自勵式開關磁阻無刷發電電動機組的製作方法
2023-06-04 21:30:01 2
專利名稱：自勵式開關磁阻無刷發電電動機組的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電機，特別是 一種自勵式開關磁阻無刷發電電動機組。
背景技術：
開關磁阻電動機(SR)是近些年發展的新型調速電機，結構簡單結實、調速範圍寬且性能好，現已廣泛用在儀器儀表、家電、電動汽車等領域。磁阻電機的主要特點是轉子上沒有線圈。磁阻電動機利用磁阻最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，利用磁引力拉動轉子旋轉。磁阻電機的轉子上沒有線圈，無需電刷和滑環，是一種無刷調速電機。但也正是因為轉子上沒有線圈，通過轉子的磁通被「浪費」掉了。本發明採用雙段結構的雙凸極開關磁阻無刷發電電動機和永磁發電機，開關磁阻電機的定子和轉子上都設有磁極和電樞，在定子磁場牽引轉子旋轉的同時，轉子電樞產生用於轉子磁極的勵磁電流，轉子磁場與定子電樞鐵心相互吸引，轉子獲得更大的轉矩，定子電樞產生的電流又反饋給定子磁極，雙段結構的電機輸出的轉矩比單段結構的電機輸出的轉矩更大，同時也能「回收」部份電能。利用永磁激磁發電機提供的初始勵磁電源，實現電機的自勵磁。
發明內容
本發明的目的是提供一種能輸出更大轉矩和「回收」部份電能的自勵式開關磁阻無刷發電電動機組。本發明是這樣實現的一種自勵式開關磁阻無刷發電電動機組，主要包括啟動裝置(I)、前端蓋(2)、風扇(3)、軸承(4)、雙段結構的雙凸極開關磁阻無刷發電電動機(5至14、21、22)、永磁激磁發電機(16至19)、機座(15)、後端蓋(20)和轉軸(23)組成，其特徵是雙凸極開關磁阻無刷發電電動機與永磁激磁發電機、啟動裝置共軸。雙段結構的雙凸極開關磁阻無刷發電電動機主要包括定子磁場繞組(5)、轉子電樞繞組￠)、定子磁場鐵心、轉子電樞鐵心(8)、控制器(9)、定子電樞繞組(10)、轉子磁場繞組(11)、導線(12)、定子電樞鐵心(13)、轉子磁場鐵心(14)和轉子位置傳感器(21、22)，其特徵是定子磁場鐵心有6個或6個以上數量為偶數的凸極，定子磁場鐵心上繞有定子磁場繞組，組成定子磁極；轉子電樞鐵心有4個或4個以上數量為偶數的凸極，轉子電樞鐵心上繞有轉子電樞繞組，組成轉子電樞；定子電樞鐵心有6個或6個以上數量為偶數的凸極，定子電樞鐵心上繞有定子電樞繞組，組成定子電樞；轉子磁場鐵心有4個或4個以上數量為偶數的凸極，轉子磁場鐵心上繞有轉子磁場繞組，組成轉子磁極；定子磁極與轉子電樞同段設置，定子電樞與轉子磁極同段設置；定子磁極的凸極數量與定子電樞的凸極數量相同，而且定子磁極的凸極與定子電樞的凸極軸向對齊；轉子磁極的凸極數量與轉子電樞的凸極數量相同，而且轉子磁極的凸極與轉子電樞的凸極軸向對齊；定子磁極的凸極數量比轉子電樞的凸極數量多2個或4個或6個，定子電樞的凸極數量比轉子磁極的凸極數量多2個或4個或6個；能與轉子電樞的凸極同時對齊的定子磁極的凸極的定子磁場繞組用同相勵磁電源連接，組成由2相或2相以上勵磁電源分別供電的定子磁極；轉子電樞的相數與轉子電樞的凸極數量相同，轉子磁極的相數與轉子磁極的凸極數量相同，轉子磁場相繞組與軸向並列的轉子電樞相繞組用導線串聯；轉子位置傳感器由定子(21)和轉子(22)兩部份組成，轉子位置傳感器的轉子固定在轉軸上或轉子鐵心的一側，轉子位置傳感器的定子固定在端蓋或機座上，或者，轉子位置傳感器的定子與控制器設在一起；控制器主要由位置處理單元和功率邏輯開關單元組成，控制器固定在端蓋或機座上。永磁激磁發電機主要包括激磁電樞繞組(16)、激磁電樞鐵心(17)、永磁體(18)、磁軛(19)，其特徵是激磁電樞鐵心為凸極式鐵心，激磁電樞鐵心上繞有激磁電樞繞組，組成凸極式激磁電樞，激磁電樞固定在機座和/或端蓋上；磁軛固定在轉軸上，磁軛上設有S極與N極相間排列的永磁體。
工作原理啟動裝置帶動轉軸旋轉時，永磁激磁發電機發出交流電，經整流器整流後為雙段結構的雙凸極開關磁阻無刷發電電動機提供初始勵磁電源，當開關磁阻發電電動機定子磁極的其中一相通電時，與通電磁極距離最接近的轉子電樞鐵心凸極受磁力的作用旋轉至與通電磁極相對的位置，轉子位置傳感器檢測到轉子已經旋轉至既定的位置，通過控制器發出斷開該相勵磁繞組電流、接通下一相勵磁繞組電流的指令，下一相勵磁繞組所在的磁極通電並吸引與其距離最接近的轉子鐵心凸極，實現轉子的持續旋轉；由於通過轉子電樞鐵心的磁通沿著轉子電樞鐵心的凸極「旋轉」，轉子電樞感應電動勢且產生電流，轉子電樞產生的電流與定子磁極的勵磁電流的頻率是相同的；由於開關磁阻發電電動機的轉子電樞繞組與轉子磁場繞組是串聯的，轉子電樞產生電流的同時，轉子磁極也同步產生磁場，轉子磁極的磁場的變化規律與定子磁極的磁場的變化規律相同，轉子磁場與定子電樞鐵心產生吸引力，轉子獲得更大的轉矩；由於通過定子電樞鐵心的磁通沿著定子電樞鐵心的凸極「旋轉」，定子電樞感應電動勢且產生電流。電機啟動後即可停止從啟動裝置輸入動力，雙凸極開關磁阻無刷發電電動機和永磁激磁機發出的電流已能滿足電機自身勵磁的需要。還有一種情況是雙凸極開關磁阻無刷發電電動機和永磁激磁發電機發出的電流並不能滿足電機自身勵磁的需要，但電機與外部發電機連接，電機輸出的動力用來發電，外部發電機產生的部份電流作為勵磁電源反饋給電機。在有外部電源的場合，電機並不需要用啟動裝置啟動，直接用外部電源作為電機的初始勵磁電源。啟動裝置作為一種輔助工具，適合無外部勵磁電源的場合使用。人工輔助啟動裝置為盤式或槓桿式，與超越離合器一起設在轉軸上。人工輔助啟動裝置也可以像老式託拉機一樣，用搖杆啟動，電機啟動後再收起搖杆。還有一種是拉繩式，就像一些柴油電機的拉繩啟動裝置一樣。開關磁阻電機的定子磁極的凸極數量比轉子電樞的凸極數量多2個或4個或6個，定子電樞的凸極數量比轉子磁極的凸極數量多2個或4個或6個，定子與轉子的凸極數之比為6 4或8 6或8 4或10 8或12 8或12 10或12 6等等，亦稱為6/4極或8/6極或8/4極或10/8極或12/10極或12/6極等結構的發電電動機。6/4極電機的定子磁極採用3相勵磁電源,8/6極的定子磁極採用4相勵磁電源,8/4極的定子磁極採用2相勵磁電源，10/8極的定子磁極採用5相勵磁電源。轉子位置傳感器起著轉子位置的跟蹤作用，它將轉子的位置信號轉換成控制電路所需的電信號。常用的位置傳感器有電磁式位置傳感器、光電式位置傳感器和磁敏式位置傳感器。電磁式位置傳感器是利用電磁感應的效應得到轉子的位置信號。其基本原理是在轉子上有一個扇形的導磁片，隨著轉子的轉動發出相應的電信號。光電式位置傳感器由隨轉子一起旋轉的遮光罩和固定不動的光源和光電管組成。若干只光電管由遮光罩控制依次受到光線照射，使各相勵磁繞組輪流通電，於是電動機能持續地旋轉。磁敏式位置傳感器也是由定子和轉子兩部份組成，在轉軸上安裝永磁磁極，磁敏元件設在定子上。磁敏元件用對磁場敏感的半導體材料製成，常用的有霍爾元件、磁敏二極體和磁敏電阻。磁敏元件檢測到的轉子位置信號經過處理後，可控制電動機的勵磁繞組按順序通電。控制器的電路主要由位置處理單元和功率邏輯開關單元組成。來自位置傳感器的 控制信號經信號處理單元處理後，送到功率邏輯開關單元，用作控制電機各相勵磁繞組的通、斷電。控制器中包含了功率變換器、位置處理器及相驅動器三部份。目前已有許多專用於控制電機的集成電路，組成開環或閉環控制系統，以調節和控制電機的轉速。「無刷」只是一個相對的概念，正如普通的大型無刷發電機組，只要轉子存在磁極或電樞，就需要有一個接地電刷。無刷開關磁阻發電電動機的轉子中存在磁極和電樞，因此也需要有接地電刷，轉子繞組的零線通過電刷接地。開關磁阻電機的定子磁場鐵心、定子電樞鐵心、轉子電樞鐵心、定子磁場鐵心和永磁激磁機的激磁電樞鐵心用軟鐵材料製成，一般是用娃鋼片疊壓而成。永磁激磁機的磁軛用電工純鐵鑄造。磁場繞組和電樞繞組用漆包線繞制而成，漆包線為漆包銅線或漆包鋁線或漆包合金線。轉子磁場相繞組與軸向並列的轉子電樞相繞組用導線串聯，導線為銅線或鋁線，導線用導線套環固定在轉軸上。開關磁阻電機的定子磁場鐵心、定子電樞鐵心、轉子電樞鐵心、定子磁場鐵心和永磁激磁機的激磁電樞鐵心為直槽凸極鐵心或斜槽凸極鐵心。從徑向看，直槽凸極鐵心的凸極與轉軸平行，斜槽凸極鐵心的凸極與轉軸交叉。接線盒設在機座上。控制器可與接線盒設在一起，也可以設在端蓋內側，也可以單獨設在機座上。電機用I至3個風扇或液體冷卻裝置冷卻，和/或，在機殼上設散熱片散熱。
圖I、圖2、圖3為本發明第一實施例結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。第一實施例參見圖I電機整體結構平面示意圖，圖2雙凸極開關磁阻無刷發電電動機第一段定、轉子橫截面結構示意圖，圖3雙凸極開關磁阻無刷發電電動機第二段定、轉子橫截面結構示意圖。一種自勵式開關磁阻無刷發電電動機組，主要包括啟動裝置(I)、前端蓋(2)、風扇(3)、軸承(4)、雙段結構的雙凸極開關磁阻無刷發電電動機(5至14、21、22)、機座
(15)、永磁激磁發電機(16至19)、後端蓋(20)和轉軸(23)組成，雙凸極開關磁阻無刷發電電動機與永磁激磁發電機、啟動裝置共軸。雙段結構的雙凸極開關磁阻無刷發電電動機主要包括定子磁場繞組(5)、轉子電樞繞組￠)、定子磁場鐵心(7)、轉子電樞鐵心(8)、控制器(9)、定子電樞繞組(10)、轉子磁場繞組(11)、導線(12)、定子電樞鐵心(13)、轉子磁場鐵心(14)和轉子位置傳感器(21、22)，定子磁場鐵心有6個或6個以上數量為偶數的凸極，定子磁場鐵心上繞有定子磁場繞組，組成定子磁極；轉子電樞鐵心有4個凸極，轉子電樞鐵心上繞有轉子電樞繞組，組成轉子電樞；定子電樞鐵心有6個凸極，定子電樞鐵心上繞有定子電樞繞組，組成定子電樞；轉子磁場鐵心有4個凸極，轉子磁場鐵心上繞有轉子磁場繞組，組成轉子磁極；定子磁極與轉子電樞同段設置，定子電樞與轉子磁極同段設置；定子磁極的凸極數量與定子電樞的凸極數量相同，而且定子磁極的凸極與定子電樞的凸極軸向對齊；轉子磁極的凸極數量與轉子電樞的凸極數量相同，而且轉子磁極的凸極與轉子電樞的凸極軸向對齊；能與轉子電樞的凸極同時對齊的定子磁極的凸極的定子磁場繞組用同相勵磁電源連接，組成由3相勵磁電源分別供電的定子磁極；轉子電樞的相數與轉子電樞的凸極數量相同，轉子磁極的相數與轉子磁極的凸極數量相同，轉子磁場相繞組與軸向並列的轉子電樞相繞組用導線串聯；轉子位置傳感器由定子(21)和轉子(22)兩部份組成，轉子位置傳感器的轉子固定在轉軸上或轉子鐵心的一側，轉子位置傳感器的定子固定在端蓋；控制器的電路主要由位置處理單元和功率邏輯開關單元組成閉環控制系統，以調節和控制電機的轉速。來自位置傳感器的控制信號經信號處理單元處理後，送到功率邏輯開關單元，用作控制電機各相勵磁繞組的通、斷電。控制器中包含了功率變換器、位置處理器及相驅動器三部份。永磁激磁發電機主要包括激磁電樞繞組(16)、激磁電樞鐵心(17)、永磁體(18)、磁軛(19)，激磁電樞鐵心為凸極式鐵心，激磁電樞鐵心上繞有激磁電樞繞組，組成凸極式激 磁電樞，激磁電樞固定在機座和/或端蓋上；磁軛固定在轉軸上，磁軛上設有S極與N極相間排列的永磁體。兩個風扇固定在轉軸上，一個風扇位於前端蓋的內側，另一個風扇設在永磁激磁機和開關磁阻電機之間。啟動裝置是一種槓桿式啟動裝置，與超越離合器一起設在轉軸上。轉軸通過軸承定位於前端蓋和後端蓋。機座上設有散熱片。接線盒設在機座的外偵U。前端蓋和後端蓋分別設有進風口和出風口。開關磁阻電機的定子磁場鐵心、定子電樞鐵心、轉子電樞鐵心、定子磁場鐵心和永磁激磁機的激磁電樞鐵心為直槽凸極鐵心，鐵心用矽鋼片疊壓而成。磁場繞組和電樞繞組用漆包銅線繞制而成，導線為銅線。
權利要求
1.一種自勵式開關磁阻無刷發電電動機組，主要包括啟動裝置(I)、前端蓋(2)、風扇(3)、軸承(4)、雙段結構的雙凸極開關磁阻無刷發電電動機(5至14、21、22)、永磁激磁發電機(16至19)、機座(15)、後端蓋(20)和轉軸(23)組成，其特徵是雙凸極開關磁阻無刷發電電動機與永磁激磁發電機、啟動裝置共軸。
2.根據權利要求I所述雙段結構的雙凸極開關磁阻無刷發電電動機，主要包括定子磁場繞組(5)、轉子電樞繞組￠)、定子磁場鐵心(7)、轉子電樞鐵心(8)、控制器(9)、定子電樞繞組(10)、轉子磁場繞組(11)、導線(12)、定子電樞鐵心(13)、轉子磁場鐵心(14)和轉子位置傳感器(21、22)，其特徵是定子磁場鐵心有6個或6個以上數量為偶數的凸極，定子磁場鐵心上繞有定子磁場繞組，組成定子磁極；轉子電樞鐵心有4個或4個以上數量為偶數的凸極，轉子電樞鐵心上繞有轉子電樞繞組，組成轉子電樞；定子電樞鐵心有6個或6個以上數量為偶數的凸極，定子電樞鐵心上繞有定子電樞繞組，組成定子電樞；轉子磁場鐵心有4個或4個以上數量為偶數的凸極，轉子磁場鐵心上繞有轉子磁場繞組，組成轉子磁極；定子磁極與轉子電樞同段設置，定子電樞與轉子磁極同段設置；定子磁極的凸極數量與定子電樞的凸極數量相同，而且定子磁極的凸極與定子電樞的凸極軸向對齊；轉子磁極的凸 極數量與轉子電樞的凸極數量相同，而且轉子磁極的凸極與轉子電樞的凸極軸向對齊；定子磁極的凸極數量比轉子電樞的凸極數量多2個或4個或6個，定子電樞的凸極數量比轉子磁極的凸極數量多2個或4個或6個；能與轉子電樞的凸極同時對齊的定子磁極的凸極的定子磁場繞組用同相勵磁電源連接，組成由2相或2相以上勵磁電源分別供電的定子磁極；轉子電樞的相數與轉子電樞的凸極數量相同，轉子磁極的相數與轉子磁極的凸極數量相同，轉子磁場相繞組與軸向並列的轉子電樞相繞組用導線串聯；轉子位置傳感器由定子(21)和轉子(22)兩部份組成，轉子位置傳感器的轉子固定在轉軸上或轉子鐵心的一側，轉子位置傳感器的定子固定在端蓋或機座上，或者，轉子位置傳感器的定子與控制器設在一起；控制器主要由位置處理單元和功率邏輯開關單元組成，控制器固定在端蓋或機座上。
3.根據權利要求I所述永磁激磁發電機，主要包括激磁電樞繞組(16)、激磁電樞鐵心(17)、永磁體(18)、磁軛(19)，其特徵是激磁電樞鐵心為凸極式鐵心，激磁電樞鐵心上繞有激磁電樞繞組，組成凸極式激磁電樞，激磁電樞固定在機座和/或端蓋上；磁軛固定在轉軸上，磁軛上設有S極與N極相間排列的永磁體。
4.根據權利要求I所述啟動裝置，其特徵是啟動裝置為盤式啟動裝置或槓桿式啟動裝置或搖杆式啟動裝置或拉繩式啟動裝置。
5.根據權利要求2所述雙段結構的雙凸極開關磁阻無刷發電電動機，其特徵是所述發電電動機為3相6/4極或4相8/6極或2相8/4極或5相10/8極結構的發電電動機。
6.根據權利要求2所述雙段結構的雙凸極開關磁阻無刷發電電動機，其特徵是所述轉子位置傳感器為電磁式位置傳感器或光電式位置傳感器或磁敏式位置傳感器。
7.根據權利要求2所述雙段結構的雙凸極開關磁阻無刷發電電動機，其特徵是控制器的電路主要由位置處理單元和功率邏輯開關單元組成，組成開環或閉環控制系統。
8.根據權利要求I或2所述一種自勵式開關磁阻無刷發電電動機組，其特徵是所述磁場鐵心和電樞鐵心為直槽凸極鐵心或斜槽凸極鐵心，鐵心用矽鋼片疊壓而成。
全文摘要
本發明涉及一種自勵式開關磁阻無刷發電電動機組，主要包括啟動裝置(1)、前端蓋(2)、風扇(3)、軸承(4)、雙段結構的雙凸極開關磁阻無刷發電電動機(5至14、21、22)、永磁激磁發電機(16至19)、機座(15)、後端蓋(20)和轉軸(23)組成，雙凸極開關磁阻無刷發電電動機與永磁激磁發電機、啟動裝置共軸，是一種能輸出轉矩的同時，「回收」部份電能的自勵式開關磁阻無刷發電電動機組。
文檔編號H02K7/18GK102739015SQ20111008607
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月4日 優先權日2011年4月4日
發明者李貴祥 申請人:李貴祥