换向式无刷直流电机制造技术

换向式无刷直流电机是一种带励磁机的同轴无电刷直流电机，其励磁机为转枢式交流电机，主电机为转场式交流电机。本实用新型专利技术是通过交流电机磁极绕组１励磁电流在中性面换向，进而从其电枢２获得直流电，并且通过励磁机电枢３与主电机的主磁极４同轴联结实现无刷工作。它可广泛用作远距直流输电系统的电源，大型电冶厂的电源，航空用高速无刷直流发电机，或用于电力拖动系统和电气测量等，特别适应于易燃易爆场合。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

换向式无刷直流电机是一种用于大功率高压(或大电流)直流电产生(发电机)和应用(电动机)的直流电机。大功率高压直流电在远距输电特别是海底电缆输电方面有巨大的优点。直流电动机能在宽广范围内平滑而经济地调速，并有较高的过载能力和较大的起动力转矩的优点。但是传统直流电机需换向器，故要消耗较多的有色金属，且可靠性差不能产生和应用大功率高压直流电。因而人们设计出无刷直流发电机和无刷直流电动机(它们主要是应用可控硅整流及逆变技术)，但是在实施中它们还存在过载能力低、高次谐波分量大及辅助环节多且复杂的缺点。为解决上述直流电机缺点，继承换向获得直流电方案和无刷设计思路，现设计出换向式无刷直流电机。换向式无刷直流电机是一种带励磁机(转枢交流电机)的同轴无刷电机--其中主电机为转枢交流电机。换向式无刷直流电机包括定子、转子两大部分。附图说明图1、图2展示出一台最简单的两极换向式无刷直流电机模型。其中定子包括主电枢绕组1、主电枢铁芯2、励磁机磁极铁芯3、励磁机励磁绕组4、接线端口5、励磁机接线端口6，转子包括主磁极铁芯7、主励磁绕组8、励磁机电枢绕组9、励磁机电枢铁芯10、转轴11。图中电流方向、磁通方向、转子旋转方向为参考方向。我们知道单相两极交流发电机(带励磁绕组)能够发出交流电的一个必要条件是励磁绕组电流方向始终不变。即当发电机输出电流将变化的瞬间(电枢导线越过中性面时)若改变励磁电流方向，那么发电机输出电流方向将不再变化(由右手定则可以判定)，此时我们就获得了直流电，这就是磁极换向原理--实质上它与电枢用换向片换向等效。磁极换向获得直流电条件为励磁电流频率和初始电角度与发电机输出电流频率和初始电角度相同(或相差180度电角度)。现辅以图1、图2阐明本专利技术工作原理(以发电机工作原理为例)。在电机模型中，我们是用两个单相两极交流电机同轴联结满足磁极换向条件的。其中励磁机为转枢式电机，主发电机为转场式电机，且励磁机电枢绕组与磁极绕组在空间位置上机械角度相同。在电机模型中直流电获得过程为首先通过原动机带动转子按逆时针以转速n旋转，再通过端口6输入直流电，于是在励磁机电枢产生感生电流(电流方向图中已标识出)并作用于主磁极绕组8而建立主励磁磁场，这样在主电枢绕组1将产生感生电流。由于磁极换向作用，转子虽不停地旋转，但主电枢绕组任意导线所受磁通方向却始终不变--因为主磁极每转半周，它的励磁电流方向就改变一次，于是主磁极磁场方向改变，所以主磁通方向相对于任意主电枢绕组导线始终不变--因而通过端口5即可获得脉动直流电。上述换向式无刷直流发电机模型的输出电流和电压波型脉动大，因而得不到幅值稳定的直流电。因此必须增加切割磁力线的导线数，同时为了提高磁通密度及改善换向性能和运行可靠，我们还应增加主发电机的磁极对数P和励磁机相数M(P与M越大输出电流越稳定、换向性能越好，考虑到电机的造价因素，所以P与M一般选取在3-100之间)，并且每对主励磁绕组的输入端与每相励磁机电枢绕组的输出端一一对应连接(即P=M)。另外根据电机容量及用途，应适当选择不同的冷却方式。由于直流电机可逆，所以当我们往电枢输入直流电，转子即可输出动力，不过这种直流电动机无起动力矩——因此需辅助起动装置。换向式无刷直流发电机与换向式无刷直流电动机结构相同。本专利技术使用无刷励磁有利于提高主发电机励磁电流、励磁功率及转速，而采用磁极换向方式在主电枢上即可获得直流电，应用转场设计则可取得大功率高压(或大电流)电流--综上换向式无刷直流电机可获得大功率高压(或大电流)直流电(功率在10MW以上)。因而本专利技术适应于大功率高压直流输电系统直流电源、大型电冶厂大电流直流电源--可由直流发电厂直接供给、航空用高速无刷直流电机。换向式无刷电动机可用于电力拖动系统和电气测量系统。本专利技术特别适应于易燃易爆场合。下面我们举一个换向式无刷直流发电机实例。它的构造如图3(纵向剖面图)，定子包括主电枢铁芯2、主电枢绕组1、机座13、励磁机磁极铁芯3、励磁机励磁绕组4、轴承14。转子包括励磁机电枢铁芯10、励磁机电枢绕组9、主磁极铁芯7、励磁绕组8、风扇12、转子轴11。主电枢、励磁机磁极固定在机座上；励磁机电枢、主磁极与冷却用风扇同轴联结装在转子轴上，转子通过轴承安装在机座上。上图4为本例各绕组的接线原理图，它显示出各绕组电流方向及磁通方向(其中设转子逆时针旋转)。其转子上励磁机电枢绕组线相数A为3，磁极对数P为3，励磁机每相电枢绕组与主磁极每对励磁绕组对应连接，电机冷却方式为风冷。此发电机输出电流已经比较稳定。权利要求1．一种带励磁机的磁极换向式同轴无电刷直流电机，励磁机为转枢式交流电机，主电机为转场式交流电机，包括定子，转子两大部分，励磁机电枢与主磁极同轴联接组成转子；其特征在于励磁机相数M与主磁极对数P相等，励磁机每相电枢绕组的输出端与主磁极每对励磁绕组的输入端一一对应连接；2．根据权利要求1所述的换向式无刷直流电机其特征是P与M的最佳值为3-100；专利摘要换向式无刷直流电机是一种带励磁机的同轴无电刷直流电机,其励磁机为转枢式交流电机,主电机为转场式交流电机。本技术是通过交流电机磁极绕组1励磁电流在中性面换向,进而从其电枢2获得直流电,并且通过励磁机电枢3与主电机的主磁极4同轴联结实现无刷工作。它可广泛用作远距直流输电系统的电源,大型电冶厂的电源,航空用高速无刷直流发电机,或用于电力拖动系统和电气测量等,特别适应于易燃易爆场合。文档编号H02K23/02GK2325920SQ9723720公开日1999年6月23日 申请日期1997年6月13日 优先权日1997年6月13日专利技术者贾凤斌 申请人:贾凤斌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带励磁机的磁极换向式同轴无电刷直流电机，盛磁机为转枢式交流电机，主电机为转场式交流电机，包括定子，转子两大部分，励磁机电枢与主磁极同轴联接组成转子；其特征在于：励磁机相数Ｍ与主磁极对数Ｐ相等，励磁机每相电枢绕组的输出端与主磁极每对励磁绕组的输入端一一对应连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾凤斌，
申请(专利权)人：贾凤斌，
类型：实用新型
国别省市：51[中国|四川]