā)明通過2N個電流傳感器2-3、2N個鐵芯槽2-1及N個定子繞組2-2的設(shè)置， 無需整流子、電刷和換向器，即可使電動機(jī)轉(zhuǎn)動； 本發(fā)明對定子繞組2-2實(shí)現(xiàn)了逐線圈換向，定子1的磁場是沿2N個鐵芯槽2-1 -個槽 一個槽的移動，所以沒有轉(zhuǎn)矩波動。從而解決了步進(jìn)電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)、異步電動機(jī) 因為定子磁場是一相一相的移動，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動。
[0012] 在逐線圈換向的前提下，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)磁場在旋轉(zhuǎn)之中，每一個磁極對應(yīng)定子導(dǎo)體 的電流始終向一個方向流動；2N個電流傳感器2-3與主電路3完成了電流跟蹤器的作用， 用電流跟蹤器取代換向器和電刷，定子的導(dǎo)體電流方向始終跟蹤轉(zhuǎn)子的磁極，就能實(shí)現(xiàn)零 轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速恒轉(zhuǎn)矩變壓調(diào)速，而且沒有轉(zhuǎn)矩波動，可徹底淘汰變頻調(diào)速器。定子的合成 磁場始終垂直于轉(zhuǎn)子磁場。
[0013] 在相等體積下，本發(fā)明比異步電動機(jī)功率大百分之五十以上，可以節(jié)約大量的原 材料。在使用本發(fā)明的時候，可以節(jié)約大量的電能：因為它的功率因數(shù)是1，空載電流非常 小，效率在百分之九十五以上。而異步電動機(jī)，因空載電流大、功率因數(shù)低、轉(zhuǎn)矩性能差、調(diào) 速性能差，它是只工業(yè)的吞電獸，在這個能源短缺的時代里，很快就會退出歷史舞臺，這是 科技發(fā)展的必然。
[0014] 旋轉(zhuǎn)電樞直流電動機(jī)換向器的作用：為保證定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場靜止，相對垂 直； 本發(fā)明中電流跟蹤器的作用：為保證定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場在旋轉(zhuǎn)之中相對垂直。
[0015] 本發(fā)明具有異步電動機(jī)的耐久性和旋轉(zhuǎn)電樞直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩性能與調(diào)速性 能，是性能完美的電動機(jī)。小功率范圍它的轉(zhuǎn)速可以輕松達(dá)到100000轉(zhuǎn)/分以上，任何一 種變壓電源都可以對它進(jìn)行全范圍調(diào)速。
[0016] 結(jié)合圖2和圖3說明，圖2和圖3為圖1當(dāng)N取最小值2時的示意圖，圖中的主電 路3采用的是全控主電路，定子繞組2-2與鐵芯槽2-1如圖中示意，Ti代表的是具有自關(guān) 斷能力的全控大功率半導(dǎo)體器件，每兩個功率管Ti是對應(yīng)的一組同時導(dǎo)通； T1和T6是第一組，T3和T8是第二組，T2和T5是第三組，T4和T7是第四組，電動機(jī) 正轉(zhuǎn)的時候工作順序是：一組、二組、三組、四組輪流導(dǎo)通周而復(fù)始；電動機(jī)反轉(zhuǎn)的時候 工作順序是：四組、三組、二組、一組輪流導(dǎo)通周而復(fù)始。這樣做的目的是為了定子磁場在定 子鐵心上一槽一槽的移動，用來獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩。
[0017] 結(jié)合圖4和圖5說明當(dāng)主電路3采用半控主電路： 圖中的K代表的是可控硅，沒有自關(guān)斷能力；T是具有自關(guān)斷能力的半導(dǎo)體器件，如 IGBT、IGCT、IEGT、FET其作用是幫助可控硅關(guān)斷，每兩個功率管是對應(yīng)的一組同時導(dǎo)通。
[0018] K1和K3是第一組，K5和K7是第二組，K2和K4是第三組，K 6和K8是第四組。電 動機(jī)正轉(zhuǎn)的時候工作順序是：一組、二組、三組、四組輪流導(dǎo)通周而復(fù)始；電動機(jī)反轉(zhuǎn)的時 候工作順序是：四組、三組、二組、一組輪流導(dǎo)通周而復(fù)始。這樣做的目的是為了定子磁場在 定子鐵心上一槽一槽的移動，用來獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩。
[0019] 工作過程第一組K1、K3、T1同時導(dǎo)通，T1關(guān)斷帶動K1、K3關(guān)斷，第二組K5、K7、T2 同時導(dǎo)通，Τ2關(guān)斷帶動Κ5、Κ7關(guān)斷，第三組Κ2、Κ4、Τ1同時導(dǎo)通，Τ1關(guān)斷帶動Κ2、Κ4關(guān)斷， 第四組Κ6、Κ8、Τ2同時導(dǎo)通，Τ2關(guān)斷帶動Κ6、Κ8關(guān)斷。圖5中，tl為ΚΙ、Κ3的脈沖，t2為 K2、K4的脈沖，t3為T1的脈沖。
[0020] 本發(fā)明中在具體應(yīng)用中： 每一對磁極下最少可以是4個鐵芯槽，也可以是6個槽，8個槽，10個槽，12個槽，多者 不限，槽數(shù)都是偶數(shù)； 無論電機(jī)有多少對磁極，引出線最少是4根；也可以是6根，8根，10根，12根，多者不 限。引出線都是偶數(shù)，每兩根引出線是一個串聯(lián)支路或者是并聯(lián)支路，一臺電動機(jī)最少需要 兩個支路； 定子的磁場是一槽一槽移動，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)；在低速轉(zhuǎn)矩性能要求不高的場合，可以 兩槽兩槽移動或者多槽多槽移動； 調(diào)節(jié)定子繞組的輸入電壓，可以實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速； 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁繞組的勵磁電壓，可以實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速； 定子繞組的輸入電壓和轉(zhuǎn)子勵磁繞組的勵磁電壓分開控制，在同一臺電動機(jī)上，可以 實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速； 改變定子繞組換向電路的換向次序，可以改變電動機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向； 改變轉(zhuǎn)子勵磁繞組的勵磁電流方向，可以改變轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向； 換向主電路使用全控大功率半導(dǎo)體器件的時候，每兩個電動機(jī)定子引出線，使用四個 全控功率管； 換向主電路使用半控大功率半導(dǎo)體器件的時候，每兩個電動機(jī)定子引出線，使用四個 半控大功率半導(dǎo)體器件和一個全控大功率半導(dǎo)體器件； 定子繞組鏈接成串聯(lián)支路是獨(dú)立換向、鏈接成并聯(lián)支路也是獨(dú)立換向。
[0021]

【具體實(shí)施方式】三：結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】二所 述一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)的進(jìn)一步限定，功率管Ti采用具有自關(guān)斷能力的全控大功率 的功率管。
[0022] 所述具有自關(guān)斷能力的全控大功率的功率管，例如：IGBT、IGCT、IEGT、FET。

【具體實(shí)施方式】 [0023] 四：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對一所 述一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)的進(jìn)一步限定，轉(zhuǎn)子2采用永磁轉(zhuǎn)子。
[0024] 轉(zhuǎn)子2采用永磁轉(zhuǎn)子，主要應(yīng)用于：潛水艇主驅(qū)動電機(jī)、汽車、雨刮器、電磁扇、電 動門窗、電梯用電機(jī)等用途，適用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速場合。

【具體實(shí)施方式】 [0025] 五：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對一所 述一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)的進(jìn)一步限定，轉(zhuǎn)子2采用勵磁轉(zhuǎn)子。
[0026] 轉(zhuǎn)子2采用勵磁轉(zhuǎn)子，主要應(yīng)用于：電力機(jī)車、電動汽車、手提式電動工具、手電 鉆、電銀、電鍋。
【權(quán)利要求】
1. 一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)，它包括電動機(jī)外殼體，其特征在于，它還包括定子（1)、 轉(zhuǎn)子（2)、主電路（3)、N個定子繞組（2-2)、2N個鐵芯槽（2-1)和2N個電流傳感器（2-3)，N 為大于1的自然數(shù)，定子（1)與轉(zhuǎn)子（2)均設(shè)置在電動機(jī)外殼體的內(nèi)腔體中，定子（1)為圓 筒體，轉(zhuǎn)子（2)與定子（1)同軸設(shè)置，轉(zhuǎn)子（2)置于定子（1)的內(nèi)腔體中，2N個鐵芯槽（2-1) 沿定子（1)的橫截面的圓周均勻地布置在定子（1)的圓筒體上，對應(yīng)的兩個相對的鐵芯槽 (2-1)上設(shè)置一組定子繞組（2-2)，定子繞組（2-2)的兩線端分別與兩個電流傳感器（2-3) 的傳感信號的輸入端連通，電流傳感器（2-3)的傳感信號的輸出端對應(yīng)與主電路（3)的控 制端連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)，其特征在于，主電路（3)包括4N個 功率管（Ti)和4N個二極管，i=l，2，……4N; -個二極管對應(yīng)與一個功率管（Ti)連接，二 極管的負(fù)極連接在功率管（Ti)的集電極，二極管的正極連接在功率管（Ti)的發(fā)射極，兩個 功率管（Ti)為一組，其中一個功率管（Ti)的集電極與直流電源的正極連通，所述功率管 (Ti)的發(fā)射極與另一個功率管（Ti)的集電極連接，所述連接點(diǎn)為主電路（3)的一個控制 端，另一個功率管（Ti)的發(fā)射極與直流電源的負(fù)極連通，4N個功率管（Ti)組成的2N個控 制端，分別對應(yīng)與2N個電流傳感器（2-3)的傳感信號的輸出端連通，4N個功率管（Ti)的基 極分別對應(yīng)與直流電動機(jī)控制器的啟動控制信號的輸出端連通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)，其特征在于，功率管（Ti)采用具有 自關(guān)斷能力的全控大功率的功率管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)子（2)采用永磁轉(zhuǎn) 子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)子（2)采用勵磁轉(zhuǎn) 子。
【文檔編號】H02K29/03GK104092343SQ201410308509
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】李佳軍 申請人:李佳軍