专利名称：差动式变极电动机的制作方法
差动式变极电动机，是一种具有硬机械特性、恒功率、变极无极变速电动机，涉及电机和机械传动变速技术领域。
众所周知交流异步感应电动机可以通过改变极对数P来改变其输出转速，但不能实现无级变速，而且极对数P也因受到电动机体积的限制而不能增大很多，使其变速范围受到很大限制。
本发明的目的是提供一种差动式恒功率变极无级变速电动机。其特征在于电动机的定子(磁极)两端装有轴承而浮动。当电动机输入三相交流电源而运转时，在转子外负载的作用下，转子对磁极产生了一个与外负载相等的反力距，使磁极(以下称旋转磁极)向转子旋转方向相反的方向转动，此时旋转磁极与转子的相对运动即为电动机的同步转速。转子输出的转速即为转子相对于机座的绝对转速同步转速-旋转磁极转速＝输出转速此时电动机的实际极对数P′已和线圈的极对数P不同电机实际极对数P′＝ (旋转磁极转速×线圈极对数P)/(转子输出绝对转速) +P电动机的实际极对数P是随着旋转磁极的旋转速度的变化而变化的;而且也不再是一个整数。如果旋转磁极作无级变速，则电动机的极对数P也无级变化为P，输出转速也作无级变速。
三相交流电动机在三相交流电源所产生的旋转磁场的作用下，磁极受到与转子输出转距相等而方向相反的反力矩，并使它与转子旋转方向相反的方向旋转，如果磁极不固定在机座上，它便不可能承受这个反力矩，从而使转子也不可能承受负载。上述变极变速是不可能实现的。
本发明的关键在于要设计一个既不消耗功，而又能承受转子的反力矩，并能控制旋转磁极转速作无级变速的机构。
在动力学上，提出了一个理想约束的概念，即理想约束在系统内的任何虚位移中的元功之和为零，但是在动力学中，这只是个假设，是从许多实际约束中抽象出来的理想模型，乞今为止，无论国际;国内尚无人能设计出此种可以称之为理想约束的，而又可以实际应用的理想机构。
本人经过多年研究和实际试验，已成功地设计出一种称为具有自锁功能的差动式活齿减速机，(已申报单项专利申请号为90223589.3)这种减速机具有自锁轮付的作用，但全部采用滚动轴承，不依靠磨擦角自锁，具有很高的机械效率，将这种减速机稍加改动，就可成为传动比为1∶1的自锁控制机构(其结构如附图
(二)所示)用来控制旋转磁极即达到了理想约束的效果。
下面就附图(一)说明本发明的传动关系一、附图(一)、(二)标注意义1、旋转磁极2、电动机转子3、三相电源导线滑环4、电动机输出轴5、与旋转磁极连结的自锁机构偏心园盘。
6、自锁机构槽轮。
7、装有滚动轴承的滑块(活齿)8、自锁机构输入件偏心转臂(与偏心园盘的偏心值相等)9、电磁滑差无级变速器的电枢10、电磁滑差无级变速器的磁极
11、电磁滑差无级变速器的线圈12、与旋转磁极连接的行星、行星架13、与转子连接的行星轮、行星架14、太阳轮15、固定齿圈16、与无级变速器连接的恒速齿圈17、自锁控制机构的锁紧圈二、传动关系说明当三相交流电源输入电动机后，在旋转磁场的作用下，转子2以同步转速旋转，而旋转磁极1因受自锁机构的控制而不能转动，此时电机以同步转速运转，不变速。与电动机转子连接的行星架、行星轮12通过太阳轮14、行星轮13、齿轮16、电枢9以恒转速转动，当需要调速时，可向电磁滑差变速器的线圈“输入一定的激磁电流，在线圈所产生的磁场作用下变速器的磁极10以一定的转速旋转，并带动自锁控制机构的偏心转臂8，偏心转臂对自锁机构有解锁作用，使偏心园盘得以旋转，其转速等于变速器磁极的转速，并以此转速带动电动机旋转磁极，使旋转磁极以一定的转速和电动转子产生一个相对运动(旋转方向相反)改变了电动机的极对数P，由于无级变速器输出的转速呈无级变速，故而电动机极对数P也呈无级变极，也达到了电动机转子作恒功率无级变速输出。
由行星轮、行星架12、13，太阳轮14，固定齿圈15的轮系，称为差动合成恒速轮系。即不论其二个输入件行星架行星轮12、13的转速怎样变化，它们传给齿圈16的转速可保持一恒定转速。其旋转方向与电动机的旋转方向相反，从而保证了整个系统的可靠变速需要。
差动式变极无级变速电动机的变速范围由配套无级变速器的变速范围所决定。本实施例采用电磁滑差无级变速器其变速范围为10∶1，即最高转速是最低转速的10倍，因此电动机的输出转速的变速范围也是10∶1，本发明可以采用任何一种无级变速器配套，其功率仅为电动机额定功率的2%左右(主要消耗在自锁机构偏心转臂承轴的磨擦损失)选用何种无级变速器为好，主要考虑结构简单、紧凑、体积小和调速方便，便于自动控制和遥控。
差动式变级无级变速电动机的机械效率由下述三方面决定1、变速电动机自身的功率因素2、自锁控制机构的机械效率3、传动轮系和无级变速器的功率变速电动机自身的功率因素，由电动机的设计规定，一般在75%左右。
自锁控制机构的机械效率是决定本发明的机械效率高低的主要因素，本发明设计的自锁机构均为滚动轴承，其磨擦系数甚微，磨擦损失在2～8%之间，随转速的变化而变化。
传动轮系和无级变速器的损失仅为2%，但因电磁滑差无级变速是恒转矩，因此其磨擦损失与转速变化无关。
上述三项合计的总损失约为35%，总的效率为65%以上，但一般变速传动技术的机械效率都不计算电动机的功率因素，故本技术的总效率可达90%以上这是目前任何一种变速传动技术所无法比拟。
本发明的优点除上述变速范围广，机械效率高2项外，还具有结构紧凑、功率不受限制，外形尺寸小，运转平稳、可靠、噪声低、制造容易、工艺成熟，不需要特殊的加工设备，或成本低廉等。而且本技术可以非常方便地实现变速自动化和遥控，是一种非常理想的恒功率无级变速电机，它可适用一切负载，必将代替目前流行的各种变速传动设备。成为新一代理想的传动变速设备。
本发明专利是发明专利申请号88106928.0专利申请的系列申请，是发明专利申请号90101004.9专利申请差动式变频发电机组专利的姐妹篇，它们同属于差动变速技术的具体应用，可以应用同一种自锁控制机构。
权利要求
1.差动式变极电动机，由一个磁极用轴承浮动的三相交流电动机，具有自锁功能的偏心控制机构，小功率无级变速器，和一套差动合成恒速轮系组成，其特征在于用轴承浮动的电动机磁极1(定子)由具有自锁功能的偏心控制机构的偏心盘5连接，并受其自锁控制，不能任意转动自锁机构的输入件偏心转臂8由小功率无级变速器的磁极10所控制，通过调节变速器的激磁电流的大小，可使无级变速作无级变速输出，通过自锁机构使电动机的磁极按所要求的转速旋转，使电动机的磁极与转子产生一个相对运动(差动)从而改变了电动机的实际极对数P，由于电动机的极对数P的改变是无级变速的，故而实现了电动机的恒功率无级变速。
2.根据权利要求1所述的偏心控制机构。由偏心园盘5、槽轮6、活齿7，偏心转臂8所组成的自锁控制机构的作用是由偏心转臂轴承外套有自锁圈17决定的。在自锁圈上加工有与活齿相等，分度相同的园弧(或平面)这些园弧与活齿端面园弧的中轴线相隔一个偏心距a，从而使活齿对偏心转臂的作用力改变了方向，消除了偏心转臂的力臂，从而达到完全机械自锁。
3.根据权利要求1所述的小功率无级变速器属在本实施例中为电磁滑差无级变速。但本发明可以配用任何一种无级变速器。也可用直流电机，交流控制电机作无级变速控制。
4.根据权利要求1所述的差动合成恒速轮系，由行星轮、行星架12、13、太阳轮14、固定齿圈15、转动齿圈16组成的差功合成恒速轮系，轮系由电动机转子和旋转磁极分别输入转速。但不论磁极和转子的转速怎样变化，都能保证转动齿圈以恒定的转速输出。如采用直流电机，交流控制电机作无级变速控制，则不必再安装本轮系。
全文摘要
差动式变极电动机的磁极(相当电动机的定子)装有轴承并和一个具有自锁功能的控制器的偏心圆盘联结，自锁控制器的一人无级变速器控制，使变极电动机的磁极按需要的转速旋转，其旋转方向与电动机的转子的旋转方向相反，由于自锁控制器的自锁作用，使旋转磁极能够承受转子承载的外负载所产生的反力矩。电动机磁极的旋转，使电动机的实际极对数P随差动转速的增大而增大，电动机转子的输出转速也因极对数的增大而实现恒功率无级变速。
文档编号H02K7/116GK1063975SQ9110085
公开日1992年8月26日 申请日期1991年2月7日 优先权日1991年2月7日
发明者李培基 申请人:李培基