[发明专利]电动车辆专用双特性电动机

说明书

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明的附图有四个：

图1  双特电机作并激式使用时的电路图

图2  双特电机转换作串激式使用时的电路图

图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

以下结合附图对本发明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I_f）改串激后，电枢的电流即额定电流（设为I_N）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W_f匝）等分成若干段，并将其同极性的一端加以并联（设为a_f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，

I_j·W_j= (I_N)/(a_j) (W_支×a_j) = I_NW_支

W_支= (I_j)/(I_N) ·W_j……（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I_f，现改作串激后需通过电流I_N应是：

a_j·I_j＝I_N

a_j= (I_N)/(I_j) ……（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。