抗反电动势直流电动机制造技术

本发明专利技术涉及一种采用高低压驱动方式的具有抗反电动势能力的直流电动机，本发明专利技术电动机包括定子、转子、电刷式换向器、电子换向电路等零部件。定子由三极以上的多极构成，转子由一对或多对永磁体构成，其特征在于，由电刷式换向器提供的信号电压来控制电子换向电路的功率管的导通和截止，从而实现与功率管相连的绕组电流的换向，使定子电枢的每一组励磁绕组在每经历一次电流换向的最早时间都是处于高压超前快速励磁阶段，并且在高压超前快速励磁阶段中绕组电流将从零升至所需值，当绕组电流达到所需值后而进入低压维持励磁阶段时，绕组将利用储存在自身的电磁能量来扼制反电动势的上升，从而达到抗反电动势的目的，因此，本发明专利技术电动机的工作效率与用普通的驱动方式驱动的直流电动机相比有突破性的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及直流电动机，尤其涉及一种采用高低压驱动方式的具有抗反电动势能力的直流电动机。
技术介绍
直流电动机在工作状态下，电枢绕组将会产生一种跟外施电压的方向相反的感生电动势，通常把这个电动势叫做反电动势。在直流电动机中，反电动势的大小跟电枢绕组的匝数和穿过电枢绕组的磁通量的变化率成正比。显然，电动机的转速越高，电枢绕组相对于主磁极运动的速度就越大，而主磁极穿过电枢绕组的磁通量的变化率也就越大，因此，反电动势是跟电动机的转速成正比的。可想而知，直流电动机的转速将会因反电动势的升高而被限制，这是因为当反电动势上升到与外施电压接近时，会使电枢绕组的电流下降到不足以使电动机产生的转矩让电动机的转速继续上升，这就是反电动势限制电动机转速的原因。反电动势对电枢绕组电流的影响可以从(1)式看出(1)式I=U-ER]]>式中，U——外施电压；E——反电动势；R——绕组电阻；I——电流。从(1)式中可以看出，当外施电压一定，随着电动机的转速的上升反电动势的升高，通过电枢绕组的电流将会下降。既然反电动势对直流电动机的电流和转速都会产生直接的影响，可见反电动势在直流电动要中是起着举足轻重的作用的。然而，反电动势究竟对直流电动机的工作效率会产生什么样的影响呢？传统的理解模式是运用能的转化和守恒定律来解释(2)式中能量的分配关系的。(2)式UI＝EI+I2R(2)式中UI是电源电路供给电动机的功率(输入功率)，EI是转化为机械能的功率(电动机的输出功率)，I2是在电枢绕组上损失的势功率，电源电路供给电动机的功率等于转化为机械能的功率与电枢绕组上损失的热功率之和。这种能量分配关系的传统的理解模式解释为外施电压克服反电动势的作用所做的功转化成了机械能；外施电压克服电枢绕组电阻所做的功能化成了势能，反电动势不仅不影响电动机的工作效率，而且在电动机中反电动势还是电能转化为机械能的一种体现。因此，在传统的直流电动机的驱动方式中，除了利用外施电压来抵抗反电动势的作用之外，也就没有采取任何措施来降低反电动势对电枢绕组电流的影响，所以，也就无法使直流电动机的工作效率得到突破性的提高。
技术实现思路
本专利技术的思路将突破传统的理解模式，视反电动为阻碍电枢绕组实现“电转化为磁”的因素，并认为只有设法降低反电动势对电枢绕组电流的影响，提高电能在直流电动机的电枢绕组中转化为磁能的效率，才能大幅度提高直流电动机的工作效率。然而，如何降低反电动势对直流电动机电枢绕组电流的影响，以达到提高电能在流电动机电枢绕组中转化为磁能的效率和大幅度提高直流电动机的工作效率的目的，是本专利技术要解决的主要技术问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是对直流电动机的电枢绕组施行一种特殊的励磁方式，即“高低压励磁方式”，高压为超前快速励磁电压；低压为维持励磁电压。这种励磁方式可以让电枢绕组在每一次电流换向的最早时间，绕组产生反电动势之前(仅相对于外施电压而言)获得一定强度的励磁电流，这种励磁电流将在电枢绕组中建立一种磁场，然后在维持励磁阶段中利用储存在电枢绕组中的电磁能量来扼制反电动势的上升，将反电动势对电枢绕组电流的影响局限在一定的范围之内，使电枢绕组在极大部分的时间里都是处于低压励磁状态，从而达到大幅度提高直流电动机工作效率的目的。其原理可由如图1(a)和图1(b)所示的实验来证实。实验分两步进行，第一步(实验a)，将带铁心的定子线圈1与电压表5连接，用外力带动以转轴4为中心的转子磁极3以每秒10米的速度旋转180°。转子磁极3两个磁极的磁感应强度B分别是0.6特，在转子磁极3以每秒10米的速度旋转180°的过程中，电压表5测得的峰值感生电动势为30伏；然后进行第二步实验(实验b)，将定子线圈1与电流表6串连接到电压为30伏的直流电源7上，通过定子线圈1的电流为6安，而定子铁心2产生的磁感应强度B是1.8特(等于转子两个磁极磁感应强度B总和的1.5倍)，同样用外力控制转子磁极3仍然以每秒10米的速度旋180°，实验结果显示在转子磁极3旋转的过程中，定子线圈1的电流最低值大于2安。如果重做第二步实验，给转子施加更大的外力，使转子磁极3以每秒30米的速度旋转180°，实验结果显示在转子磁极3以每秒30米的速度旋转的过程中，定子线圈1的电流最低值仍然大于2安。进一步的实验表明只要通过定子线圈1的电流能使定子铁心2产生的磁感应强度B大于转子两个磁极的磁感应强度B的总和，那么，无论转子磁极3以多大的速度旋转180°，定子线圈1的电流方向都将保持其原来的方向，而不会因反电动势的作用改变其原来的方向。上面所述实验中的现象可以理解如下根据第一步实验知道，当转子磁极3以每秒10米的速度旋转180°时，定子线圈1感生的峰值电压就已达了30伏；那么，当转子磁极3以每秒30米的速度旋转180°时，按计算，定子线圈1感生的峰值电压将达到90伏。然而，由于定子线圈1产生的感生动势的方向与外加在线圈两端的电压方向相反，因此，对外加电压而言，定子线圈1产生的感生电动势为反电动势。可是为什么当转子磁极3以每秒30米的速度旋转180°的过程中，定子线圈1可产生的峰值感生电动势远远高于外加电压的情况下，定子线圈1中的电流最低值仍然能够保持在2安以上呢？这是因为定子线圈1中预选通有6安的电流，这种流使定子铁心2获得了一种储备磁场能，这种储存在定子铁心2中的磁场能量总是力图使穿过定子线圈1的磁通量的变化率降到最低，所以当定子铁心2中储存的磁场能量有足够高的情况下，无论转子磁极3以多大的速度旋转180°，通入定子线圈1的电流强度都将保持在一定的水平之上，而不会因反电动势的作用使通入线圈1的电流消失。根据上述实验，本专利技术电动机是这样实现的抗反电动势直流电动机由机壳、端盖、轴承、定子、转子、转轴、电刷式换向器、电子换向电路等零部件构成。其中，机壳与机座相连，定子固定在机壳内壁，转子安装于定子中心位置，转子与定子之间有很小的气隙。其特征在于所述的抗反电动势直流电动机的定子铁心8由硅钢片叠合而成，整个定子由三极以上的多极构成，各极均绕有一组集中式励磁绕组9，并均匀地分布在定子内圆上。定子各极的励磁绕组由两种方式连接一种为各极励磁绕组以独立接受励磁的方式连接(如图2(a)所示)；另一种为各极与其径向相对极串连形成一相绕组共同接受励磁的方式连接(如图2(b)所示)。总之，在定子绕组中，各极均不与其相邻极产生线路串连关系。但是无论采用哪一种连接方式，各组励磁绕组的其中一端均集结在电源的公共端21上，另一端与其相对应的电子换向电路的输出端连接。所述的抗反电动势直流电动机的转子磁极11由永磁体(铁氧体最适宜)构成，整个转子可以由一对永磁体磁极或多对永磁体磁极构成(如图3(a)和图3(b)所示)。采用一对极结构的转子，可以适应上述定子励组的两种线路连接方式的任何一种，而采用多时极结构的转子，只能适应如图2(a)所示的一种线路连接方式。所述的抗反电动势直流电动的换向器，由导电圆环12、13；电刷14、15；换向片19、20(换向片的片数＝转子磁极的极数)；换向刷a-a组、b-b组、c-c组……(换向刷的组数＝定子励磁绕组的组数，即每一组励磁绕组或每一相励磁绕组占用一组换向刷和一套电子换向电路)等构成(如图4(a)、(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗反电动势直流电动机，包括定子、转子、电刷式换向器、电子换向电路等零部件。定子由三极以上的多极构成，转子由一对或多对永磁体构成，其特征在于，由电刷式换向器提供的信号电压来控制电子换向电路的功率管的导通和截止，从而实现与功率管相连的绕组电流的换向，使定子电枢的每一组励磁绕组在每经历一次电流换向的最早时间都是处于高压超前快速励磁阶段，并且在高压超前快速励磁阶段中绕组电流将从零升至所需值，当绕组电流达到所需值后而进入低压维持励磁阶段时，绕组将利用储存在自身的电磁能量来扼制反电动势的上升，从而达到抗反电动势的目的。

【技术特征摘要】
1.一种抗反电动势直流电动机，包括定子、转子、电刷式换向器、电子换向电路等零部件。定子由三极以上的多极构成，转子由一对或多对永磁体构成，其特征在于，由电刷式换向器提供的信号电压来控制电子换向电路的功率管的导通和截止，从而实现与功率管相连的绕组电流的换向，使定子电枢的每一组励磁绕组在每经历一次电流换向的最早时间都是处于高压超前快速励磁阶段，并且在高压超前快速励磁阶段中绕组电流将从零升至所需值，当绕组电流达到所需值后而进入低压维持励磁阶段时，绕组将利用储存在自身的电磁能量来扼制反电动势的上升，从而达到抗反电动势的目的。2.根据权利要求1所述的抗反电动势直流电动机，其特征在于所述的定子各极均绕有一组绕向相同、匝数相等的集中式励磁线圈绕组，并且定子各极的励磁线圈绕组均不与其相邻极的励磁线圈绕组产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓小碧，
申请(专利权)人：邓小碧，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]