[发明专利]直流电流(ZLDL)型异步电动机

说明书

技术领域

本发明阐述怎样用直流电流源直接驱动异步电动的方法。这涉及到两个关键问题：一是什么样的直流电流通过异步电动机的定子绕组时能产生匀速旋转的旋转磁场；二是怎样产生所需要的直流电流。本发明的主要目的，是为设计制造直流异步电动机奠定理论基础，以便为电动汽车提供经济实用，性能优良的电动机。也可由此探索直流异步电动机在电车，电机车，以及交流电动机调速装置等领域的应用前景。 

背景技术

研制性能优良又廉价的电动汽车已是一个紧迫的课题，具有无限的商机。要解决又难解决的问题主要有两个。一是电源，现有的汽车用蓄电池，无论从容量，体积，重量，耐用性，价格来讲都难令人满意。二是电动机，这也是一个重要的问题。既然电池的容量有限，就更需要用效率高，性能优良，维护保养简单，经久耐用而又价廉的电动机。从这些方面来看，现在可供选择的车用电动机仍然差强人意。 

目前，大多数电动汽车仍选用传统的串激直流电动机，这种电机具有适宜用于驱动车辆的非常优良的机械特性(软特性)，即当遇阻时转速会迅速下降，而转矩大大上升。它的最大缺点是采用炭刷换向器结构，因而价格昂贵，维护保养困难。 

现在受到关注的无刷直流电机有两种，分别称为直流无刷电动机(BCDM)和开闭磁阻电动机(SRM)。它们的结构类似，定子嵌有三相(或多相)绕组，转子分别为永久磁铁(对BCDM)和钢片叠成的突极式结构(对SRM)。当电源经由电子开关组成的驱动器对定子绕组供电时，产生旋转磁场，吸引转子跟随磁场一同转动，所以它们都是同步电动机。这两种电机在家用电器，纺织等轻工行业已有广泛的应用，但用作汽车的驱动电机的最大缺点是它的机械特性不是驱动车辆所需的软特性，而是毫无回旋余地的硬特性，其过载和起动能力也不好。所以，这种电动机虽然结构简单，易于维护保养，但为了弥补它在性能上的缺点，不得不增加其它方面的成本。另外，永磁转子会因运转过程的反复磁化而退磁，而非磁性转子能产生的吸力则较弱。我们当然希望有更好性价比的车用电机。 

交流异步电动机不但机构简单，经久耐用，几乎不需要什么日常的维护保养，而且有适合驱动车辆的相当优良的机械特性，不存在失步问题，有高达三倍左右的过载能力，所以有一种把交流异步电动机用作车用电动机的设想，就是把直流逆变成交流，再利用交流调速方法对电动机调速。问题是现有的交流调速方法，在转速调低时功率因数和效率下降，噪声增加等不良后果。 

可不可以用直流电源，不经过逆变为交流，通过专门的驱动器，用直流(不改变方向的)电流，直接驱动异步电动机？这里首先要解决两个关键问题：一是要设计出一种特定波形的直流电流，当它流过异步机的定子绕组时，能生成异步机正常工作所需的旋转磁场。要特别强调的一点是使异步机正常工作所需的 旋转磁场，应该是一周内转速十分均匀的磁场，它不可以时快时慢，走走停停，或步进式的转动(这样的旋转磁场可用于同步机)。因为异步机与同步机不同，它的转子不是靠旋转磁场吸住转子磁铁拉着它转的，而是靠定子电流产生的旋转磁场，在旋转中切割转子导体产生的感应电流与旋转磁场相互作用而产生的力矩，所以又称作感应电动机。在异步机正常工作时旋转磁场的转速总是要比转子的转速快一点，其转差率一般在5％以内，这里指的是任何瞬间的转速而不是平均转速。如果旋转磁场的转速在一周内时快时慢，而转子因有很大的惯性，跟不上磁场转速的变化，只能以平均转速转。这样就有可能出现，转子的转速在一周内的某些时段高于磁场的转速，使转子导体的感应电流反向，产生出反向的力矩，影响异步机的正常工作；二是设计一个驱动器，使普通直流电源输出的电流，能按我们规定的模式送往异步机，产生匀速旋转的磁场。这里也有一点要强调，这样组合成的电源是一个电流源，不能是电压源。这两个问题正是本发明要着重阐述的。 

发明内容

本发明用所提出的“磁势空间矢量控制”为三相或两相电机设计出特定波形的直流电流，当其流过三相或两相异步机的定子绕组时，能产生异步电动机工作所需的，匀速旋转的磁场；同时也提供利用普通的直流电压源生成这种直流电流的驱动装置框图及主电路结构。 

附图说明

图1是三相直流异步机的磁势矢量图； 

图2是六边形和圆形旋转磁场模式的轨迹图； 

图3是六边形旋转磁场模式的电流波形图； 

图4是圆形旋转磁场模式的电流波形图； 

图5是两相异步机定子电流磁势的矢量图； 

图6是正方形旋转磁场的电流波形； 

图7是异步电动机的直流驱动装置的构成框图： 

图8是斩波式主电路图；