[发明专利]无刷分级调速直流电动机

说明书

本发明属于电机。

在机械换向直流电动机范畴，近来出现了一种变刷分级调整直流电动机，（见图2），这种变刷分级调速直流电动机虽然比较节能，寿命较长，换向火花小，但毕竟还有机械接触和换向火花，见中国专利911104009.9。

本发明的目的是提供一种无机械接触，无换向火花的新型电子换向开关分级调速的直流电动机。

本发明的另一目的是提供一种混合调速方法，即电机负载的恒定部分T。由电子换向开关电路进行调节，脉动部分±δT由常规脉宽调制电路进行调节。

本发明的重要特点是多套彼此独立的三相集中整距星接电枢绕组或中心抽头单相电枢绕组分别接在对应的电子换向开关电路上，所说的电子换向开关依次递减断电，实施分级调速。

本发明无换向火花，无机械接触，调速性能好，且可实施混合调速，降低了电机的成本和体积。

图1为直流电动机的一组既变机械特性斜率又变空载转速的机械特性族。

图2为二对极变刷双星接三相绕组的有刷机械换向直流电动机原理图。

图3为多套星接三相绕组全波运行的桥式电子换向功率开关电路无刷电动机原理图。

图4为多套星接三相绕组半波运行的电子换向功率开关电路无刷电动机原理图。

图5为无刷调速稳速直流电动机原理图。

由图1知，并激直流电动机，特别是永磁直流电动机，当电枢绕组匝数不变以及电枢回路电阻改变时可获得不变空载转速和只变机械特性斜率的一组机械特性族。若该电机带动一个恒转矩的负载，则和机械特性族有许多交点，这表明电机可有多个稳定工作转速。持P₂特性的电动机工作在n₂转速，以及持P₁特性的则工作在n₁转速。如果电机具有多套不同绕组参数的三相星接电枢绕组，则在供电电压不变时，绕组匝数多的那套电子换向电路工作时的电机空载转速势必降低，和堵转转矩增加。如图1中的n。从而又可获得新的一组变斜率机械特性族。持P₄特性的工作转速为n₄，持P₃特性的工作转速为n₃。

图3的无刷直流电机，两极，有两套电子换向功率开关，每个功率开关只通电1/3周期，不同电路中电源正端开关和电源负端开关的重叠通电时间为1/6周期。从图3可见，任一个功率开关停止工作，一周内就有1/3周期时间，电枢绕组不产生转矩。同名端两个功率开关停止工作时，一周内就有2/3周期时间，电枢绕组不产生转矩。余此类推。显然，电子换向无刷电机也有和机械换向有刷电机类似之外，为了使电机正常的启动和工作，留出一套完整的电子换向功率开关电路不参加调速运行是必要的。特殊运行程序情况例外，例如先全速启动。尔后将转速调低。

图3中电机，在每套每相绕组参数相同条年下，其中一套换向功率开关电路运行时，其转矩为T＝T_N，例如P_A，P_B、P_C和n_A、n_B、n_C正常工作。

两套换向功率开关电路全正常工作时，电机的堵转转矩为

T_2P＝2T_N

尔后同名换向功率开关依次递减退出工作，例如将n_X开关断电，则堵转转矩减小成为

T₅＝（1+2/3）T_N＝5/3T_N

在n_X和n_Y断开退出工作时，堵转转矩继续减小为

T₄＝（1+1/3）T_N＝4/3T_N

在n_x和n_y，n_z都退出工作时，堵转转矩变成

T₃＝T_N