电动车辆专用双特性电动机制造技术

电动车辆专用双特性电协机是直流电动机技术领域中的一种并激直流电动机特性和串激直流电动机特性兼备的小型特种直流电动机，其关键技术在激磁绕组的设计可根据运行中负载变化的需要，随时转换为并激式或串激式。将它充作轻便电动车辆（从电动自行车到微型电动汽车）动力，具有起动力矩大、常态运行平稳、越野爬坡时能自适应减速并增大转矩等优点。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种特种直流电动机的设计方法。该特种电机适于作电动车辆专用的直流电动机。现有直流电动机从激磁上区分有并激式、串激式，以及并激和串激合成的复激式三种。按照机械工业出版社出版的《电气工程师手册》关于“电力机车对电动机的要求与不同励磁方式直流电动机的比较”，虽然上述三种直流电动机各有特点，但在使用中并不能互相转换。因此，现有电动车辆用的直流电动机不是并激式，便是串激式或复激式。本专利技术的目的是在现有直流电动机技术的基础上，提供一种并激特性和串激特性兼备的直流电动机激磁绕组的设计和计算。本专利技术的目的是这样实现的根据并激电动机与串激电动机的根本区别在于有着不同的激磁方式。设计制作时将直流电动机的激磁绕组等分成若干段。当作并激式使用时，上述各段激磁线圈串接后与电枢并联;当转换为串激式时，控制转换开关，使上述各段激磁线圈并接后与电枢串联，这样虽然此刻激磁电流较前增加了多倍，故仍能安全通过，得以实现由并激式转换成串激式电动机。现有并激式直流电动机常态运行速度平稳，但最大转矩受到限制;串激式直流电动机负载大时转矩大，但匀速运行欠佳。本双特性电动机与之相比，它是一种上述两种特性兼备的双特性直流电动机(简称双特性电机)。运行中视负载需要实施控制，可随时变换使用其中的一种特性，适合作轻便电动车辆(从电动自行车到微型电动汽车)的动力。它兼有起动力矩大，牵引和爬坡力强，正常行驶速度均衡，滑坡超速时可向蓄电瓶充电并自动限速;省去了机械换档装置，具有运用灵活、效率高等优点。本专利技术的附图有四个附图说明图1 双特电机作并激式使用时的电路2 双特电机转换作串激式使用时的电路3 直流电机的万用磁化曲线图4 几种磁性材料的磁化曲线以下结合附图对本专利技术的最佳实施方法作进一步描述由于电动机并激(如图1，激磁电流设为If)改串激后，电枢的电流即额定电流(设为IN)全将通过激磁线圈。为了让大电流能顺利通过，可将原有并激绕组(设为Wf匝)等分成若干段，并将其同极性的一端加以并联(设为af条支路)作串激绕组(如图2)。为了使双特电机在并激、串激间转换使用中能平稳过渡，它们在转换前后激磁的净安匝数应等效。设等分后每条支路为W支匝，Ij·Wj= (IN)/(aj) (W支×aj) = INW支W支= (Ij)/(IN) ·Wj……(1)即根据额定电流、并激时的激磁电流和磁场绕组的匝数，便可计算串激时磁场绕组各支路的匝数。接着计算应并联支路的数目，每条支路原允许通过的电流是If，现改作串激后需通过电流IN应是aj·Ij＝INaj= (IN)/(Ij) ……(2)即串激绕组并联的支数，约为额定电流对并激激磁电流的倍数(取整数)。这样，作并激式时，当电枢电流随负载变化，激磁电流基本保持恒定，当忽略电枢反应的去磁作用时，气隙磁通是一个常数，能实现并激直流电动机的特性;而转换作串激式时，电动机中的输入电流就是激磁电流，同时也是电枢电流，故当电枢电流随负载发生波动时，激磁电流也随着发生变化，即使不考虑电枢反应的去磁作用，气隙磁通亦将随着负载转矩的变化而变化，能实现串激直流电动机的特性。双特电机在解决激磁绕组的同时，设计上还需掌握下述各点1.双特电机的额定数据，如功率、转速、电压、激磁电流等，原则上以并激电动机作设计依据;双特电机的性能指标，如起动性能、过载能力、换向性能、效率等，原则上以串激电动机作设计依据。对于起动频繁和常需大转矩的场合，确定最佳设计方案时尤应顾及发挥串激式的特性。2.额定磁通点的选择及对磁化特性的要求。现有并激直流电动机为了运行平稳和提高效率，将额定磁通点选在磁化曲线近饱和区，这样它的过载能力便受到限制[过载能力λ定义为电机的最大转矩Mmax和额定转矩M 的比值，即λ= (Mmax)/(M.)对于现有并激直流电动机一般允许λ＝2～2.5，额定磁通点(见图3)选在A或A以上;如λ＞2.5激磁将发生过饱和。因此，双特电机在以现有并激电动机作设计依据的同时，需预防转换作串激式使用时发生此情况，办法是对双特电机的额定磁通点，宜选在A点偏下。这样设计出的电磁转矩M才会大部近似与激磁电流即电枢电流Is的平方成正比(∵M＝CmφIs，式中Cm是一个结构常数，磁通φ因Is而成线性变化，∴M因Is的平方而成正比)。循此制成的双特电机，才会具有较大的过载能力。对用于电动车辆的双特电机，一般过载能力λ为3左右。有时为了达到较大过载能力的性能指标，宁愿同时提高相关的额定数据。与此相配合，在磁极的磁性材料的选择上，就要尽量择其磁化曲线膝部较宽的材料(参见图4中磁化曲线4)。3.电路控制装置和电动机的调速、制动。由于激磁绕组被等分为af条支路，至少便有2af个接线端和触点，因此双特电机的控制电路较复杂。不过根据电动车辆需要作串激使用时一般是短时运行，激磁绕组约能容许倍增的电流量，因此关于前述计算串激绕组并联的支路数约可减半。进一步，若将拟转换作串激线圈的那部分适当加粗线号，自然更可减少并联的支路数，将大大减少激磁绕组的抽头和触点，有利于简化控制电路。要使其工作状态实行转换中控制的可靠性高且操纵灵活方便，采用鼓形控制器，不失是一简易的途径。双特电机作并激使用中的调速，基于激磁绕组已预作分段处理，因此可采用磁场绕组串并联转换的办法来调速。对双特电机的制动，除机械制动外，在作并激式使用时还可采用再生制动，这不仅适于在长大坡道上限速运行，且有利于补充充电。倒车则可将并激绕组反接。双特电机目前尚限于小功率(指折算至1500r/min时连续额定功率不超过1.1kW的电动机)，至于比这更大的双特电机尚有待进一步作试验。附图1是双特电机作并激式使用时的电路图。并激绕组共Wf匝，其中通过的激磁电流If因外加直流电源恒定而保持恒定，能实现并激电动机的特性。并激绕组的A1B1部分在绕制时已等分为若干段，每段W支匝的两端有引线抽出以备或串联或并联使用。附图2是双特电机转换作串激式使用时的电路图。图1中原有的部分激磁绕组被等分成af段，每段为W支匝;并联成af条支路后充作串激绕组，此时通过的激磁电流即电枢电流IN，能实现串激直流电动机的特性。图3是直流电机的万用磁化曲线。横轴If为激磁电流，纵轴φ为磁通。与磁化曲线相切且过零点的直线1是气隙线，它代表磁化曲线的不饱和部分;与磁化曲线渐趋平稳处相切的直线2，代表磁化曲线的高饱和部分。在A点左右曲线的斜率变化大。现有并激电动机额定磁通点选在A或A以上，额定激磁电流I 这儿磁路已经有了一定程度的饱和。而作为双特电机的额定磁通点，宜选在A点偏下。图4是几种磁性材料的磁化曲线。横轴H代表磁力，纵轴B代表磁通量，曲线1～5分别代表非合金钢片、铸钢，低硅合金钢片，高硅合金钢片，轧制钢片，灰口铸铁的磁化曲线。权利要求1.一种电动车辆专用双特性电动机(简称双特电机)的设计方法，包括在现有直流电动机技术基础上，对激磁绕组的设计和计算，实现额定数据和性能指标的要点，以及额定磁通点的选择。现有直流电动机的激磁绕组基本上有并激式和串激式两种，而本专利技术的特征是激磁绕组可根据运行中负载变化的需要，随时转换为并激式或串激式。为此，激磁绕组的设计是根据并激转换前后激磁的净安匝数应等效，计算将原有并激绕组等分成若干段中每段线圈的匝数；再根据电枢电流对并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动车辆专用双特性电动机（简称双特电机）的设计方法，包括在现有直流电动机技术基础上，对激磁绕组的设计和计算，实现额定数据和性能指标的要点，以及额定磁通点的选择。现有直流电动机的激磁绕组基本上有并激式和串激式两种，而本专利技术的牲是激磁绕 组可根据运行中负载变化的需要，随时转换为并激式或串激式。为此，激磁绕组的设计是根据并激转换前后激磁的净安匝数应等效，计算将原有并激绕组等分成若干段中每段线圈的匝数；再根据电枢电流对并激时激磁电流的倍数，计算上述被等分的诸段充作串激绕组应并联的支路数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何涛清，
申请(专利权)人：何涛清，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]