專利名稱：改良型雙功能特種電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電動機，特別是一種無級調(diào)速及低轉(zhuǎn)速大扭矩的改良型雙功能特種電動機。
目前，低轉(zhuǎn)速電動機一般是有一電動機，與電動機配套有一調(diào)速機，常用的電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速需要笨重的調(diào)速設(shè)備，而且調(diào)速時需要消耗大量電能，效率很低。變頻調(diào)速設(shè)備投資高，低速調(diào)速有困難。
現(xiàn)有技術(shù)中有四種電機(1)圓盤式閥門電動裝置(實質(zhì)上是圓盤式無級調(diào)速電動機，專利號8921140.X)；(2)圓柱式特種電動機(專利號92218555.7)；(3)無級調(diào)速電動機(專利號94241682.1)；(4)改良型雙功能特種電動機，上述四種電機經(jīng)過長期實踐后，還存在一些問題。
本實用新型的目的是提供一種省材料，重量輕，效率高的改良型雙功能特種電動機。改良型雙功能特種電動機在結(jié)構(gòu)上作了重大改進，使電動機可以分別制造大小不同容量電動機，同時控制系統(tǒng)也作了重大改進，工作可靠，適合各種不同負載需要。這種改良型雙功能特種電動機是在現(xiàn)有四種專利電動機的基礎(chǔ)上，經(jīng)過長期實踐后加以重大改進，而形成現(xiàn)在這種改良型雙功能特種電動機。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的改良型雙功能特種電動機定子分裝在上、下兩只端蓋上，用在大功率時，定子上、下磁極對組中間加以中間極對組，每組定子磁極對組上都纏有繞組，并聯(lián)有續(xù)流二極管，通過中間轉(zhuǎn)動軸，最外層的電動機外殼及兩只裝有磁極對組端蓋及定子磁極，形成改良型雙功能特種電動機整體，裝在轉(zhuǎn)動軸上的轉(zhuǎn)子由極塊及支架組成。
向定子磁極繞組供電有三種方式一種是外加電壓通過整流片與定子磁極繞組直接聯(lián)接，用特種電刷減少火花；另一種是通過可控硅將外加電壓加到定子磁極繞組上，而可控硅的觸發(fā)電壓來自三極管發(fā)射極輸出，而三極管導(dǎo)通受光控管控制。當(dāng)定子磁極繞組產(chǎn)生的磁場中心線與通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)子極塊感應(yīng)的磁場中心線位置不一致時，產(chǎn)生磁拉伸力，推動轉(zhuǎn)子極塊轉(zhuǎn)動，帶動轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)定子磁極后邊與對應(yīng)的轉(zhuǎn)子極塊前邊相接近時，磁拉伸力最大，此時這組定子磁極繞組應(yīng)該通電，當(dāng)定子磁極繞組產(chǎn)生的磁場中心線與相應(yīng)的感應(yīng)的轉(zhuǎn)子極塊磁場中心線將接近前，此組定子磁極繞組應(yīng)該斷電，因磁拉力接近最小。
本實用新型與前四項專利電動機相比具有如下幾個特點一、結(jié)構(gòu)合理，根據(jù)電動機不同功率，外加負載情況，電動機結(jié)構(gòu)有所變化，同時可以制造較大功率電動機；二、重量輕、省材料、效率高；三、控制系統(tǒng)作了大的改進，可以根據(jù)不同負載要求，采用各種不同控制系統(tǒng)線路。改良型雙功能特種電動機兩種功能是一種功能是無級調(diào)速，即電動機本身能調(diào)速，不需要外加調(diào)速設(shè)備，為此，調(diào)速時消耗極少，效率高，這是多年來追求的電動機無級調(diào)速方式；另一種功能是當(dāng)作低轉(zhuǎn)速大扭矩電動機使用，省去齒輪箱等減速加大力矩裝置，這是一個很重要的大的突破。


圖1-a1為一般型改良型雙功能特種電動機原理結(jié)構(gòu)圖。
圖1-a2為一般型改良型雙功能特種電動機定子圖。
圖1-a3為一般型改良型雙功能特種電動機轉(zhuǎn)子圖。
圖1-b為調(diào)速范圍廣改良型雙功能特種電動機原理結(jié)構(gòu)圖。
圖1-c這大功率改良型雙功能特種電動機原理結(jié)構(gòu)圖。
圖2-a為改良型雙功能特種電動機力矩分析圖。
圖2-b為改良型雙功能特種電動機合成力矩圖。
圖3為改良型雙功能特種電動機可控硅控制線路圖。
圖4為改良型雙功能特種電動機機械整流線路圖。
圖5-a為改良型雙功能特種電動機光控板結(jié)構(gòu)圖。
圖5-b為改良型雙功能特種電動機光控線路圖。
圖6-a為改良型雙功能特種電動機三對定子磁極對數(shù)整流盤展開圖。
圖6-b為改良型雙功能特種電動機六對定子磁極對數(shù)整流盤展開圖。
圖6-c為改良型雙功能特種電動機八對定子磁極對數(shù)整流盤展開圖。
圖7-a為圓筒形改良型雙功能特種電動機原理結(jié)構(gòu)圖。
圖7-b為圓筒形改良型雙功能特種電動機剖視結(jié)構(gòu)圖。
參照附圖1-a1；圖1-a2；圖1-a3；圖1-b；圖1-c所示，8對定子磁極對組8固定在上端蓋3、下端蓋7上N1、S1；N2、S2；N3、S3；N4、S4；N5、S5；N6、S6；N7、S7；N8、S8。每只定子磁極8由極身11及極靴12組成，極身11的高度決定定子繞組10匝數(shù)及所用銅線粗細。定子磁極距τ1＝360°÷8＝45°(式中8為定子磁極對數(shù))。每只定子磁極8上都纏有繞組10，定子磁極8極身寬度約等于1/2τ1，極靴12的寬度約等于1/2τ1＋(5°至10°)。在圖1-c中17為中間極對組用在大功率電動機。為了擴大改良型雙功能特種電動機使用范圍，在圖1-b中，另加兩種隱形齒輪15固定在下端蓋7上。(老式調(diào)速電動機，有的也加這種裝置)。在上端蓋3、下端蓋7中裝有軸承6，轉(zhuǎn)動軸5裝在軸承6內(nèi)孔中。轉(zhuǎn)子極塊9為6只(圖1-a3及圖1-b中轉(zhuǎn)子極塊9為6，在圖1-c中，轉(zhuǎn)子4極塊兩組為12)。轉(zhuǎn)子極塊9通過支架固定在轉(zhuǎn)動軸5上，每只轉(zhuǎn)子極塊9寬度約等于1/2τ1。定子磁極對組8數(shù)目與轉(zhuǎn)子極塊9數(shù)目關(guān)系一種為6∶4；12∶8；18∶12…，另一種為8∶6；12∶9；16∶12…。在圖1-a1、圖1-a2、圖1-a3及圖1-b中上、下兩只端蓋及中間極對組7通過外殼13形成一個整體——定子。
參照附圖2-b為改良型雙功能特種電動機合成力矩圖。在圖2-a中，轉(zhuǎn)子極塊1、4前進邊與定子磁極對組N1、S1；N5、S5后邊相距4-8毫米時，即圖2-a中位置1，轉(zhuǎn)子極塊1、4與定子磁極對組N1、S1；N5、S5產(chǎn)生的磁拉伸力矩為最大力矩的60％左右。當(dāng)在位置2時，定子磁極對組N1、S1；N5、S5產(chǎn)生的磁場與相應(yīng)轉(zhuǎn)子極塊1、4感應(yīng)的磁場二者產(chǎn)生的磁拉伸力矩為最大力矩，此時轉(zhuǎn)子級塊1、4前進邊與定子磁極對組N1、S1；N5、S5后邊相重合，當(dāng)轉(zhuǎn)子極塊前進到位置3時，定子磁極對組N1、S1；N5、S5產(chǎn)生的磁場與相應(yīng)轉(zhuǎn)子極塊1、4感應(yīng)的磁場兩者產(chǎn)生的磁拉伸力矩為最大力矩75％左右，在位置4，轉(zhuǎn)子極塊1、4前進邊與定子磁極對組N1、S1；N5、S5后邊相距2-5毫米時，兩者產(chǎn)生的磁拉伸力矩為最大力矩的左右，此時定子磁極對組N2、S2；N6、S6繞組通電產(chǎn)生的磁場與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子極塊2、5感應(yīng)的磁兩者產(chǎn)生磁拉伸力矩，重復(fù)以上過程。離開位置4瞬間，定子磁場對組N1、S1；N5、S5斷電。
參照圖3中有整流盤，圖中21為整流盤底板，用6-8毫米厚的絕緣材料板制成，整流板上有3-4兩只圓圈集流環(huán)23、24，集流環(huán)23、24用寬約4-5毫米，厚約4毫米銅條制成，集流環(huán)23、24有2毫米，裝在整流盤底板21加工成的槽內(nèi)。當(dāng)定子磁極對組為8時，圖3中2整流片22為24片。(整流片2數(shù)與定子磁極對組數(shù)等關(guān)系見圖6)。每片為360°÷24＝15°，每片的寬度約5-6毫米左右，片間間隔約為1.5-2毫米左右，間隔處用絕緣物填平、磨光。整流盤上有25、26兩組電刷，電刷組25由集流環(huán)23供電，通電時，向逆時針方向旋轉(zhuǎn)。電刷組26由集流環(huán)24供電，通電時，向順時針方向旋轉(zhuǎn)。電刷25、26寬度約等于銅片寬度。電刷25、26旋轉(zhuǎn)間長度約為2-5毫米。在圖1中可見，電刷25、26通過電刷架，支架固定在轉(zhuǎn)動軸5上，整流盤21通過絕緣墊片固定在固定定子磁極的端蓋上。改良型雙功能特種電動機可控硅控制線路圖。圖為定子磁極對組為8對N1、S1；N2、S2；N3、S3；N4、S4；N5、S5；N6、S6；N7、S7；N8、S8。每二對定子磁極繞組串聯(lián)，形成4組定子磁極繞組，4組定子繞組有四端聯(lián)一起為中點O，四組定子繞組另四端接可控硅陽極。四只可控硅陰極接在一起接到整流橋Z1的負端，Z1的正端接中點O。Z1的另二端接交流電源。整流橋Z2的正端接繼電器K的常開、常閉的中點，常開、常閉分別接集流環(huán)24、23。四只可控硅觸發(fā)極通過二極管及串聯(lián)電阻接下流片1、2、3、4。當(dāng)整流橋Z1、Z2外加交流電壓供電時，繼電器K的常閉結(jié)點通，Z2的觸發(fā)電壓加到集流環(huán)23上，電刷組5有電，可控硅1觸發(fā)極有電，可控硅1導(dǎo)通，定子磁極對組N1、S1；N5、S5繞組通電，轉(zhuǎn)子在磁拉伸力作用下轉(zhuǎn)動一角度。當(dāng)電刷組25轉(zhuǎn)到整流片24時，可控硅4導(dǎo)通，定子磁極N4、S4；N8、S8繞組通電，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。定子磁極繞組并聯(lián)二極管防止可控硅失控，繼電器K導(dǎo)通，常開結(jié)點接通，集流環(huán)24有電，電刷組26通電，使轉(zhuǎn)子向順時針方向旋轉(zhuǎn)。
附圖4為、改良型雙功能特種電動機機械整流線路圖。定子磁極對組N1、S1；N′1、S′1； N2、S2；N′2、S′2；N3、S3；N′3、S′3；N4、S4；N′4、S′4，每二極對級四只磁極繞組串聯(lián)，并以續(xù)流管。公共點O接到外加電壓整流橋Z的負端，聯(lián)接后定子磁極繞組另四端接到整流片a、b、c、d上。外加電壓整流橋Z的負端通過接觸器K接到整流盤上集流環(huán)1、2上。電刷3、4前進方向后端接有電阻，當(dāng)電刷隨轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動離開某一整流片前，外加電壓通過電阻R送電到該整流片接的定子磁極繞組上，電阻逐漸加大，流入該繞組電流逐漸減少，這樣，電刷全部離開該整流片時，火花能減至很小，這種機械整流，整流線路簡單，操作方便，故障少。
附圖5-b為改良型雙功能特種電動機光控線路圖。光控特點是可控硅3CT1、3CT2、3CT3、3CT4的觸發(fā)極的觸發(fā)電壓來自四只三極管BT1、BT2、BT3、BT4的射極輸出。圖5-a為2毫米左右厚的深色絕緣材料板，這圓狀絕緣材料板固定在轉(zhuǎn)動軸上。圓絕緣板裝有四對光發(fā)射管、光接收管G1G2；G3G4；G5G6；G7G8。二只光發(fā)射管接收管之間距離約3毫米左右，每對光發(fā)射管、接收管間距360°÷8＝45°(定子磁極對數(shù)與轉(zhuǎn)子極塊數(shù)為8∶6)，沿絕緣板四周開有6個窗孔1，窗孔1寬3-4毫米左右，窗孔周邊長工為1/3 τ1＝15°(τ1為定子極距，即360°÷8＝45°)。如附圖5所示，絕緣板隨轉(zhuǎn)動軸作順時針方向旋轉(zhuǎn)，此時窗孔1將離開G1G2，光接收管將停止工作，可控硅3CT1將關(guān)斷，而G7G8開始工作，因絕緣板上窗孔已到G7G8間，3CT4導(dǎo)通工作。這樣，在首先調(diào)整好絕緣板窗孔位置，然后將絕緣板固定在轉(zhuǎn)動軸上，隨著絕緣板隨轉(zhuǎn)動軸依次轉(zhuǎn)動，四個可控硅3CT依次導(dǎo)通，定子磁極繞組依次通電，轉(zhuǎn)子不停向順時針方向旋轉(zhuǎn)。如若反轉(zhuǎn)，則必須再加一套光發(fā)射、接收管(四對)及一套三極管射極輸出，此時附圖5中繼電器K截止，外加三極管上電壓通過繼電器K常閉結(jié)點使另一套三極管進行工作(四只三極管射極輸出)。二套光發(fā)射管接收管為1.5×＜360°÷(3×定子極對)＞。
附圖6-a、圖6-b、圖6-c為改良型雙功能特種電動機不同定子磁極對數(shù)整流盤。當(dāng)定子磁極對數(shù)與轉(zhuǎn)子極塊為6∶4；9∶6；12∶8；18∶12…，這種定磁極對數(shù)與轉(zhuǎn)子極塊共同特點是定子磁極繞組為三條并聯(lián)電路，整流盤上整流片數(shù)＝2×定子磁極對數(shù)。如附圖6-a、圖6-b中。當(dāng)定子磁極對數(shù)與轉(zhuǎn)子極塊為8∶6；12∶9；16∶12…。這種定子磁極對數(shù)與轉(zhuǎn)子極塊共同特點是定子磁極繞組為四條并聯(lián)電路，整流盤上整流片數(shù)＝3×定子磁極對數(shù)。如附圖6-c中，當(dāng)雙功率特種電動機用于調(diào)速時，定子磁極對數(shù)不適宜多，尤其用在大功率時，相對用于低轉(zhuǎn)速大扭矩時，尤其大功率定子磁極對數(shù)用多一些。
附圖7圓筒形改良型雙功能特種電動機原理結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)改良型雙功能特種電動機，外界負載要求，幅向尺寸受到限制時，以及加工設(shè)備有困難時，可采用圖7圓筒形結(jié)構(gòu)，31為外殼，32為定子磁極，33為轉(zhuǎn)子極塊，34為轉(zhuǎn)子，35為軸，36為蓋，37為整流盤，38為電刷，39為刷架。
權(quán)利要求1.一種改良型雙功能特種電動機，它包括外殼，上、下端蓋，定子磁極對組，轉(zhuǎn)子，整流盤，控制線路，其特征在于(1)、上、下端蓋上固定著8對定子磁極對組，每只定子磁極上都纏有繞組，定子磁極距τ1＝360°÷8＝45°，定子磁極極身(11)寬度約等于1/2τ1，極身(11)高度決定定子繞組匝數(shù)及所用銅線粗細；極靴(12)寬度約等于1/2×τ1+(5°至10°)；轉(zhuǎn)子由極塊(4)及支架組成并固定在轉(zhuǎn)動軸(5)上；每組定子磁極對組中間，加有中間定子磁極對組；上、下端蓋、中間定子磁極對組通過外殼形成一整體——定子；軸承(6)裝在上、下端蓋內(nèi)，上、下端蓋裝有定子磁極對組，轉(zhuǎn)動軸(5)裝在軸承(6)孔中；(2)、整流盤通過螺釘、絕緣墊片固定在端蓋上，整流盤上裝有由銅條制成的圓圈集流環(huán)(23)、(24)，集流環(huán)寬4至5毫米，厚約4毫米，有2毫米嵌入絕緣底板的槽內(nèi)，定子磁極對組為8，定子激磁繞組形成四組電路，整流盤上整流片數(shù)＝8×3＝24片，整流片度約4至5毫米，整流片旋轉(zhuǎn)方向片長為360°÷24＝15°整流片間距離1.5至2毫米，片間用絕緣物填平、磨平；電刷是(25)、(26)二組，電刷(25)由集流環(huán)(23)供電，當(dāng)電刷(25)有電，電動機向逆時針旋轉(zhuǎn)，電刷(26)通電時，電動機向順時針方向旋轉(zhuǎn)，電刷寬度約等于整流銅片寬，電刷旋轉(zhuǎn)方向長度約為2至5毫米，電刷裝在刷握內(nèi)，刷握通過支架固定在轉(zhuǎn)動軸上；(3)、可控硅控制線路，定子8對磁極繞組，形成四組電路，這四組電路引出5個端頭，一個為四組的四個端點聯(lián)一起的公共端頭，接到外加電壓整流橋(Z1)的正端，四組電路另四個端頭接四只可控硅(3CT1)、(3CT3)、(3CT3)、(3CT4)的陽極，四只可控硅陰極接在一起接到整流橋(Z1)的負極端，(Z1)的另二端接外加交流電源，定子激磁繞組都并聯(lián)續(xù)流二極管，觸發(fā)電源整流橋(Z2)的正端接繼電器(K)的常開、常閉結(jié)點中點，常開、常閉接集流環(huán)(23)、(24)，集流環(huán)的外加觸發(fā)電壓通過電刷組(25)、(26)引到整流片上，再引到各個可控硅的觸發(fā)極上，四只可控硅觸發(fā)極通過電阻、二極管與相應(yīng)整流片相接，電刷(25)通電轉(zhuǎn)子作逆時針旋轉(zhuǎn)，電刷(26)通電，轉(zhuǎn)子作順時針旋轉(zhuǎn)；(4)、機械控制線路，定子8對磁極組，定子激磁繞組形成四組電路，四組電路聯(lián)接后，出來四個端頭及一個公共頭(0)，公共頭(0)接到外加電壓整流橋(Z)的負端，另外四個端頭接到整流片a、b、c、d上，整流橋(Z)的正端通過接觸器(K)接到整流盤上集流環(huán)(1)、(2)上，電刷(3)、(4)前進方向后端接有電阻，當(dāng)電刷隨軸轉(zhuǎn)動離開某一整流片前，外加電壓通過電阻送電電到該整流片接的定子磁極繞組上，電阻逐漸加大，流入該繞組電流逐漸減少，電刷全部離開該整流片時，火花能減至很?。?5)、可控硅光控線路，可控硅(3CT1)、(3CT2)、(3CT3)、(3CT4)的觸發(fā)極電壓來自一組四只三極管(BT1)、(BT2)、(BT3)、(BT4)射極輸出，這種控制線路是用一塊2毫米左右厚的深色絕緣材料板固定在軸上，沿絕緣圓板周邊裝有四對光發(fā)射管、接收管(G1)(G3)、(G3)(G4)、(G5)(G6)、(G7)(G8)，二只光發(fā)射管與接收管之間路離約3毫米左右，每對發(fā)射管接收管間距離360°÷8＝45°周邊開有6個窗孔，互隔60°，窗孔寬3至4毫米，窗孔周邊長1/3τ1＝15°，τ1＝360°÷8＝45°，通過窗孔，四只接收管依此射極輸出，使相應(yīng)可控硅依次導(dǎo)通，電動機后轉(zhuǎn)，通過另一套四對發(fā)射管接收管及四只三極管射極輸出，二套發(fā)射管接收管，每套四對，相互距＝1.5×360°/整流片數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型雙功能特種電動機，其特征是(1)、當(dāng)定子磁極對數(shù)與轉(zhuǎn)子極塊數(shù)關(guān)系為6∶4；9∶6；12∶8；18∶12…；a、定子磁極繞組分成三條電路；b、定子極距60°；40°；30°；20°…；c、轉(zhuǎn)子極塊前進度數(shù)1/2τ1，30°；20°；15°；10°…；d、整流片數(shù)2×定子磁極對數(shù)12；18；24；36…；(2)、當(dāng)國子極對數(shù)與轉(zhuǎn)子極塊數(shù)關(guān)系為8∶6；12∶9；16∶12…，a、定子磁極繞組分成四條電路；b、定子極距45°；30°；22.5°…；c、轉(zhuǎn)子極塊前進度數(shù)1/3τ1，τ1為定子極距，15°；10°；7.5°…；d、整流片數(shù)3×定子磁極對數(shù)24；36；48…。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型雙功能特種電動機，其特征是在轉(zhuǎn)子極塊前進邊與相應(yīng)定子磁極后邊相距3至8毫米時，該定子磁極繞組開始通過，定子繞組通電時間為轉(zhuǎn)子極塊前進度數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型雙功能特種電動機，其特征是端蓋上裝一轉(zhuǎn)軸(14)，轉(zhuǎn)軸(14)與電機轉(zhuǎn)軸間裝一對齒輪，可以擴大其使用范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型雙功能特種電動機，其特征是當(dāng)電動機輻向尺寸受限制及加上有困難，電動可采用圓筒形。
專利摘要一種改良型雙功能特種電動機,屬于電動機。該改良型雙功能特種電動機定子分裝在上、下兩只端蓋上,用在大功率時,定子上、下磁極對組中間加以中間極對組,每組定子磁極對組上都纏有繞組,并聯(lián)有續(xù)流二極管,通過中間轉(zhuǎn)動軸,最外層的電動機外殼及兩只裝有磁極對組端蓋及定子磁極,形成改良型雙功能特種電動機整體,裝在轉(zhuǎn)動軸上的轉(zhuǎn)子由極塊及支架組成。有如下幾個特點:一、結(jié)構(gòu)合理;二、重量輕、省材料、效率高;三、采用各種不同控制系統(tǒng)線路。
文檔編號H02K1/12GK2481040SQ0123784
公開日2002年3月6日 申請日期2001年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月16日
發(fā)明者魏子良 申請人:魏子良