电动汽车调频逆变装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种机电设备，它通过设置在圆筒中的三组导轨及对应的三组滚轮形成三组同频率通断的双联开关，可以将输入的直流电逆变成相差120度的三相交流电输出。改变滚轮的转速、输出交流电的频率亦随之改变。它结构简单成本低，微电阻，少发热，可达提高电能利用率之目的。
【专利说明】电动汽车调频逆变装置
[0001]所属【技术领域】
[0002]本实用新型涉及一种机电设备，其功能是将直流电逆变成三相交流电，并具备调频功能。
[0003]技术背景:
[0004]公知流行的调频逆变器都是以半导体为硬件的电子设备，其优势明显、但缺憾亦不容忽视:技术难度大；成本高；存在一定的电阻，形成管压降，使部分有用的电能变成了有害的热能，特别是在低压高流的情况下、这种现象尤为突出。对于电动汽车，前述缺憾是制约其发展的三大瓶颈之一。
[0005]实用新型内容:
[0006]本实用新型的设计目的是:利用简单的机械结构把直流电逆变为可以变频的三相交流电，并使其具备微电阻、微能耗，发热少、温升低；结构简单、成本低廉等特征。后续效果是，可以用古老、性价比极高的三相感应电机取代现行电动汽车所普遍使用的但价格昂贵的各种电机。其设计方案如下:
[0007]技术方案是:竖直设置有较高强度的电绝缘圆筒，在圆筒内壁上钳制上、中、下三大组导电性能良好的弧形金属(如银、铜)导条，每一大组4X2 = 8条。
[0008]以最上一大组的结构为例。8条导条分作上下两小组，每小组4条，分别相隔均匀相互对称的镶嵌在圆筒内壁两个距离较近的同轴圆上，每一条相对的圆心角60度左右，间隔处镶嵌绝缘塑料条，和金属导条共同形成两个无隙圆滑导轨。
[0009]在过某一直径两端的圆筒内壁上画两条不与导条相交的母线，透过圆筒壁将位于上部圆、分别靠近两母线的两导条端、分别用导线联通，并分别联接直流电源的正负极。透过圆筒壁再用导线将位于下部圆、两母线所决定的弦切面两侧的两导条分别联通，两联通端分别与负载L1的两端联通。
[0010]设置电容C1，并联在靠近负载L1的两端。
[0011]与上述第一大组的结构相同、方位相同，相隔一定的间距、在圆筒内壁上均匀镶嵌第二、第三大组弧形金属导条及绝缘塑料条。俯视这三大组导条、它们在水平面上形成4条完全重叠的投影。电联通:和U、C1联法相同，分别联通L2、C2 ;L3、C3，其他与第一大组完全相同。U、L2、L3分别是三相电机的三个绕组，C1^C2, C3是规格相同的三个电容器。
[0012]设置圆筒的中心转轴。转轴通过其两端的轴承限位于圆筒的轴心线处。在轴上固定3条电绝缘横担条架，分别与转轴垂直，长度略小于圆筒内径。其分布间距及方位是:分别一一对应圆筒内壁上的三大组导条，分别与转轴决定的空间平面均匀间隔，准确互成60度。
[0013]在横担条架的两端分别活动设置导电性能良好的金属滚轮，共2X3 = 6个，每个滚轮都可以滚压对应大组上下两小组导条，使电流可以通过滚轮在上下两导条间导通。所谓‘活动设置’是指，滚轮 的转轴可以沿圆筒的半径向有一定幅度的自由活动空间，以便滚轮在随横担条转动时，在离心力的作用下滚压导条，形成良好的电接触。
[0014]立式可调速小型直流电机和中心转轴活动联接。[0015]有益效果:采用以上设计，可以用简单、低成本的机械结构把直流电逆变成可以变频的三相交流电，同时具备微电阻、微能耗、发热少、温升低等特点。这样、就可以解决电动汽车发展普及三大瓶颈中的两项:1、替代有一定电阻、有较多耗电和发热、昂贵的半导体电子设备；2、用性价比极高的三相感应电机取代昂贵的各种现行车用电机。
[0016]以下结合附图对本发明作进一步的说明。
[0017]【专利附图】
【附图说明】:
[0018]图1是本实用新型的原理图；
[0019]图2是本实用新型的结构示意图；
[0020]图3是滚轮和横单条架的位置关系侧视图；
[0021]图4是滚轮和横单条架的位置关系俯视图。
[0022]其中，1、直流电源正极；2、三相电机绕组；3、电容器；4、直流电机；5、转轴；6、横担条架；7、滚轮；8、直流电源负极；9、圆筒。
[0023]【具体实施方式】:
[0024]为了便于说明，依照原理图1叙述其工作过程及工作原理。U、L2, L3分别是感应电动机的三相绕组，Kp K2、K3是对应的双联按键开关。
[0025]以L1为例，当K1向左按通Sp S3时，L1中将出现由左向右的电流，向右按通S2，S4时，L1中将出现由右向左的反向电流。电容C1可以消除高次谐波。当&按一定的时间规律(占空比)周期性的左右通断时，L1中就会出现类正弦波交变电流。同理，L2, L3中也会出现同样的类正弦波交流电。
[0026]准确控制Kp K2, K3，使其以相同的频率、依次相差三分之一周期的时间左右开关，类正弦波三相交流电就会形成。很显然，此交流电的频率将随着双联开关的开关频率的改变而改变。
[0027]这里要重复说明:感性元件L和容性元件C的共同点是都有储能能力，方波交流电通过时，都有阻抗和电流，所不同的是两者的阻抗和电流存在180度的相位差(反相)。上述的共同点和不同点是在L中形成类正弦波电流的原因。如果把感性元件L换成纯电阻R，且不设容性元件C，电阻R中出现的将是有一定占空比的方波。
[0028]以下根据上述原理叙述本发明的具体结构及工作过程。
[0029]如图2，竖直设置有较高强度的绝缘塑料圆筒9。自上而下在圆筒内壁上画三组、每组2个共6个同轴圆。同组内的两圆相距较近、例如2cm，组与组相距较远、例如3cm。
[0030]设置三大组导电性能良好、规格相同的弧形金属导条，共4X2X3 = 24条，每一个圆上间隔均匀、相互对称的镶嵌4条，每条所对的圆心角都是60度左右。俯视，24条导条在水平面上形成4条完全重叠的投影。在同一个圆上的两导条相间处，镶嵌弧形绝缘塑料条，和金属导条无缝衔接，共同形成圆滑的导轨，以便下述的滚轮沿导轨滚动。
[0031]为了便于叙述，我们选定两个参考系:过圆筒9某一内直径的两端画两条不和金属导条相交的母线a、b,及由a、b决定的弦切面M。
[0032]以圆筒中部两个圆上的第二大组导条为例。对于其较上部圆上的4根导条，透过圆筒壁用导线将靠近母线a的两导条端联通。同样、将靠近母线b的两导条端联通，而后将两联通线分别联接直流电源正极I和负极8。对于较下部圆上的4根导条，用导线透过圆筒壁、将界面M同侧的导条两两分别联通，联通线分别与三相电机的一个绕组2两端联通。[0033]在靠近与绕组2联通的位置并联电容3。
[0034]完全依照第二大组导条和直流电源、绕组、电容的联线结构分别使第一、第三两大组导条与直流电源及对应的绕组、电容联通。
[0035]需要指出的是，电容3属于本发明，绕组2是本发明的服务对象。
[0036]转轴5通过其两端轴承限位于圆筒9的轴心线处。
[0037]在转轴5上刚性固定3条电绝缘横担条架6，长度略小于圆筒内径。其间距及方位:分别一一对应圆筒9内壁上的的三大组导条，分别与转轴5决定的空间平面间隔均匀，如图2、准确互成60度。
[0038]如图2，在横担条架6的两端设置导电性能良好的金属滚轮7，共3组6个。滚轮可以滚压所对应的同一大组的上下两导条，作用等同于图1中的双联按键开关、使电流可以通过滚轮在两导条间导通。
[0039]转轴5的下端和立式小功率(例如10W)可调速直流电机4活动联接。
[0040]如图3、图4，滚轮7通过支架限位于横单条架6的两端，支架上的限位孔呈长条形，使滚轮可以沿圆筒9的半径向有一定的活动空间。
[0041]当电机4带动转轴5转动时，在离心作用下、滚轮自然协调的滚压而不是强制滚压导条，保证电接触良好，依次循环联通不同方位的导条。
[0042]如图2，以最上部第一大组导条的结构为例，当滚轮7滚压到图示位置时，左右两滚轮及左右4导条形成了一组双联按键开关。电流依次经过直流电源的正极1、左上(圆)导条、左滚轮、左下(圆)导条、位于上方的绕组2 (U)、导线、右下(圆)导条、右滚轮、右上(圆)导条、直流电源负极8。使绕组2(L1)中的电流由上向下流通；转轴5转过90度的位置，上方绕组2(Li)中则会呈现由下向上的反向电流(为了便于查看、可参图中第二大组的导电状态)。
[0043]在直流电源通过导条和滚轮向绕组2供电的过程中，在滚轮滚触某一导条的瞬间，电源要先给电容3充电。充电电流逐渐减小的同时，绕组2中的电流逐渐增大。当电容3中充满电荷储有最大电场能时，绕组2中电流达最大储有最大磁场能。当滚轮滚到两导条间的绝缘塑料条上时直流电源断开，原来并联的绕组和电容，构成LC回路，释放电场能、磁场能，转换为在绕组2中做功的逐渐减小的电流。这段电流要填补直流电源断开时的时间空挡。显然、流过绕组2的电流是由小到大再到小的类正弦波交流电。理论和实验都证明，影响波形的因素有4个:绕组2的L值；电容3的C值；频率及负载的大小。综合其他3个因素选取适当的电容3:在电器性能要求较低的地方选取一定大小的固定电容，要求较高的地方选取可自动控制的可变电容。
[0044]如图2、转轴5每转90度，绕组L中的电流方向就要改变一次，每转180度就会形成一个完整的类正弦波，即完成一个交流电周期，故、180度的空间角对应360度电相角。相互间隔60度的三组滚轮压触三大组导条，输出的电流是相互独立的，电相角相差120度的交流电，可供三相交流电机使用。
[0045]自动或手动调整电机4的转速、上述交流电的周期和频率也将随之变化。
[0046]显然，上述结构不但能把直流电逆变成可以变频的交流电，而且容易形成良好的电接触，故少耗电、少发热，同时具备结构简单、成本低廉等特点。
【权利要求】
1.一种电动汽车调频逆变装置，是在竖直放置的绝缘圆筒内，设置金属导条和金属滚轮等，其特征是:4X2X3 = 24条弧形金属导条镶嵌在一个竖直放置的绝缘圆筒内壁上的2X3 = 6个同轴圆上，每个圆上4条，每条对60度左右的圆心角且均匀间隔，间隔处镶嵌同规格的绝缘塑料条、和金属导条共同形成6条无隙导轨，24条导条在水平面上形成4条完全重叠的投影，自上而下每两条一组、6条导轨分作3组；存在通过圆筒某一直径、但不与导条相交的弦切面，对于每组内较上部的圆导轨、靠近弦切面的两导条端用导线两两联通后分别联接直流电源的正负极，对于每组内较下部的圆导轨，弦切面两侧的导条分别两两联通后再分别联负载的两端；设置圆筒的中心转轴，在转轴上固定3条略短于直径的绝缘横单条架:分别一一对应各组导轨，分别与转轴决定的空间平面均匀间隔60度；在横单条架两端分别装可以活动的金属滚轮，滚轮可以滚压对应组的上下两条导轨。
【文档编号】H02K47/02GK203734503SQ201320259202
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年5月2日 优先权日:2013年5月2日
【发明者】马跃锋 申请人:马跃锋