专利名称：多相正脉冲变速电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型所述的多相正脉冲变速电动机，是一种具有多相正脉冲、其频率、幅值、宽度均可调节并可无级变速，适用于交、直流两种电源的新型正脉冲电动机。
目前在该技术领域中广泛应用的是两种电动机；一种为无刷直流电动机，另一种为可控硅无换向器电动机。上述两种电动机中无刷直流电动机具有宽速比、长寿命、优性能、无火花、低噪音等优点，但也存在着许多缺点；以晶体管无刷直流电动机为例，其电枢绕组只有25％～33％的利用率或载流率，并且体积大、效率偏低。对于可控硅无换向器电动机，虽然具有宽速比、大中小功率适应性强、寿命长等优点；但存在着主电路复杂、价格昂贵、并需引进强关逆变电路等问题。针对现有技术中所存在的问题进行新的设计，研制一种结构简单的新型多相正脉冲变速电动机是十分必要的。
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种宽速比、长寿命、优性能、无火花、低噪音、体积小、载流率高、电路简单、价格低廉的新型多相正脉冲变速电动机。本实用新型所述的变速电动机取消逆变电路、采用廉价可靠、仅由可控硅构成的移相器或斩波器；从而可适用于由直流、单相交流、三相交流、中频等任何电源供电的新型多相正脉冲变速电动机。
本实用新型所述的多相正脉冲变速电机动，其结构由电机体、主电路和控制电路所组成。电机体由机座、定子铁芯、正励绕组、转子铁芯、转轴、差励绕组所组成。控制电路是由转子位置检测器、移相器所构成的电子触发电路；主电路为多相斩波器和多相移相器两种。本实用新型所述的定子铁芯和转子铁芯分为单定子铁芯、双定子铁芯和单转子铁芯、双转子铁芯。当为双定子铁芯和双转子铁芯时，可共装于单个机座内。本实用新型所述电动机的转子具有四种不同结构即永磁凸极式双转子共轴；永磁凸极式单转子；他励磁场绕组凸极式双转子共轴；他励磁场绕组凸极式单转子。本实用新型所述装于同一机座内的双定子铁芯采用凸极式，铁芯的线槽里嵌有多相电枢绕组，特别是具有正、反两个方向励磁双绕组。并且取差励绕组安匝数等于正励绕组安匝数百分之五；即 ＝5％AW。转子铁芯采用永磁凸极式双转子共轴，多种方式功率电子开关装于主电路内。直流供电时使用多相斩波器、交流供电时使用多相移相器；控制电路即由转位检测器、移相器等构成的电子触发电路与主电路相匹配，从而获得三相1～2脉冲式、六相3～4脉冲式、四相2～3脉冲式的双定子永磁变速电动机，其电枢绕组的载流率为Ki＝50％～62.5％。本实用新型所述在电机的机座内采用单铁芯，其结构为凸极式或隐极式；铁芯的线槽里嵌有多相电枢绕组，该绕组为正、反两个方向励磁场的双绕组，并取正励绕组安匝数等于差励绕组安匝数，即AW＝ ；转子铁芯采用永磁凸极式单转子。主电路为多相斩波器或多相移相器。控制电路即由转位检测器、移相器等构成的电子触发电路与主电路相匹配。从而获得四相2脉冲式、六相3脉冲式、八相4脉冲式的单定子永磁变速电动机，其电枢绕组载流率为Ki＝50％。本实用新型所述的在他励磁场绕组中的电磁式转子上面具有电刷滑环结构。
本实用新型提供了一种多相正脉冲变速电动机；其结构实质为现代无刷直流电动机的变革，它与传统的整流子直流电机、异步电机、同步电机皆有质的不同，后者的电枢绕组中流过的是单相或三相交流，例如直流电机电枢绕组中流过的是经换向器逆变的交流。但是本电机和无刷直流电动机中流过的则是单方向的正脉冲，其频率(指每秒脉冲数)幅值、宽度等都可以调节，结合电机结构定子、转子形式变化、选取不同的相数和正脉冲数，据对称非对称磁极，单个或两个平行的园形旋转磁场原理，创造出新颖的优性能低价格比变速电动机，其实质为自调频同步机。
本实用新型的特点如下(1)本实用新型保留无刷直流电动机的优点，含宽速比、长奉命、优性能、无火花、低噪音等；克服其缺点，诸如3晶体管无刷直流电动机，其电枢绕组只有33.3％的利用率或载流率，4晶体管无刷直流电动机仅有25％载流率，故其体积较大，效率偏低。
(2)本实用新型保留可控硅无换向器电动机(一种自调频同步机)的优点，宽速比、大中小功率都适用，长寿命等；但其缺点是主电路复杂、昂贵，需引入强关逆变电路等。
(3)本实用新型取消逆变电路，并采用廉价可靠的仅由可控硅(SCR或GTO)构成的移相器或折波器，可产生由直流、交流单、三相、中频等任何电源供电的多相正脉冲变速电动机。
本实用新型共有10张附图，其中附
图1是多相正脉冲变速电动机的机械结构图附图2是附图1的A－A剖视图附图3是附图1的B－B剖视图附图4是直流供电变速电动机主电路图附图5是三相双半波变速电动机主电路图附图6是三相半控桥变速电动机主电路图附图7是八相4脉冲变速电动机主电路图附图8是变速电动机控制电路方框图附图9是变速电动机工作原理框图附图10是三相1～2脉冲变速电动机主电路图附图1～附图3中1、机座2、定子铁芯3、正励绕组4、转子位置检测器5、转子铁芯6、转轴7、差励绕组附图4～附图7中各字母含意SCR1～SCR18——可控硅 D1～D12——硅二极管SR1～SR6——饱和电抗 C1～C6——电容器C——电解电容器L——带铁芯电感W1～W8——正励绕组 ～ ——差励绕组附图8～附图10中各符号含意W——集成稳压器 Fh——高频方波发生器Tr——转子位置检测器 Lb——调宽触发器Lph——移相触发器 Gc——控制电路Mc——主电路SCR～GTR——可控硅或功率晶体管组E＝——直流电源 U～——交流电源Pe(u.i)——输入电功率 Es——电子开关BD——变速电动机f(n.m)——输出机械功率SB——开关箱MB——电动机本体K——刀开关 T1～T3——晶体三级管本实用新型的具体实施例如附图所示，其结构由(1)机械结构、(2)主电路、(3)控制电路三部分经且成第(1)部分见附图1电动机结构图。第(2)及第(3)部分合装于一个共同的开关箱SB中见附图9，下面分别进行说明(1)机械结构多相正脉冲永磁转子变速电动机之机械结构见附图1，它主要由机座1、凸极式径向、轴向分裂磁极结构之双定子铁芯2、正励绕组3、转子位置检测器4、永磁凸极转子5和转轴6所组成。在附图2和附图3中给出了本电机的轴向径向分裂磁极微分磁极式结A－A和B－B剖视图。不难看出本电机的转子为永磁凸极，径向分裂为4个磁极，依N·S·N·S极性排列，轴向分裂为两段即2个转子铁芯共轴；定子铁芯为12个微分磁极之六相绕组，左侧铁芯均为可移动极性之S极，右侧铁芯均为可移动极性之N极，每个微分小凸极上绕有2个绕组正励绕组3、以AW表示其安匝；差励绕组7、以 表示其安匝数，后者的安匝数绝对值 取为前者的5％～100％，视电动机工况而异。
(2)主电路附图1～附图3所示变速电动机，其转子凸极为永磁磁极恒定不变，取为2p＝4，双铁芯定子凸极数各为12个微分小磁极，引入不同主电路接线方法，可得三相1～2脉冲或六相3～4脉冲。上述变速电机主电路因交、直流电源不同有多种形式，但主要有两种即直流电源用斩波器和交流电用移相器。对于六相3～4脉冲变速电机在直流供电时其主电路见附图4，适合于蓄电池或其他恒压直流电源，它由6个可控硅组成六相定宽调频斩波器，每相斩波器为典型之改进型莫岗自关断电路，由关断电容C、饱和电抗器SR和可控硅SCR组成。在交流电源供电时见附图5和附图6，附图5适合于要求不高之最少可控硅数之双半波自关断移调压器，附图6为三相交流电源供电之典型半控桥移相器，具有自关断移相调压能力，但使用可控硅数较多，需6×3＝18个SCR。
在附图4和附图5中，线圈W1、W2、W3、W4、W5、W6为正励电枢绕组，用来建立附图3中的N1、N2、N3、N4、N5、N6诸同极性微分旋转磁极；线圈 为差励电枢绕组，用来抵消剩磁，实现快速变换磁极极性。对于双定子、双转子铁芯结构，将建立非对称磁极2个平行的双园环状旋转磁场， ～ 线圈中的安匝数 一般取W1～W6线圈中安匝Aw之5％～10％许。对于单定子、单转子铁芯结构，将建立对称磁极单园环状旋转磁场，一般取 ＝AW。
(3)控制电路控制电路可由附图8框图加以说明，本控制电路具有机械上几何位置测定及控制作用，在任何瞬时，转子位置检测器Tr检测出转子磁场磁轴位置，变换成一组对应的宽脉冲序列，它是由稳压电源W(集成电路组件)、高频方波发生器Fh(双三极管磁晶振荡器)转子位置检测器Tr所组成；又在电气上对主电路进行正脉冲之相位、宽度、幅值或频率数控制，它是由稳压电源W、移相触发器Lph(单晶管或三级管电路组成)或调宽触发器Lb(晶体管电路)所组成。这两者经与门电路Gc将转位讯号与主电路电压脉冲幅值或宽度讯号两者叠加，去控制可控硅或大功率三极管构成的主电路MC。后者对变速电机定子的电枢绕组进行激励，保证任何瞬时定子磁轴导前于转子磁轴某个驱动角度δ。转子位置检测器Tr有多种形式光电式、电磁式、霍尔元件式、接近开关式和微型半园环式等，本发明主要使用微型半园环式和电磁式。
(4)工作原理本变速电动机的工作原理可以附图9说明，本电机均由电机本体MB含动机定转子及转位检测器机械部分等及开关箱SB含控制电路、主电路、功率电子元件及微型电子元件等两部份组成。
输入电源以电功率Pe(u.i)的形式将电能施加于变速电机之定子电枢侧，光经开关K将电源电压施加于主电路Mc和控制电路Cc，不论是交流或直流都被改造变换成频率、宽度或幅值可调的正脉冲，依据负载不同，输出轴上转速n和转矩M的需要，将一定强度的正脉冲通过电子控制经与门电路综合、开关放大器放大，去点燃主电路中功率电子元件可控硅SCR或晶体管GTR，正脉冲以一定程序例如3～4脉冲交替。即SCR1.2.3→SCR1.2.3.4→SCR2.3.4→SCR2.3.4.5→SCR3.4.5→SCR3.4.5.6→SCR4.5.6→………这里SCR右下角的尾注阿拉伯数字代表导通的可控硅编号数。
通入附图6中6组双定子电枢绕组W1～W6和 ～ 之部分绕组中，这就形成位于两个定转子空间里的2个平行的园环形旋转磁场。由于转位检测器Tr的控制作用，由电枢绕组中通入正脉冲建立的定子磁场磁轴任何瞬时导前于转子磁场磁轴某个δ角。δ角可控决定于Tr在转子上感应半园环的宽度，一般取δ∈［90°～120°］。故本电机能够实现将输入电功率Pe(u，i)变换成转速n，转矩M皆平滑可调的机械功Pj(n，m)。实质上这是一种自调频同步电动机，除设有径向分裂磁场外，再引入轴向分裂磁场，这是为了提高正脉冲供电条件下电枢绕组的载流率Ki和磁通路，这里Ki＝导电绕组相数／绕组总相数。本变速电机在主电路为最少功率电子开关数3晶体管(即3GTR)或3SCR时，可取1～2脉冲，此时Ki＝50％；主电路为6GTR时，可取3～4脉冲，此时Ki＝58％；当定子铁芯有16个微分小磁极时，容许使用4GTR之主电路，可取2～3脉冲，此时Ki＝62.5％。
本变速电动机保留了无刷直流电动机的全部优点，但克服了其电枢绕组载流率为25％～33％较低的缺点。
为了进一步简化电机结构，容许将双定子、双转子铁芯共轴取消轴向分裂磁极，改为单定子、单转子。但此时绕组载流率将维持Ki＝50％＝常数，并且应取正励绕组安匝数恒等于差励绕组安匝数，即 ＝AW，主电路各相之导通程序修改为四相2脉冲、六相3脉冲、八相4脉冲，本八相4脉冲变速电动机采用附图7为其主电路。这是一种新系列优性能多相正脉冲永磁变速电动机。
本实用新型的另一种结构形式为多相正脉冲他励变速电动机。该变速电动机属于前述多相正脉冲永磁变速电动机的变型，仅转子磁极的磁性生成和机械结构上与永磁变速电动机稍有不同，本电机的转子磁极采用电磁铁结构之可调直流绕组他励式，在转子上增加2个滑环经电刷机构并在电机定子出线盒上增设2个他励磁场绕组引线端子所构成。
本变速电动机的转子磁极多数仍采用凸极式，必要时改为隐极式。除上述不同外，其余各部分的机械结构，主电路、控制电路、工作原理都相同或相似。但本变速电动机在调速控制上多一个自由度，多一个励磁电路可进行他励平滑调磁调速。
实施例1三相1～2脉冲变速电动机本电机为最少主电力电子开关数变速电动机。
(1)电机结构本电机的纵、横剖面见附图1、附图2和附图3，不难看出定子有2个铁芯，每个铁芯上有12个微分磁极，计及轴向分裂磁场，共有12×2＝24个主磁极，每个微分磁极上均绕有不同右下角编号的正励和差励两个线圈，取 ＝5％AW；转子结构为4极式2个永磁转子铁芯共轴。
(2)主电路取每个4对定子磁极之16个线圈依次串联，构成一相电枢绕组。例如4W1＋4W2＋ ＋ ＝W1.2＋ ，由1个大功率晶体管T1供电，见附图10。本主电路由3个晶体三极管组成亦可以用3个可控硅组成的三相莫冈斩波器替代。
本双定子铁芯之48个线圈分接成W1.2＋ ；W3.4＋ ；W5.6＋ 三组电枢绕组由三个晶体管T1；T2；T3供电，其导通程序取1－2脉冲交替式，即T1→T1.2→T2→T2.3→T3→T3.1→……(3)控制电路本电机选配转子位置检测器、移相器等构成的电子触发电路见附图8。
实施例2六相3脉冲变速电动机(1)电机结构本电机结构参见附图1，删去双定子铁芯，双转子铁芯共轴之轴向分裂磁极，简化为单定子铁芯，单转子铁芯；定子铁芯为凸极式共有12个微分磁极，每个磁极上绕有正励和差励2个线圈，取 ＝AW；转子铁芯为4极式永磁转子。
(2)主电路取每2个定子微分磁极的4个线圈依次串联，构成一相电枢绕组，即2W1＋ ＝W1＋ ；2W2＋ ＝W2＋ ；2W3＋ ＝W3＋ ；2W4＋ ＝W4＋ ；2W5＋ ＝W5＋ ；2W6＋ ＝W6＋ 。分别由6组三相可控硅半控桥供电，见附图6。其可控硅导通程序取3脉冲交替重复式，即SCR1.2.3＋SCR4.5.6＋SCR7.8.9→SCR4.5.6＋SCR7.8.9＋SCR10.11.12→SCR7.8.9＋SCR10.11.12＋SCR13.14.15→SCR10.11.12＋SCR13.14.15＋SCR16.17.18→SCR13.14.15＋SCR16.17.18＋SCR1.2.3→SCR16.17.18＋SCR1.2.3＋SCR4.5.6→…(3)控制电路本电机选配转子位置检测器、移相器等构成的电子触发电路见附图8。
权利要求1.一种多相互脉冲变速电动机；由电机体、主电路和控制电路所组成；其特征在于电机体由机座(1)、定子铁芯(2)、正励绕组(3)、转子铁芯(5)、转轴(6)、差励绕组(7)所组成；控制电路是由转子位置检测器、移相器等构成的电子触发电路；主电路为多相斩波器和多相移相器两种。
2.根据权利要求1所述的多相正脉冲变速电动机；其特征在于定子铁芯(2)和转子铁芯(5)分为单定子铁芯、双定子铁芯和单转子铁芯、双转子铁芯；当为双定子铁芯和双转子铁芯时，可共装于单个机座(1)内。
3.根据权利要求1所述的多相正脉冲变速电动机；其特征在于电动机的转子具有四种不同结构；即永磁凸极式双转子共轴；永磁凸极式单转子；他励磁场绕组凸极式双转子共轴；他励磁场绕组凸极式单转子。
4.根据权利要求1或2所述的多相正脉冲变速电动机；其特征在于装于同一机座(1)内的双定子铁芯，采用凸极式，铁芯的线槽里嵌有多相电枢绕组，特别是具有正、反两个方向励磁的双绕组；并且取差励绕组安匝数等于正励绕组安匝数百分之五，即 ＝5％AW；转子铁芯采用永磁凸极式双转子共轴，多种方式功率电子开关安装于主电路内；直流供电时使用多相斩波器、交流供电时使用多相移相器；控制电路即由转位检测器、移相器等构成的电子触发电路与主电路相匹配，从而获得三相1～2脉冲式、六相3～4脉冲式、四相2～3脉冲式的双定子永磁变速电动机，其电枢绕组的载流率为K1＝50％～62.5％。
5.根据权利要求1或2所述的多相正脉冲变速电动机；其特征在于在电机的机座(1)内采用单铁芯，其结构为凸极式或隐极式；铁芯的线槽里嵌有多相电枢绕组，该绕组为正、反两个方向励磁的双绕组，并取正励绕组安匝数等于差励绕组安匝数，即AW＝ ；转子铁芯采用永磁凸极式单转子；主电路为多相斩波器或多相移相器；控制电路即由转位检测器、移相器等构成的电子触发电路与主电路相匹配；从而获得四相2脉冲式、六相3脉冲式、八相4脉冲式的单定子永磁变速电动机，其电枢绕组载流率为Ki＝50％。
6.根据权利要求1或3所述的多相正脉冲变速电动机；其特征在于他励磁场绕组中的电磁式转子上面具有电刷滑环结构。
专利摘要本实用新型所提供的多相正脉冲变速电动机其结构由电机体、主电路和控制电路所组成。电机体由机座、双定子铁芯、正励绕组、双转子铁芯、转轴、差励绕组所组成。交、直流电源经主电路电子开关变成正脉冲对电机电枢绕组供电。控制电路由转子位置检测器、移相器等构成的电子触发电路来实现。由于本实用新型仅使用简单的移相器或斩波器而取消逆变器，故运行更为可靠，可广泛的适用于机床、造纸、风机、水泵等需要无级变速电力驱动的工业领域。
文档编号H02K16/00GK2201752SQ94220670
公开日1995年6月21日 申请日期1994年9月9日 优先权日1994年9月9日
发明者周曼金 申请人:周曼金