[发明专利]一种电励磁无刷直流电机

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种直流电机，特别是一种电励磁无刷直流电机。

背景技术

直流电机与交流电机相比具有良好的调速性能，在许多场合应用广泛。 有刷直流电机励磁绕组在定子部分，电枢绕组在转子部分，电枢电流要经过 电机换向器换向加到电枢绕组中，且电枢电流是工作电流，电流较大，在换 向过程中容易产生换向火花，电机换向器很容易烧坏，碳刷要经常更换，且 在换向过程中要产生大的损耗，人们把这种有集电环的直流电机称之为有刷 直流电机。随着电子技术的发展，特别是大功率器件的发展，电机电枢电流 的换向被大功率电子器件替代，电枢绕组放置在定子部分，把励磁放在转子 部分，并用永久磁钢代替，形成无刷直流电机。

无刷直流电机也是一种直流电机，具有直流电机的工作特性，是有刷直 流电机的改型换代。无刷直流电机转子为永久磁钢励磁，定子为电枢绕组， 电枢电流要有专用的无刷直流电机驱动器完成换向控制，无刷直流电机驱动 器根据电机转子的具体位置适时导通或关断相应的电枢绕组电流，使电机产 生同一方向的力，推动电机转子旋转，带动负载运行。无刷直流电机取消了 集电环碳刷装置，消除了换向火花，不需要更换碳刷，可靠性提高、效率提 高，在大部分采用有刷直流电机的场合逐步被为无刷直流电机代替，最具代 表性的例子为电动汽车领域。早期电动汽车驱动电机主要以有刷直流电机为 主，这种电机启动转矩大，适合车辆的起步和爬坡要求，但这种电机耗电太 严重，电动汽车电能有限，有刷直流电机效率太低很快就被交流变频电机取 代。交流变频电机是普通的异步变频电机配备变频驱动器，这种电机效率好 于有刷直流电机，但启动性能不如有刷直流电机好，效率还是偏低，后来逐 渐被效率更高的无刷直流电机取代。

无刷直流电机与有刷直流电机相比其励磁是固定不变的，不能像有刷直 流电机那样方便调整，因此电机的调速特性和负载特性不如有刷电机好，其 弊端也显而易见。以新能源电动汽车的动力电机为例，当车辆在起步或爬坡 时需要很大转矩，但无刷直流电机因磁场不能调节，因而这种电机不能像有 刷电机那样产生足够大的起步转矩，车辆的起步性能和爬坡能力受到影响。 当车辆在平路需要高速行驶时，车辆要求电机这时的转速要高，而转矩不需 要太大，有刷电机通过减小励磁电流可以提高本身的转速，而无刷直流电机 因磁场恒定就无法把本身转速提的很高。这就造成无刷直流电机外特性与电 动汽车的负载特性不太适应，但由于无刷直流电机的综合性能特别是效率特 性远好于其他种类的电机，目前在电动汽车领域还是首先选用无刷直流电 机。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对新能源车辆的迫切需要，克服现有技术 的不足，提供一种电励磁无刷直流电机(简称电机)，这种电机将无刷直流 电机不变的永磁励磁，变为可变的外加励磁，从而解决了电机低速启动转矩 小，变速范围小的缺点。

本发明的技术解决方案是：这种电励磁的无刷直流电机，由电机部分和 驱动控制器部分组成。电机部分为外加励磁方式，使电机具有可变的励磁磁 场。当电动车辆起步或爬坡，需要大的转速时，给电机通入大的电枢电流和 大的励磁电流，电机的输出转矩变大，当车辆在平路高速下运行时，车辆需 要的转矩小，需要的电机转速高，这时可以减少电机的励磁电流，提高电机 的转速，这样既能满足车辆低速时的大转矩要求，又能满足了车辆高速时电 机必须转速高的需要。

本发明的原理是：这种电励磁的无刷直流电机，其转子为电励磁绕组， 定子为电枢绕组，电枢电流有专用的无刷直流电机驱动器完成换向控制，这 与无刷直流电机驱动器基本一样，转子励磁绕组通过导电环外加电源励磁 根据电机的转矩公式：T＝C_mΦI

式中：T----电机转矩

C_m----电机的转矩系数

Φ----电机的磁通

I----电机电枢输入电流

当电机需要输出转矩增大时，在电枢电流I不变时，增大电机的励磁电 压，电机的励磁电流增大，电机的主磁通Φ增大，电机输出的转矩就增大。 当然在电机的主磁通Φ不变时，增加电枢电流I时，也可以增加电机转矩， 实际工作中是既增加电机的主磁通Φ，同时增加电枢电流I，这时电机的输 出转矩将更大。

另外根据电机反电势公式得出

式中：n-----电机转速