专利名称：一种电磁调速机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机电一体化的电磁调速驱动系统，尤其涉及一种电磁调速机，可以广泛应用于各种需要调速驱动的领域。
背景技术：
据统计，我国单产能耗是发达国家的5倍，且长期居高不下，而电能的严重浪费是其主要原因之一。以大型风机、水泵为例，其驱动电动机电压为交流3 IOkV的高电压，功率达到3000kW以上，过去由于长期采用恒速驱动，浪费了大量电能，近年来人们广泛采用变频调速电源供电，在风机、水泵低流量输出时使电动机低速运行，使电源实现低功率输出，从而节约了电能。但是采用变频调速电源受到诸多限制:一是从电动机传递给负载的所有电能都要经过变频电源进行功率变换，而进行功率变换的核心部件是高性能的电力电子开关器件，这些高性能的电力电子开关器件都依赖进口，所以其价格长期居高不下；二是这些电力电子开关器件会产生较大的电能损耗，并且受温度、电压、电流的冲击，很容易损坏，造成变频电源的故障率较高；三是变频电源的技术要求高，结构复杂，所以成本很高；四是由于电力电子器件工作在开关状态，产生了大量的谐波污染和电磁干扰，严重影响电网的供电质量，而且随着变频电源功率的增大，造成的不良影响更加严重；五是随着变频电源的容量和电压不断提高，电力电子器件的耐压和容量已不能满足要求。近年来出现一种永磁调速驱动器可以部分克服这些技术缺陷。这类永磁调速驱动器采用永磁体产生磁场，磁场穿过气隙把主、从动轴耦合在一起，通过调节气隙来调节耦合磁场的大小从而实现调速。其主要缺点有:一是永磁体体积较小，产生的转矩较小，调速范围有限；二是永磁体受热和长期运行会产生退磁甚至失磁现象；三是调节气隙的机械装置结构复杂。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术不足，提供一种成本低、结构简单、经久耐用、实施方便、高效节能、调速范围宽、不受电压和功率等级限制、所有部件都是国产的电磁调速机。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种电磁调速机，由电磁调速机本体和直流励磁电路组成。所述电磁调速机本体由内转子、外转子、内转子轴、外转子轴、轴承、组合轴承、导电滑环、电刷、导线、转速传感器、机壳和机座构成；所述直流励磁电路由可控整流电路、电流传感器、电抗器、控制电路和连接导线构成。所述内转子包括鼠笼绕组和铁芯，与传统鼠笼式交流异步电动机的转子相同；所述内转子套在内转子轴上；所述内转子轴通过两个轴承安装在机壳和外转子端盖上；所述机壳固定在机座上。所述外转子包括集中绕组、铁芯磁极、铁芯磁轭、外转子壳、外转子支撑板和外转子端盖。所述集中绕组采用铜或铝导线绕制，所述铁芯磁极和铁芯磁轭采用硅钢片；所述集中绕组绕在所述铁芯磁极上，集中绕组数量与铁芯磁极数量相等，都是偶数，通过连接所述集中绕组与直流励磁电路的正、负输出端子，使所述两个相邻铁芯磁极的极性相反。所述外转子固定在外转子壳上，所述外转子壳通过外转子支撑板固定在外转子轴上，所述外转子轴通过一个轴承套在机壳上；所述外转子壳通过外转子端盖和外转子轴承套在内转子轴上。所述内转子和外转子的铁芯磁极之间形成固定的气隙。在所述外转子支撑板上安装有两个导电滑环，在所述机壳上安装有两个电刷，所述两个电刷与两个导电滑环的表面保持滑动接触；在与所述导电滑环相接触的外转子支撑板上开两个支撑板孔，使所述导电滑环与外转子的集中绕组通过导线连接在一起；在所述机壳上开一个机壳孔，使所述两个电刷通过导线连接所述直流励磁电路的正、负输出端子。在所述外转子轴上安装有一个转速传感器，转速传感器通过导线与所述控制电路的信号输入端连接在一起。在所述外转子支撑板和外转子端盖上开通风孔，确保散热，通风孔形状可以是圆形、椭圆形、三角形、矩形、弧形、梯形。所述内转子轴和外转子轴通过一个组合轴承连接在一起，所述组合轴承由两个并列的滚动轴承外套一个钢管构成，所述内转子轴和外转子轴分别套在所述两个并列的滚动轴承中，确保所述内转子轴和外转子轴之间自由地相对转动，并保证所述内转子轴和外转子轴的机械稳定性。所述可控整流电路与传统可控整流电路相同，可以是单相或三相；所述可控整流电路由单相或三相交流电源供电；所述可控整流电路通过所述电抗器连接在所述电刷上，为所述电磁调速机本体提供大小可控的直流励磁电流If;所述可控整流电路的控制端与控制电路的信号输出端相连，所述控制电路的信号输入端分别与所述电流传感器和转速传感器的信号输出端相连。所述电磁调速机在使用时，所述内转子轴连接在驱动电动机的轴上，所述外转子轴连接在驱动负载的轴上。本实用新型的有益效果是:1.本实用新型可以广泛应用于各种需要调速驱动的旋转机械负载上，如风机、水泵、输油泵，提升机、皮带运输机、刮板输送机、电动汽车和轨道交通等负载，具有成本低、结构简单、经久耐用、实施方便、高效节能、调速范围宽、不受电压和功率等级的限制、所有部件都是国产等优点。在电动机转速不变的情况下，通过调节励磁电流If的大小来调节负载转速，可以取代当前人们广泛使用的变频调速驱动装置。2.通过调节励磁电流为零,让电动机空载起动，当电动机达到额定转速后,逐步增大励磁电流，使负载稳定加速到所需转速。可以显著降低电动机起动过程中的电流冲击、电动机线圈发热和机械冲击。3.通过对励磁电流和转速的检测，实现励磁电流和转速的精确控制，适用于需要精密调速的机械负载。4.所有电动机传递给负载的能量都是通过坚固的内、外转子之间的磁场进行传递，而不是通过传统的机械连接来传递转矩，不但设备的振动和噪声大大降低，而且克服了变频调速装置中所有能量都要通过脆弱的电力电子开关进行传递的问题，从而大大提高了设备的可靠性。而只有很小的励磁磁场能量需要通过简单的励磁电路来传递，励磁电路由使用最普遍、最可靠、最廉价、完全是国产的晶闸管组成的单相或三相可控整流电路来实现。5.克服了变频调速装置引起的谐波污染和电磁干扰问题。6.制造本实用新型的电磁调速机也非常方便,其制造工艺完全可以采用现有制造鼠笼式交流异步电机的技术标准，其鼠笼转子、机壳和基座完全可以采用现有鼠笼式交流异步电机的鼠笼转子、机壳和基座。其制造滑环和电刷的工艺比现有直流电机的制造工艺更加简单，因为不需要换向，因而不会产生火花。其总的制造成本、运行成本和维护成本远远低于当前人们广泛使用的变频调速装置。7.克服了现有永磁调速驱动器的转矩小、调速范围窄、永磁体受热和长期运行会产生退磁甚至失磁、调节气隙的机械装置结构复杂等缺陷。
图1是本实用新型的实施例结构示意图；图2是图1中电磁调速机本体的的A-A’剖视图；图3是图1此按此调速机本体的B-B’剖视图；图4是图1中的组合轴承的结构示意图；图5是图4中的C-C’剖视图；图6是图2中的四个磁极(两对磁极)的电磁调速机本体的A-A’剖视图；图7是图1中去掉外转子端盖和轴承的电磁调速机本体结构示意图；图8是图1中内、外转子位置互换的电磁调速机本体的结构示意图；图9是图8中的A-A’剖视图；图10是图9中的四个磁极(两对磁极)的电磁调速机本体的A-A’剖视图。图中，1-电磁调速机本体；2_直流励磁电路；2-1-电流传感器；3_内转子；3-1-内转子鼠笼绕组；3-2_内转子铁芯；4_外转子；4-1_外转子集中绕组；4-2_外转子铁芯磁极；4-3-外转子铁芯磁轭；4-4_外转子壳体；4-5_外转子支撑板；4-6_外转子端盖；4_7_支撑板孔；5-气隙；6-内转子轴；7_外转子轴；8_机壳；8-1_机壳孔；9_机座；10_轴承；11_外转子轴承；12_组合轴承；13_导电滑环；14_电刷；15_导线；16_转速传感器。
具体实施方式
实施例一:参照附图1、2，一种电磁调速机，由电磁调速机本体I和直流励磁电路2组成。电磁调速机本体I由内转子3、外转子4、内转子轴6、外转子轴7、机壳8、机座9、轴承10、外转子轴承11、组合轴承12、导电滑环13、电刷14、导线15、转速传感器16构成；直流励磁电路2由可控整流电路、电流传感器2-1、电抗器、控制电路和连接导线构成。所述内转子3包括鼠笼绕组3-1和铁芯3-2，与传统鼠笼式交流异步电动机的转子相同；所述内转子3套在内转子轴上6 ;所述内转子轴6通过两个轴承10、11安装在机壳8和外转子端盖4-6上；所述机壳8固定在机座9上。所述外转子4包括集中绕组4-1、铁芯磁极4-2、铁芯磁轭4_3、外转子壳4_4、外转子支撑板4-5和外转子端盖4-6。所述集中绕组4-1采用铜或铝导线绕制，所述铁芯磁极4-2和铁芯磁轭4-3采用硅钢片；所述集中绕组4-1绕在所述铁芯磁极4-2上，集中绕组数量与铁芯磁极数量相等，都是偶数，通过连接所述集中绕组4-1与直流励磁电路2的正、负输出端子，使所述两个相邻铁芯磁极4-2的极性相反。所述外转子4固定在外转子壳4-4上，所述外转子壳4-4通过外转子支撑板4-5固定在外转子轴7上，所述外转子轴7通过一个轴承10套在机壳8上；所述外转子壳4-4通过外转子端盖4-6和外转子轴承11套在内转子轴6上。所述内转子3和外转子4的铁芯磁极4-2之间形成固定的气隙5。参照附图3，在所述外转子支撑板4-5上安装有两个导电滑环13，在所述机壳8上安装有两个电刷14，所述两个电刷14与两个导电滑环13的表面保持滑动接触；在与所述导电滑环13相接触的外转子支撑板4-5上开两个支撑板孔4-7，使所述导电滑环13与外转子的集中绕组4-1通过导线15连接在一起；在所述机壳8上开一个机壳孔8-1，使所述两个电刷14通过导线连接所述直流励磁电路2的正、负输出端子。在所述外转子轴7上安装有转速传感器16，转速传感16的信号输出端通过导线与所述控制电路的信号输入端连接在一起。在所述外转子支撑板4-5和外转子端盖4-6上开一些通风孔，确保散热，通风孔形状可以是圆形、椭圆形、三角形、矩形、弧形、梯形。参照附图1、4、5，所述内转子轴6和外转子轴7通过一个组合轴承12连接在一起，所述组合轴承由两个并列的滚动轴承外套一个钢管构成，所述内转子轴6和外转子轴7分别套在所述两个并列的滚动轴承中，确保所述内转子轴6和外转子轴7之间自由地相对转动，并保证所述内转子轴6和外转子轴7的机械稳定性。所述直流励磁电路2的可控整流电路与传统可控整流电路相同，可以是单相或三相，由单相或三相交流电源供电；所述可控整流电路通过所述电抗器连接在所述电刷14上，为电磁调速机本体I提供大小可控的直流励磁电流If ;可控整流电路的控制端与控制电路的信号输出端相连，所述控制电路的信号输入端分别与所述电流传感器2-1和转速传感器的信号输出端相连。实施例二:参照附图6, —种电磁调速机的另一种实施例。将实施例一中外转子4的两个铁芯磁极4-2增加为四个，通过连接铁芯磁极上的集中绕组4-1与直流励磁电路2的正、负输出端子，使相邻两个铁芯磁极4-2的极性相反。依此类推，可以将铁芯磁极数量增加为六个、八个、十个、十二个，等等。实施例三:参照附图7，一种电磁调速机的另一种实施例。将实施例一中外转子端盖4-6和所连接的轴承10去掉，使外转子4成为杯形结构。实施例四:参照附图8、9，一种电磁调速机的另一种实施例。将实施例一中内、外转子位置互换，即外转子4采用鼠笼绕组结构，内转子3采用集中绕组结构。将导电滑环13、电刷14、导线15和转速传感器16置于内转子轴6上。实施例五:参照附图10, —种电磁调速机的另一种实施例。将实施例四中内转子3的两个铁芯磁极3-2增加为四个，通过连接所述集中绕组3-1与直流励磁电路2的正、负输出端子，使相邻两个铁芯磁极3-2的极性相反。依此类推，可以将铁芯磁极3-2的数量增加为六个、八个、十个、十二个，等等。
权利要求1.一种电磁调速机，由电磁调速机本体和直流励磁电路组成，其特征在于，所述电磁调速机本体由内转子、外转子、内转子轴、外转子轴、轴承、组合轴承、导电滑环、电刷、导线、转速传感器、机壳和机座构成；所述直流励磁电路由可控整流电路、电流传感器、电抗器、控制电路和连接导线构成；所述内转子包括鼠笼绕组和铁芯，与传统鼠笼式交流异步电动机的转子相同；所述内转子套在内转子轴上；所述内转子轴通过两个轴承安装在机壳和外转子端盖上；所述机壳固定在机座上；所述外转子包括集中绕组、铁芯磁极、铁芯磁轭、外转子壳、外转子支撑板和外转子端盖；所述集中绕组采用铜或铝导线绕制，所述铁芯磁极和铁芯磁轭采用硅钢片；所述集中绕组绕在所述铁芯磁极上，集中绕组数量与铁芯磁极数量相等，都是偶数，通过连接所述集中绕组与直流励磁电路的正、负输出端子，使所述两个相邻铁芯磁极的极性相反；所述外转子固定在外转子壳上，所述外转子壳通过外转子支撑板固定在外转子轴上，所述外转子轴通过一个轴承套在机壳上；所述外转子壳通过外转子端盖和外转子轴承套在内转子轴上；所述内转子和外转子的铁芯磁极之间形成固定的气隙；在所述外转子支撑板上安装有两个导电滑环，在所述机壳上安装有两个电刷，所述两个电刷与两个导电滑环表面之间保持滑动接触；在与所述导电滑环相接触的外转子支撑板上开两个支撑板孔，使所述导电滑环与外转子的集中绕组通过导线连接在一起；在所述机壳上开一个机壳孔，使所述两个电刷通过导线连接所述直流励磁电路的正、负输出端子；在所述外转子轴上安装有一个转速传感器，转速传感器的信号输出端通过导线与所述控制电路的信号输入端连接在一起；在所述外转子支撑板和外转子端盖上开一些通风孔，确保散热，通风孔形状可以是圆形、椭圆形、三角形、矩形、弧形、梯形；所述内转子轴和外转子轴通过一个组合轴承连接在一起，所述组合轴承由两个并列的滚动轴承外套一个钢管构成，所述内转子轴和外转子轴分别套在所述两个并列的滚动轴承中，确保所述内转子轴和外转子轴之间自由地相对转动，并保证所述内转子轴和外转子轴的机械稳定性；所述可控整流电路与传统可控整流电路相同，可以是单相或三相，由单相或三相交流电源供电；所述可控整流电路通过所述电抗器连接在所述电刷上，为所述电磁调速机本体提供大小可控的直流励磁电流If ;所述可控整流电路的控制端与控制电路的信号输出端相连，控制电路的信号输入端分别与电流传感器和转速传感器相连；所述电磁调速机在使用时，所述内转子轴连接在驱动电动机的轴上，所述外转子轴连接在驱动负载的轴上。
2.根据权利要求1所述的一种电磁调速机，其特征在于将外转子的两个铁芯磁极增加为四个，通过连接铁芯磁极上的集中绕组与直流励磁电路正、负输出端子，使相邻两个铁芯磁极的极性相反。
3.根据权利要求1所述的一种电磁调速机，其特征在于将外转子端盖和所连接的轴承去掉，使外转子成为杯形结构。
4.根据权利要求1所述的一种电磁调速机，其特征在于将内、外转子位置互换，即外转子采用鼠笼绕组结构，内转子采用集中绕组结构；将导电滑环、电刷、导线和转速传感器置于内转子轴上。
5.根据权利要求4所述的一种电磁调速机，其特征在于将内转子的两个铁芯磁极增加为四个。
专利摘要一种电磁调速机，包括电磁调速机本体和直流励磁电路。电磁调速机本体由内转子、外转子、内转子轴、外转子轴、轴承、组合轴承、导电滑环、电刷、导线、转速传感器、机壳和机座构成；直流励磁电路由可控整流电路、电流传感器、电抗器、控制电路和连接导线构成。内转子与外转子的铁芯磁极之间有固定气隙。在外转子支撑板上安装有两个导电滑环，两个电刷与两个导电滑环的表面保持滑动接触；导电滑环与外转子的集中绕组相连，直流励磁电路的正、负输出端与两个电刷相连。内、外转子轴通过组合轴承连在一起。本实用新型的有益效果是取代变频器，提供高效节能、坚固可靠、成本低廉、可空载起动、无电磁干扰的电机调速方法。
文档编号H02K1/20GK203166715SQ20122066562
公开日2013年8月28日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者杨玉岗 申请人:杨玉岗