[发明专利]直流旋转磁场装置、直流同步电机及直流异步电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流旋转磁场装置、直流同步电机及直流异步电机。

背景技术

电动机分为直流电动机和交流电动机二大类，或者说直流电动机、交流同步电动机和交流异步电动机三大类。直流电动机由于调速和转矩控制方便，在很长一段时间内，一直在调速系统和运动控制应用场合占统治地位，到上世纪80年代以后，情况发生了变化，最主要的有二点：一是变频技术的发展和变频器的工业化生产，使得交流电机的调速不再困难，使得变频调速的异步电动机很快发展成调速电动机系统的主流；二是按传统电动机的实际结构将机械换向转换成电子换向的技术过于复杂，直流电动机无刷化研究的最终产品实际上是方波驱动带有自同步功能的三相永磁同步电动机，为了进一步适应运动控制系统的高要求又改为正弦波驱动，于是不折不扣地成了标准的交流永磁同步电动机，具有自同步功能和类似直流电动机的特性，这就是通常叫做交流伺服电动机系统的产品，成了近代运控电动机的主流。于是由于存在机械换向器中滑动电接触的缺点，直流电动机逐步退出运控电机和调速电动机系统所占有的主流位置，让位给交流同步电动机和交流异步电动机。然而与直流电动机比较起来，交流电动机存在一些固有的弱点，关键的为如下二点：一是电枢绕组电流的实时检测和控制复杂化，也就是转矩控制比直流电机复杂；二是绕组电感对功率和转矩输出限制的影响比直流电机明显。所以在发展高性能运控电机需求的驱使下想到直流电动机的方向很自然，这就是本发明专利提出的技术背境。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何填补现有技术的上述空白，提供一种直流旋转磁场装置、直流同步电机及直流异步电机。

为解决上述技术问题，本发明直流旋转磁场装置，其特征在于：包括直流电枢绕组、电子换向器和换向程序控制器，在电枢表面依次排列的电枢绕组的每一个换向单元都有一个引出端，依次接到由二个功率开关管构成的半桥电路的中点，该半桥电路称为电子换向器，所有电子换向器的输入端和输出端都分别并联在一起并接到正负电源端构成电子换向器，所有电子换向器的功率开关管均分别通过控制信号线与换向程序控制器相连，换向程序控制器通过控制各个电子换向器中功率开关管的通电状态，使电枢绕组沿电枢表面一个极距范围内的电流都是同一方向，相邻极距则为反方向，即电枢表面电流分布为以二个极距为空间周期的方波，则磁场分布也是以二个极距为空间周期的波形，零点与电流波过零点错开90°电角度，磁势波的幅值或轴线位于电流波的过零点，用换向控制器控制功率开关管导通状态的变化，使电枢表面电流分布的波形不变，但沿电枢表面连续正转或反转，从而得到直流旋转磁场。

本发明直流同步电机，其特征在于：包括转子、定子和换向装置，所述定子包括定子铁心和直流电枢绕组，所述换向装置包括电子换向器和换向程序控制器，所述转子为直流励磁或永磁体转子，其中直流电枢绕组、电子换向器和换向程序控制器构成前述直流旋转磁场装置。

本发明直流异步电机，其特征在于：包括转子、定子和换向装置，所述定子包括定子铁心和直流电枢绕组，所述换向装置包括电子换向器和换向程序控制器，所述转子为鼠笼型转子或与直流电枢绕组同样极对数的多相绕线型转子，其中直流电枢绕组、电子换向器和换向程序控制器构成前述直流旋转磁场装置。

本发明直流旋转磁场装置可以利用直流电产生旋转磁场，配上合适的转子，即可构成直流同步电机或直流异步电机，广泛适用需要使用电动机的场合。

附图说明

下面结合附图对本发明直流旋转磁场装置、直流同步电机及直流异步电机作进一步说明：

图1有NS1为奇数个槽(或虚槽)的二极定子绕组示意图；

图2有NS1为奇数个槽的二极定子绕组内部及与电子换向器的连接；

图3一对极距范围内有NS1为偶数个槽(或虚槽)的电枢绕组示意图；

图4一对极距范围内有NS1为偶数槽(或虚槽)的电枢绕组内部及与电子换向器的联接；

图5每对极距内NS1为偶数时减少换向单元的接线；

图6形成直流旋转磁场的核心部件示意图；

图7同步电动机电磁结构示意图；

图8直流同步电动机稳态运行模型；

图9直流异步电动机电磁结构示意图(小转差情况)；

图10直流异步电动机电磁结构示意图(转差率增大情况)。

具体实施方式