專利名稱：智能電動機的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一系列的電動機，包括三相同步、三相異步、單相等交流電動機及直流電動機。
現(xiàn)有的交流電動機在電動狀態(tài)時的轉(zhuǎn)速不可能超過與電源頻率相應的同步轉(zhuǎn)速，速度范圍不夠大，調(diào)速也較困難；現(xiàn)有的直流電動機在結(jié)構(gòu)上較復雜，性能也有待改進。
本發(fā)明的目的是要提供一種智能交流電動機和智能直流電動機。智能交流電動機可以在電動狀態(tài)下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速達到或超過電源頻率對應的同步轉(zhuǎn)速n0，從而大大地拓寬了速度范圍、調(diào)速范圍；而智能直流電動機結(jié)構(gòu)簡單，性能較好。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的在原有電動機的基礎上引入控制門電路，構(gòu)成了相應的智能電動機。(一)例如智能交流電動機以現(xiàn)有的同步電動機、繞線型和籠型異步電動機為基礎，電路如

圖1所示。將A相電源分別通過控制門1～3接到三相電動機定子繞組的首端a-b-c，B相電源分別通過控制門4～6接到b-c-a，C相電源分別通過控制門7～9接到c-a-b，三相電動機定子繞組的末端x-y-z接成一點o，各控制門在得到控制信號時導通，在未得到控制信號時關閉。
當控制門1、4、7持續(xù)導通時，三相電源A、B、C分別接到電動機三相定子繞組的首端a、b、c，智能電動機按照普通Y接定子繞組的三相電動機的方式持續(xù)運轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)磁場的速度為n0。此時智能電動機的性能與普通Y接法定子繞組的三相電動機無異。
但是，如果我們設想把這臺接通了三相電源的智能電動機的定子再按其旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向以δ的速度旋轉(zhuǎn)起來，則其旋轉(zhuǎn)磁場的實際速度將達n0+δ＞n0，即其旋轉(zhuǎn)磁場的實際速度n0+δ超過了電源頻率對應的同步轉(zhuǎn)速n0。由此引發(fā)出智能交流電動機大范圍調(diào)速的思路。
利用對控制門1～9的控制我們可以達到把這臺接通了三相電源的智能電動機的定子再按其旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向以δ的速度旋轉(zhuǎn)起來的同樣效果。
當控制門1、4、7持續(xù)導通時，正常的三相電源A、B、C加的在普通Y接定子繞組的三相電動機中的電流波形如圖2所示。A、B、C相中電流的最大值分別發(fā)生于ωt1=0°、ωt2=120°、ωt3=240°等處。三相電流的最大值按t1t2t3的時間順序、在按空間分布的三相電動機A、B、C相定子繞組ax＼by＼cz中依序分別出現(xiàn)，在空間形成了順時針的轉(zhuǎn)向，它的轉(zhuǎn)速就是同步轉(zhuǎn)速n0。三相電流激勵出以速度n0按同樣方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。這是已為實踐所證明了的。
但是，在已按照普通Y接定子繞組的三相電動機的方式持續(xù)運轉(zhuǎn)的智能交流電動機中，如果我們①在經(jīng)過控制門1流入的A相電流的最大值已于0°發(fā)生后的s1時刻，使控制門2-5-8導通，則A、B、C相電源在空間順著旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)ψ=120°后(ψ被稱為電源移動的位移角)分別被導入B、C、A相繞組，B相電流的最大值不再出現(xiàn)在B相繞組，而是在空間多轉(zhuǎn)過了ψ=120°出現(xiàn)在C相繞組中；②此后，在B相電流的最大值已于120°發(fā)生后的s2時刻又使控制門3-6-9導通，則 A、B、C相電源在空間又旋轉(zhuǎn)120°后即總共轉(zhuǎn)過了2ψ=240°后分別被導入C、A、B相繞組，C相電流的最大值不再出現(xiàn)在C相繞組，而是在空間多轉(zhuǎn)過了2ψ=240°出現(xiàn)在B相繞組中；
③其后，在C相電流的最大值已于240°發(fā)生后的s3時刻又使控制門1-4-7導通，則A、B、C相電源在空間又繼續(xù)旋轉(zhuǎn)120°后即總共轉(zhuǎn)過了3ψ=360°后分別被導入A、B、C相繞組，且A相電流的最大值在空間多轉(zhuǎn)過了3ψ=360°后出現(xiàn)在A相繞組中。即原來的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)360°時，經(jīng)控制的智能交流電動機的旋轉(zhuǎn)磁場(以下稱為智能旋轉(zhuǎn)磁場)已轉(zhuǎn)過720°。因此，由于周期地持續(xù)實施了上述控制，智能旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0′比原來的n0快了一倍，達到n0′=n0+ψx fψ/360°=2n0(其中fψ為位移角ψ發(fā)生的頻率)。由此可見，改變ψ和fψ可達調(diào)速的目的。
同理，如果改變各控制門的導通順序，使電源位移角ψ每次都逆著旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向移動，智能旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0′低于n0，可實現(xiàn)向下調(diào)速。
這樣一來，智能交流電動機的實際轉(zhuǎn)速可以超過電源頻率對應的同步轉(zhuǎn)速n0。從而實現(xiàn)了在電動狀態(tài)下轉(zhuǎn)速達到或超過電源頻率對應的同步轉(zhuǎn)速n0，大大地拓寬了速度范圍、調(diào)速范圍。(二)對于單相電動機，亦可利用同一思路，改造成為智能單相電動機。作為一種示例，其原理如圖3。
單相電動機有兩個在空間相差90°的繞組P1-P2、Q1-Q2。當給出的控制信號按順序改變時，相應的控制門轉(zhuǎn)換導通，電動機改變?yōu)橄鄳慕泳€方式，并使電源相應地移過一個角度90°。它們對應的情況如下表所示
可見，將控制信號固定在K0-K3中某一信號并持續(xù)不變，則智能單相電動機與普通單相電動機的接線和性能相同，它接于單相電源后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0″=n0。
但如按K0-K1-K2-K3-K0-……順序周期地給出控制信號，則可使電動機定子電源按控制順序順時針移動，位移角ψ=90°，而使智能單相電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0″=n0+△n＞n0，可以超過同步轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)向上調(diào)速。
但如按K0-K3-K2-K1-K0-……逆序周期地給出控制信號，則可使電動機定子電源按控制順序逆時針移動，位移角ψ=-90°，而使智能單相旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0″=n0-△n＜n0可以低于同步轉(zhuǎn)速n0，實現(xiàn)向下調(diào)速。
而△n的大小取決于位移角ψ和它發(fā)生的頻率fψ之積△n=ψx fψ/360°。利用改變ψ或fψ，可達到調(diào)速的目的。(三)對于直流電動機，亦可按照上述理論構(gòu)成智能直流電動機。其原理如圖4所示。
智能直流電動機的轉(zhuǎn)子不再用電樞的形式，也不需換向器，而可采用籠形轉(zhuǎn)子。它的定子繞組為在空間互差90°的兩個參數(shù)完全相同的繞組P1-P2、Q1-Q2，當給出的控制信號持續(xù)不變時，相應的控制門持續(xù)導通，智能直流電動機的定子繞組的接線方式不變，在直流電流的激勵下產(chǎn)生固定不變的磁場，智能直流電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0=0。
當控制信號按K0-K1-K2-K3-K0-……順序周期地給出時，直流激磁電流周期依次從p1、q1、P2、Q2、P1……流入定子繞組，在直流電流的激勵下產(chǎn)生的磁場軸線也依次按P1P2向Q1Q2、P2P1、Q2Q1、P1P2……的線圈中心線而改變、旋轉(zhuǎn)，這事實上就形成了直流激磁產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，它的轉(zhuǎn)速n0=ψx fψ/360°，此旋轉(zhuǎn)磁場同樣可使籠形轉(zhuǎn)子產(chǎn)生異步旋轉(zhuǎn)。如將上述籠型轉(zhuǎn)子改為同步電動機的永磁轉(zhuǎn)子或直流勵磁轉(zhuǎn)子，則能實現(xiàn)智能直流電動機的同步運行。
與前述原理一樣，改變位移角ψ發(fā)生的頻率fψ和位移角ψ的大小，可以改變智能直流電動機的轉(zhuǎn)速；將控制信號發(fā)生的順序改為逆序，智能直流電動機將會反轉(zhuǎn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，智能電動機的優(yōu)點是1有良好的控制性能。不需其它專用設備即可實現(xiàn)升降速、正反轉(zhuǎn)、起制動；控制方便靈活；2速度范圍寬，可在同步轉(zhuǎn)速以上運轉(zhuǎn)，不受n0的限制；3電氣性能好，啟動沖擊??；動態(tài)力矩大，過渡過程快，節(jié)能。
4智能直流電動機的結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速控制也簡單方便。
5由于在智能電動機中植入了控制電路，使它成為多環(huán)節(jié)可分別控制的裝置，因此為在多方面開發(fā)智能電動機的特殊功能提供了可能性。
圖1、圖2、圖3、圖4為附圖，其中圖1為智能交流電動機的原理圖，其中ax＼by＼cz為接成Y形的三相定子繞組。方塊1-9為控制門，給信號時導通，無信號時關閉。當使控制門周期地依次輪轉(zhuǎn)地導通時，三相電源被以轉(zhuǎn)速δ依次輪轉(zhuǎn)地接到三相定子繞組，使智能電動機的旋轉(zhuǎn)磁場在原有的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0上附加了一個可正可負的轉(zhuǎn)速δ，從而達到調(diào)速的目的。
圖2為定子中的三相電流波形。
圖3為智能單相電動機的原理圖，其中P1-P2、Q1-Q2為在空間互差90°的定子繞組，C為移相電容。當使其控制門周期順序并輪轉(zhuǎn)地導通時，單相電源被以轉(zhuǎn)速δ依次輪轉(zhuǎn)地接到兩個定子繞組，使智能單相電動機的旋轉(zhuǎn)磁場在原有的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0上附加了一個可正可負的轉(zhuǎn)速δ，從而達到調(diào)速的目的。
圖4為智能直流電動機的原理圖，其中P1-P2、Q1-Q2為在空間互差90°的定子繞組。當使其控制門周期順序并輪轉(zhuǎn)地導通時，直流電源被以轉(zhuǎn)速δ依次輪轉(zhuǎn)地接到兩個定子繞組，使智能電動機的固定磁場上附加了一個可正可負的轉(zhuǎn)速δ，從而達到旋轉(zhuǎn)和調(diào)速的目的。
本發(fā)明的最好實現(xiàn)方式是細化控制過程，在每匝繞組上而不只是在每相繞組上都加上控制門，使控制過程進行得更均衡更連續(xù)，則可有更好的控制效果。
最好能對控制信號實現(xiàn)無線傳輸，以簡化電動機的結(jié)構(gòu)。
最好能根據(jù)各種不同的工作性質(zhì)和要求恰當?shù)剡x擇控制門使用的電子產(chǎn)品的種類。例如晶體管GTR、可關斷晶閘管GTO、靜電感應晶閘管SITH、功率MOSFIT、SIT單極型靜電感應晶體管、MOS晶體管MCT、MOS晶體管MGT、絕緣門晶體管IGT等等，并制成集成電路，合裝于電動機機殼中，以實現(xiàn)控制電路和電動機的一體化。
智能電動機的控制信號最好由計算機提供，借助計算機的強大功能來充分實現(xiàn)智能電動機的智能化。
權(quán)利要求
1．可粗分為智能交流電動機和智能直流電動機的智能電動機其特征為由相應的電動機和無觸點控制門電路組成，並可以共同組裝于一個機殼之中。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能交流電動機其特征為在智能交流電動機(包括同步電動機、繞線式電動機、鼠籠式電動機、單相電動機等)中，控制門電路擔負著依次輪流及周期地將電動機的定子繞組換接電源相序的任務；由于這依次輪流及周期換接，造成了一個附加的旋轉(zhuǎn)磁場，才能達到改變電動機特性和調(diào)速的目的。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能直流電動機其特征為在智能直流電動機中，控制門電路擔負著依次輪流及周期地將電動機的定子繞組換接電源極性的任務；由于這依次輪流及周期換接，造成了一個旋轉(zhuǎn)磁場，才能達到改變電動機特性和調(diào)速的目的。
4．根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的智能直流電動機其特征還在于智能直流電動機可采用籠型轉(zhuǎn)子，因而能實現(xiàn)智能直流電動機的異步運行。
5．根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的智能直流電動機其特征還在于智能直流電動機可采用同步電動機的永磁或直流勵磁轉(zhuǎn)子，因而能實現(xiàn)智能直流電動機的同步運行。
全文摘要
智能電動機是這樣實現(xiàn)的:在原有電動機的基礎上引入控制門電路,構(gòu)成了相應的智能電動機。智能交流電動機的原理圖中,ax/by/cz為接成Y形的三相定子繞組。方塊1—9為控制門,給信號時導通,無信號時關閉。當使控制門順序周期并輪轉(zhuǎn)地導通時,三相電源被以轉(zhuǎn)速δ依次輪轉(zhuǎn)地接到三相定子繞組,使智能電動機的旋轉(zhuǎn)磁場在原有的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n
文檔編號H02P6/00GK1284783SQ9911143
公開日2001年2月21日 申請日期1999年8月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月16日
發(fā)明者黃群 申請人:黃群