專利名稱：一種可控變工況無刷繞線電動機的制作方法
一種可控變工況無刷繞線電動機，它適用于做各種需要調(diào)節(jié)工況的原動機，如起重機械、運輸、無軌電車及各種風機和液泵的動力源。它屬于電動機類。
現(xiàn)在已有的電動機，主要有感應(yīng)電動機和勵磁電動機兩大類。感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子磁場的建立是通過定子磁場旋轉(zhuǎn)感應(yīng)的電流產(chǎn)生，而勵磁電動機的轉(zhuǎn)子磁場是通過外電流產(chǎn)生或使用永磁材料產(chǎn)生。感應(yīng)電動機工作原理簡單，制造方便，被廣泛采用。但是，現(xiàn)在已有的感應(yīng)電動機都是不可變工況的，而且它的設(shè)計工作點范圍很窄，偏離這個范圍時，電動機的工作效率大大降低，所以在工況變動較大的場合使用時，能量浪費較大。對主動工況調(diào)節(jié)也很困難。使用外電流勵磁的電動機，可以通過調(diào)節(jié)外電流大小，主動調(diào)節(jié)電動機的工況，因此適應(yīng)于變工況工作(很多直流電機就是這樣工作的)。現(xiàn)在對外電流大小進行調(diào)節(jié)的方法是使用外電阻箱變阻(如無軌電車等)。由于電阻箱要消耗一定的能量，產(chǎn)生效率下降，而且還要解決外電阻箱的散熱問題，外電阻箱的體積也很龐大。更重要的是，由于用外電流給轉(zhuǎn)子供電時必須使用電刷(不管是環(huán)形電刷還是換向電刷)，這樣，一方面的問題是電刷的磨損需要經(jīng)常維護和更換，且由于磨損產(chǎn)生的粉塵也對電機絕緣和其它設(shè)備有害;另一方面，電刷接觸并不可靠，容易產(chǎn)生電火花等，這對在特殊條件下使用電機時的防爆是十分不利的。此外，電刷也是這類電機運行中容易出故障的地方。使用永磁材料做轉(zhuǎn)子，對于一些小型電機容易實現(xiàn)，但對于大型電機，由于永磁材料成本很高，強度較低，且大型轉(zhuǎn)子加工困難，因此難以在型電機上使用，而多作為控制電機或執(zhí)行電機使用。
本發(fā)明是發(fā)明一種無電刷繞線電動機，它是可控變工況的。結(jié)構(gòu)原理簡單，有較高的效率，而且無電刷，不會產(chǎn)生電火花等，適合于各種工況場合使用。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如附

圖1所示，它有轉(zhuǎn)子(1)，定子(2)，殼體(3)，轉(zhuǎn)子軸(4)，轉(zhuǎn)子線圈(5)，定子線圈(6)，其特征在于在轉(zhuǎn)子軸(4)上固接有電子開關(guān)器件(7)和光電接收器件(8)，在殼體(3)上與轉(zhuǎn)子軸(4)上的光電接收器件(8)對應(yīng)處有發(fā)光器件(9)和對發(fā)光器件(9)進行控制的變脈寬電子開關(guān)(10)，轉(zhuǎn)子線圈(5)與電子開關(guān)器件(7)相連。
本發(fā)明的電動機屬于感應(yīng)異步電動機，當電子開關(guān)器件(7)導通時，轉(zhuǎn)子線圈(5)閉合，形成一個回路，定子線圈(6)中通過交流電流產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場有一個差值時，旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子線圈(5)中產(chǎn)生感生電流，感生電流在洛侖茲力的作用下輸出扭矩。當轉(zhuǎn)子線圈所接的電子開關(guān)器件(7)始終導通時，它與普通繞線異步電機一樣。當電子開關(guān)器件(7)關(guān)斷后，雖然轉(zhuǎn)子線圈(5)與定子線圈(6)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場之間有轉(zhuǎn)速差，但它只能產(chǎn)生感生電動勢，而形成不了電流，因此也有洛侖茲力作用在轉(zhuǎn)子(1)上，轉(zhuǎn)子(1)也就不能輸出扭矩。本發(fā)明中，電子開關(guān)器件(7)由光電接收器件(8)控制其導通與關(guān)斷。當接收到發(fā)光器件(9)發(fā)出的控制光時，光電接收器件(8)產(chǎn)生輸出，使得電子開關(guān)器件(7)導通。當光電接收器件(8)沒有收到發(fā)光器件(9)發(fā)出的控制光時，不產(chǎn)生輸出，使得電子開關(guān)器件(7)關(guān)斷。通過變脈寬電子開關(guān)(10)的通斷控制發(fā)生器件(9)的發(fā)光，從而達到控制轉(zhuǎn)子線圈(5)中感生電流的有無。由于變脈寬電子開關(guān)(10)是可調(diào)控脈沖的寬度的，因此可以調(diào)控發(fā)光與不發(fā)光的時間比，從而調(diào)節(jié)電子開關(guān)器件(7)導通與關(guān)斷的占空比，調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)子(1)的出力與不出力的時間比。一般電動機轉(zhuǎn)子(1)和其所帶的機械都有較大的轉(zhuǎn)動慣量，它對轉(zhuǎn)子(1)的平均作用使得轉(zhuǎn)子線圈(5)中間斷性的電流作用力輸出與平均電流的作用力輸出一樣，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子線圈(5)中的電流通斷占空比，就等同于調(diào)節(jié)了它的平均電流大小，從而達到調(diào)節(jié)工況的目的。
本發(fā)明使用電子開關(guān)器件(7)來控制電動機轉(zhuǎn)子線圈(5)中的平均感生電流強度，從而達到變工況的目的。而電子開關(guān)器件(7)和光電接收器件(8)都裝在轉(zhuǎn)子(1)的軸頸上，與轉(zhuǎn)子(1)一起旋轉(zhuǎn)，控制它們的發(fā)光器件(9)裝在電動機殼體(3)上，與轉(zhuǎn)動部件無機械接觸，它通過光線進行控制，因此不用使用任何電刷，沒有磨損，也不產(chǎn)生任何粉塵，特別是不會產(chǎn)生電火花，因此可以用在有防爆要求的場合。本發(fā)明使用電子開關(guān)器件(7)的導通與關(guān)斷占空比來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子線圈(5)中的平均感生電流，電子開關(guān)器件(7)只處于導通或是關(guān)斷兩種狀態(tài)。在導通時，電子開關(guān)器件(7)的飽和壓降很小，因此所消耗的功率很小。而在關(guān)斷時，電流為零，也基本無功率消耗，而且控制器件和發(fā)光器件所消耗的功率也可以忽略不計，因此整個系統(tǒng)的效率很高。對變脈寬電子開關(guān)(10)的脈沖寬度進行調(diào)節(jié)就能改變整個電機的工況，適合于在各種工況下使用。
附圖2是安裝電子開關(guān)器件(7)和光電接收器件(8)的轉(zhuǎn)子(1)軸頸剖視圖。
本發(fā)明中的電子開關(guān)器件(7)可以是對稱連接的大功率VMOS管，如專利CN89209067.7所述的。由于VMOS管有很高的輸入阻抗，因此只要有小很的推動功率即可。也可以使用達林頓管。所有電子器件(7)都可用環(huán)氧樹酯類粘接劑固接在轉(zhuǎn)子軸頸處，在空隙處注入環(huán)氧樹脂，使之成為一個整體，以增加強度，防止轉(zhuǎn)子(1)在旋轉(zhuǎn)時，離心力的破壞。本發(fā)明中的光電接收器件(8)可以是硅光電池或其它光電器件，可以做成環(huán)狀或弧狀固接在頸處，也可以使用多個器件串聯(lián)或是并聯(lián)，均布在軸頸圓周上。這樣，不管轉(zhuǎn)子(1)處于什么位置，都能接收到發(fā)光器件所發(fā)出的光線。
本發(fā)明的發(fā)光器件(9)可以是半導體發(fā)光元件(如發(fā)光二極管等)，也可以是其它光源。可以使用多個并聯(lián)，均布在與光電接收元件(8)相對應(yīng)的電動機殼體(3)上，保證在受控發(fā)光時，對光電接收器件(8)無死角。變脈寬電子開關(guān)(10)可以簡單地用一個多諧振蕩器實現(xiàn)。通過反相調(diào)節(jié)左、右積分器端的電壓，便可調(diào)節(jié)多諧振蕩器輸出方波的占空比，實現(xiàn)電動機變工況操作。左、右積分器端的電壓的反相調(diào)節(jié)。本發(fā)明的變脈寬電子開關(guān)(10)也可以使用CTC芯片及一個時鐘電路，通過數(shù)字控制的方法，改變CTC計數(shù)值產(chǎn)生不同寬度的方波輸出。這種方法便于計算機控制，采用邏輯電路使性能穩(wěn)定可靠。
本發(fā)明的變脈寬電子開關(guān)(10)的輸出頻率應(yīng)大于預(yù)定的電動機異步差頻，以免產(chǎn)生拍頻現(xiàn)象，但也不必過高，過高時對電子開關(guān)器件(7)工作不利，會增大電子開關(guān)器件(7)的功耗，一般可控制在差頻的3～5倍。在變脈寬時，應(yīng)基本保持脈沖周期的穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種可控變工況無刷繞線動機，它有轉(zhuǎn)子(1)，它子(2)，殼體(3)，轉(zhuǎn)子軸(4)，轉(zhuǎn)子線圈(5)，定子線圈(6)，其特征在于在轉(zhuǎn)子軸(4)上固接有電子開關(guān)器件(7)和光電接收器件(8)，在殼體(3)上與轉(zhuǎn)子軸(4)上的光電接收器件(8)對應(yīng)處有發(fā)光器件(9)和對發(fā)光器件(9)進行控制的變脈寬電子開關(guān)(10)，轉(zhuǎn)子線圈(5)與電子開關(guān)器件(7)相連。
全文摘要
一種可控變工況無刷繞線電動機，它適于做各種需要調(diào)節(jié)工況的原動機。它有轉(zhuǎn)子，定子，殼體(3)，轉(zhuǎn)子軸(4)，轉(zhuǎn)子線圈，定子線圈，其特征在于在轉(zhuǎn)子軸上固接有電子開關(guān)器件(7)和光電接收器件(8)，在殼體上有發(fā)光器件(9)和變脈寬電子開關(guān)(10)。電子開關(guān)器件控制轉(zhuǎn)子線圈開路與閉合?？赏ㄟ^改變變脈寬電子開關(guān)輸出方波的占空比，控制轉(zhuǎn)子線圈通斷的時間比，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子感應(yīng)平均電流大小，從而實現(xiàn)無機械接觸電刷調(diào)節(jié)電機的工況。
文檔編號H02K17/30GK1063001SQ9110000
公開日1992年7月22日 申請日期1991年1月3日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月3日
發(fā)明者石行, 尤裝 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠