雙功能特種電動機的製作方法

2023-07-17 23:42:51

專利名稱：雙功能特種電動機的製作方法
技術領域：
本實用新型是屬無級調速電動機及低轉速大扭矩電動機技術領域。
目前常用的調速電動機有兩種一種是通過電磁轉差離合器來進行調速，另一種為變頻調速。這兩種調速方法，調速設備投資高，另調速時消耗大量電能，同時這兩種調速方法都不能進行低速範圍內調速。雙功能特種電動機兩種功能是一是無級調速，不需要外加調速設備，調速消耗電能極少；另一功能是當作低轉速大扭矩電動機使用，省去了齒輪等降速加大力矩裝置，這是個特大突破。
本實用新型的目的不僅提供一種新型的雙功能特種電動機，而且電動機結構也作了重大改進，使電動機省材料，重量輕，可以製造大容量的電動機。這種雙功能特種電動機是在圓盤式閥門電動裝置(專利號89211407.X)、圓柱式特種電動機(專利號92218555.7)及無級調速特種電動機(專利1號94241682.1)的基礎上，經過長期實踐加以重大改進研製而成的。
雙功能特種電動機與上述幾種專利電動機結構不同，定子由多組磁極對組組成，這些磁極對組磁路各自獨立，每組磁極對組上都纏有磁極繞組、並聯續流二極體。通過前後兩塊聯接板將定子磁極對組組成一個整體，在聯接板中間裝有軸承，轉軸裝配在軸承內孔中。在轉軸上裝有轉子，轉子由支架和極塊組成。在一聯接板上固定中間帶有圓孔的整流盤，轉軸穿過整流盤中間的圓孔。定子磁極繞組引線與整流盤上相應的整流片聯接在一起，外加電壓通過控制線路加到整流盤上的集流環，並通過隨轉軸轉動的電刷將集流環上的外加電壓引到與整流片對應相接的定子磁極繞組上。當定子繞組通電產生的磁場中心線與通過相應轉子極塊感應的磁場中心線位置不一致時，產生磁拉伸力，推動轉子極塊轉動，帶動轉軸旋轉。當定子磁極後極邊與對應的轉子極塊前極邊相接近時，磁拉伸力最大，此時這組定子磁極繞組應該通電；當定子磁極與相應的感應的轉子磁場中心線將近一致時，磁拉伸力為最小，此時該定子磁極繞組應該斷電。如此，定子磁極繞組輪流通電形成人為旋轉磁場，帶動轉子轉動，轉速決定於所帶負載及外加電壓大小。
本實用新型與前三項專利電動機相比，具有如下幾個特點一、電動機結構尤其轉子結構特別簡單，因此這種新型雙功能特種電動機重量輕、材料省；二、磁路短、效率高；三、電動機外型可製成扁平，適合一些負載需要；四、可以製造大容量的電動機；五。這種結構的新型電動機能很好地發揮雙功能作用。


圖1為雙功能特種電動機原理結構圖。
圖2為多對極組雙功能特種電動機原理結構圖。
圖3為雙功能特種電動機位置力矩及合成力矩圖。
圖4為雙功能特種電動機整流盤接線圖。
圖5為雙功能特種電動機機械整流接線圖。
圖6為雙功能特種電動機可控矽控制線路圖。
圖7為雙功能特種電動機兩種功能定子繞組接線特點。
圖8為雙功能特種電動機兩種功能通電起始位置圖。
參照附圖1、2所示，由前後兩塊聯接板4將六對定子磁極對組N1S1、N2S2、N3S3、 N4S4、N5S5、N6S6固定聯接在一起，每對定子磁極對組是由極靴1、極身2、3構成，相互之間的間隔(定子磁極極距)τ1=360°÷6=60°，在極身2、3上都纏有定子磁極繞組10，極身2、3的長度決定於定子繞組匝數及銅線截面，極身2、3的截面積大約為極靴1面積的2/3，極身2、3的寬度為1/2τ1=30°，極靴1的寬度為1/2τ1＋(5°～10°)。在附圖2中1＇為中間磁極對。聯接板4中間裝有軸承5，轉軸6裝配在軸承5內孔中，並穿過前後兩塊聯接板4；四塊轉子極塊9(即①、②、③、④)通過支架固定在轉軸6上，每塊轉子板塊9的寬度約等於1/2τ1=30°，長度等於定子磁極極靴1的長度，極距為360°÷4=90°。定子磁極對組數與轉子極塊數的關係為6∶4,12∶8,18∶12,24∶16…；或者8∶6,16∶12…。
如附圖4所示，用螺釘通過墊片12固定在一聯接板4上的整流盤7，是採用中間為圓孔15、厚約6mm的絕緣板，並在上面裝有兩個集流環20、21和由青銅製成的整流片16，對應六對定子磁極對組和四塊轉子極塊，順序排列一周的整流片16共12片，分成A、B、C四組與六對定子磁極對組的繞組首端相接。這裡，各整流片之間間隔22相等，間隔寬度約為2～3mm，並用絕緣填料填得與整流片同平面。每片整流片的長度加上間隔寬度等於1/2τ1=30°所以整流片16的個數等於360°÷30°=12片。轉軸6穿過整流盤7的中心孔15，刷由套23固定在轉軸6上，在刷軸套23上固定著四個通過刷柄11連接的刷架，在各刷架內分別放置電刷8、17、18、19，並將與集流環21接觸的電刷17和正向電刷19連接在一起，與集流環20接觸的電刷18和反向電刷8連接在一起，電刷8與19按一定間隔排列分別與整流片16接觸，電刷的寬度小於1/2的整流片寬度。
雙功能特種電動機的位置力矩及合成力矩參見附圖3所示在位置1(圖中點1)，轉子極塊①、③前進邊與相應的定子磁極N1、N4後邊相距5～8mm時，定子磁極N1、N4產生的磁場與轉子極塊①、③感應的磁場兩者磁拉伸力產生的力矩為最大力矩的60％左右。在位置2(圖中點2)，轉子極塊①、③前進邊與定子磁極N1、N4後邊相重合時，兩者磁拉伸力產生的力矩最大。在位置3(圖中點3)，轉子極塊①、③前進邊與定子磁極N1、N4中心線一致時，產生的力矩為最大力矩1/2左右。位置4，當轉子極塊①、③前進邊到達定子磁極N1、N4「點4」附近時，定子磁極N1、N4繞組停電。此時定子磁極N1、N4繞組通過續流二極體開始放電，到達「點5」時，續流二極體放電完停止，轉子極塊①、③與定子磁極N1、N4兩者磁拉伸力力矩為零。但在點4附近時，定子磁極N1、N4繞組尚未停電，定子磁極N3繞組已開始通電，轉子極塊②與定子磁組N3開始產生磁拉伸力矩，依此輪流不斷，轉子連續轉動不停。在附圖3中下圖為合成力矩圖。在此圖中，力矩曲線F1(點線)為定子磁極N1繞組通電與轉子極塊①兩者間產生的磁拉伸力力矩曲線，圖中力矩曲線F2(長、點虛線)為定子磁極N3繞組通電與轉子極塊②兩者產生的磁拉伸力力矩曲線。力矩曲線F1、F2中後段包含繞組斷電後通過續流二極體放電電流產生的力矩，F3為合成力矩曲線(實線)，通過電容器濾波，合成力矩曲線波動不是太大。
雙功能特種電動機機械控制線路如附圖5所示，定子磁極對組為六對N1S1、N2S2、N3S3、N4S4、N5S5、N6S6，各纏有繞組a、b、c、a＇、b＇c＇，繞組a1a2與a3a4串聯，a1＇a2＇與a3＇a4＇串聯，然後兩者並聯；繞組b1b2與b3b4串聯，b1＇b2＇與b3＇b4＇串聯，然後兩者並聯；繞組c1c2與c3c4串聯，c1＇c2＇與c3＇c4＇串聯，然後兩者並聯，最後將a4、b4、c4、a4＇、b4＇、c4＇聯在一起為公共端O＇，將a1與a1＇、b1與b1＇、c1與c1＇聯在一起分別出三個端頭接至整流盤7上的整流片A、B、C。電源變壓器Z1的兩個抽頭分別經接觸器K1、K2的常開結點後並接至整流橋Z2的輸入端，Z2的輸出端一端接公共端O＇，另一端經接觸器K3的常開、常閉結點後分別接至電刷19和電刷8上。外加電壓經接觸器K1、K2、K3的結點選擇後加至電刷19，使定子磁極c繞組通電，此時定子磁極b繞組將要斷電，斷電後b繞組通過續流二極體放電，依此，定子磁極a、b、c繞組順序通電，轉子順時針連續轉動。各外加電壓經接觸器K1、K2、K3的結點選擇後加至電刷8，則使定子磁極a繞組通電，b繞組將要斷電，斷電後b繞組通過續流二極體放電，依此，定子磁極c、b、a繞組順序通電，轉子逆時針連續轉動不停。
參見附圖6，雙功能特種電動機可控矽控制線路與機械控制線路(附圖5)的主要區別在於整流橋Z2直流端電壓一端接公共端O＇，另一端接Z3的輸出端和通過可控矽3CT1、3CT2、3CT3直接接到定子磁極繞組a、b、c上，整流橋Z3的另一輸出端經接觸器K3的常開、常閉結點後分別接到集流環20、21上，再通過電刷19或8輪流接通整流片A、B、C或C、B、A，而整流片A、B、C分別經電阻R1、 R2、R3後接至可控矽3CT1、3CT2、3CT3的觸發極。電阻R1、R2、R3用來調節三隻可控矽的觸發電流，保證可控矽正常觸發。外加電壓經接觸器K1、K2、K3的結點選擇後加至電刷8，整流片A加上觸發電壓，並經電阻R1加至可控矽3CT1觸發極，使定子磁極a繞組有電，在磁拉伸力作用下，轉子向逆時針方向轉動。同理，外加電壓經接觸器K1、K2、K3的結點選擇後加至電刷19，使轉子向順時針方向轉動。
如附圖7所示，雙功能特種電動機用在無級調速及低轉速大扭矩兩種不同功能下，定子繞組及接法的特點。當雙功能特種電動機用在無級調速時，如果定子繞組線徑細，繞組需要串聯，但在串聯繞組中，適當抽出幾個頭，抽頭間並接串有電阻的續流二極體(見附圖7中a圖)；如果外加電壓低，定子繞組可採用並聯，接法如附圖7中c圖。當雙功能特種電動機當作低轉速大扭矩電動機使用時，定子繞組串聯(見附圖7中b圖)。
在附圖8中解釋雙功能特種電動機作用於不同功能時，電刷位置以及說明附圖7中定子繞組不同接法的理由。在附圖8中a圖，轉子極塊9前進邊到達圖中P1點位置時，對應的定子磁極繞組開始通電，轉子極塊9在磁拉伸力作用下向右轉動，當轉子極塊9移動到P3點位置時(見附圖8中b圖)，定子磁極繞組斷電，在點P3及P4間位置，定子磁極繞組通過續流二極體將儲存的電能放完，否則轉子極塊前進受到阻力。在附圖8中c圖和d圖，點P3和P4距離短，放電時間短，故這種位置電刷(見附圖8中下圖)，電動機只能用在低轉速。用在高轉速電動機，不但電刷放在如附圖8中E圖的位置，點P3、P4放電距離長，而且定子磁極繞組接法如附圖7中a圖及c圖，加快定子磁極繞組儲存電能放電結束。
參見附圖2，在一端蓋13上再裝一個轉軸14，轉軸14與轉軸6通過齒輪變更傳動比，可以擴大雙功能特種電動機功能使用範圍。
權利要求1．一種新型的雙功能特種電動機，它包括定子磁極對組、聯接板、轉子、整流盤和控制線路，其特徵在於a．由前後兩塊聯接板(4)將六對定子磁極對組N1S1、N2S2、N3S3、N4S4、N5S5、N6S6固定聯接在一起，每對定子磁極對組是由極靴(1)、極身(2)、(3)構成，相互之間間隔即定子磁極極距τ1=360°÷6=60°；在極身(2)、(3)上都纏有定子磁極繞組(10)，極身(2)、(3)的長度決定於定子繞組匝數及銅線截面，極身(2)、(3)的截面積大約為極靴(1)面積的2/3，極身(2)、(3)的寬度為1/2τ1=30°，極靴(1)的寬度為1/2τ1+(5°～10°)；聯接板(4)中間裝有軸承(5)，軸承(6)裝配在軸承(5)內孔中，並穿過前後聯接板(4)；四塊轉子極塊(9)即①、②、③、④通過支架固定在轉軸(6)上，每塊轉子板塊的寬度約等於1/2τ1=30°，長度等於定子磁極極靴(1)的長度，極距為τ2=360°÷4=90°；b．用螺釘通過墊片(12)固定在一聯接板(4)上的整流盤(7)，是採用中間為圓孔(15)、厚約6mm的絕緣板，並在上面裝有兩個集流環(20)、(21)和由青銅製成的整流片(16)，順序排列一周的整流片(16)共12片，分成A、B、C四組與六對定子磁極繞組的繞組首端相接，各整流片之間間隙(22)相等，間隔寬度約為2～3mm，並用絕緣填料填得與整流片同平面，每片整流片的長度加上間隔寬度等於1/2τ1=30°；轉軸(6)穿過整流盤(7)的中心孔(15)，刷軸套(23)固宣戰在轉軸(6)上，在刷軸套(23)上固定著四個通過刷柄(11)連接的刷架，在各刷架內分別放置電刷(8)、(17)、(18)、(19)，並將與集流環(21)接觸的電刷(17)和正向電刷(19)連接在一起，與集流環(20)接觸的電刷(18)和反向電刷(8)連接在一起，電刷(8)與(19)按一定間隔排列分別與整流片(16)接觸，電刷的寬度小於1/2的整流片寬度；c．機械控制線路的連接是將外加電壓經電源變壓器Z1、接觸器K1、K2的常開結點和整流橋Z2後，由整流橋Z2的輸出端一端接公共端O＇，另一端經接觸器K3的常開、常閉結點後分別送至電刷(19)和電刷(8)上；定子磁極對組N1S1、N4S4的繞組為a繞組和a＇繞組，兩者相互並聯；N2S2、N5S5、的繞組為b繞組和b＇繞組，兩者相互並聯；N3S3、N6S6的繞組為c繞組和c＇繞組，兩者相互並聯，並將三對並聯繞組的首端分別接整流片A、B、C，尾端接公共端O＇。
2．根據權利要求1所述的雙功能特種電動機，其特徵在於可控矽控制線路是將整流橋Z2的直流電壓一端接公共端O＇，另一端接Z3的輸出端和通過可控矽3CT1、3CT2、3CT3直接接到定子磁極繞組a、b、c上，整流橋Z3的另一輸出端經接觸器K3的常開、常閉結點後分別接到集流環(20)、(21)上，再通過電刷(19)或(8)輪流接通整流片A、B、C或C、B、A，而整流片A、B、C分別經電阻R1、R2、R3後接至可控矽3CT1、3CT2、3CT3的觸發極。
3．根據權利要求1或2所述的雙功能特種電動機，其特徵在於定子磁極對組數與轉子極塊數的關係為6∶4,12∶8,18∶12,24∶16；或者8∶6,16∶12。
4．根據權利要求1或2所述的雙功能特種電動機，其特徵在於在本電動機的一端蓋(13)上再裝一個轉軸(14)，該轉軸(14)與轉軸(6)通過一定比數的齒輪聯接，可以擴大使用範圍。
專利摘要雙功能特種電動機，由前後兩塊聯接板將纏有繞組的多對定子磁極對組固定聯接在一起，每對磁極對組磁路獨立，互不幹擾。在前後聯接板中間軸承內裝配轉軸，並將轉子極塊通過支架固定在轉軸上。整流盤裝在一聯接板上，整流盤上引線、繞組引線和控制線路連接一起。外加電壓通過電刷、整流片與激磁繞組接通，激磁繞組產生的磁場與相應轉子極塊感應的磁場產生的磁拉伸力，使轉軸轉動。本實用新型可當作無級調速電動機及低轉速大扭矩電動機使用。
文檔編號H02K1/12GK2336511SQ9822635
公開日1999年9月1日 申請日期1998年3月31日 優先權日1998年3月31日
發明者魏子良 申請人:魏子良