電動汽車調(diào)頻逆變裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種機電設(shè)備，它通過設(shè)置在圓筒中的三組導軌及對應(yīng)的三組滾輪形成三組同頻率通斷的雙聯(lián)開關(guān)，可以將輸入的直流電逆變成相差120度的三相交流電輸出。改變滾輪的轉(zhuǎn)速、輸出交流電的頻率亦隨之改變。它結(jié)構(gòu)簡單成本低，微電阻，少發(fā)熱，可達提高電能利用率之目的。
【專利說明】電動汽車調(diào)頻逆變裝置
[0001]所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本實用新型涉及一種機電設(shè)備，其功能是將直流電逆變成三相交流電，并具備調(diào)頻功能。
[0003]技術(shù)背景:
[0004]公知流行的調(diào)頻逆變器都是以半導體為硬件的電子設(shè)備，其優(yōu)勢明顯、但缺憾亦不容忽視:技術(shù)難度大；成本高；存在一定的電阻，形成管壓降，使部分有用的電能變成了有害的熱能，特別是在低壓高流的情況下、這種現(xiàn)象尤為突出。對于電動汽車，前述缺憾是制約其發(fā)展的三大瓶頸之一。
[0005]實用新型內(nèi)容:
[0006]本實用新型的設(shè)計目的是:利用簡單的機械結(jié)構(gòu)把直流電逆變?yōu)榭梢宰冾l的三相交流電，并使其具備微電阻、微能耗，發(fā)熱少、溫升低；結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等特征。后續(xù)效果是，可以用古老、性價比極高的三相感應(yīng)電機取代現(xiàn)行電動汽車所普遍使用的但價格昂貴的各種電機。其設(shè)計方案如下:
[0007]技術(shù)方案是:豎直設(shè)置有較高強度的電絕緣圓筒，在圓筒內(nèi)壁上鉗制上、中、下三大組導電性能良好的弧形金屬(如銀、銅)導條，每一大組4X2 = 8條。
[0008]以最上一大組的結(jié)構(gòu)為例。8條導條分作上下兩小組，每小組4條，分別相隔均勻相互對稱的鑲嵌在圓筒內(nèi)壁兩個距離較近的同軸圓上，每一條相對的圓心角60度左右，間隔處鑲嵌絕緣塑料條，和金屬導條共同形成兩個無隙圓滑導軌。
[0009]在過某一直徑兩端的圓筒內(nèi)壁上畫兩條不與導條相交的母線，透過圓筒壁將位于上部圓、分別靠近兩母線的兩導條端、分別用導線聯(lián)通，并分別聯(lián)接直流電源的正負極。透過圓筒壁再用導線將位于下部圓、兩母線所決定的弦切面兩側(cè)的兩導條分別聯(lián)通，兩聯(lián)通端分別與負載L1的兩端聯(lián)通。
[0010]設(shè)置電容C1，并聯(lián)在靠近負載L1的兩端。
[0011]與上述第一大組的結(jié)構(gòu)相同、方位相同，相隔一定的間距、在圓筒內(nèi)壁上均勻鑲嵌第二、第三大組弧形金屬導條及絕緣塑料條。俯視這三大組導條、它們在水平面上形成4條完全重疊的投影。電聯(lián)通:和U、C1聯(lián)法相同，分別聯(lián)通L2、C2 ;L3、C3，其他與第一大組完全相同。U、L2、L3分別是三相電機的三個繞組，C1^C2, C3是規(guī)格相同的三個電容器。
[0012]設(shè)置圓筒的中心轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸通過其兩端的軸承限位于圓筒的軸心線處。在軸上固定3條電絕緣橫擔條架，分別與轉(zhuǎn)軸垂直，長度略小于圓筒內(nèi)徑。其分布間距及方位是:分別一一對應(yīng)圓筒內(nèi)壁上的三大組導條，分別與轉(zhuǎn)軸決定的空間平面均勻間隔，準確互成60度。
[0013]在橫擔條架的兩端分別活動設(shè)置導電性能良好的金屬滾輪，共2X3 = 6個，每個滾輪都可以滾壓對應(yīng)大組上下兩小組導條，使電流可以通過滾輪在上下兩導條間導通。所謂‘活動設(shè)置’是指，滾輪 的轉(zhuǎn)軸可以沿圓筒的半徑向有一定幅度的自由活動空間，以便滾輪在隨橫擔條轉(zhuǎn)動時，在離心力的作用下滾壓導條，形成良好的電接觸。
[0014]立式可調(diào)速小型直流電機和中心轉(zhuǎn)軸活動聯(lián)接。[0015]有益效果:采用以上設(shè)計，可以用簡單、低成本的機械結(jié)構(gòu)把直流電逆變成可以變頻的三相交流電，同時具備微電阻、微能耗、發(fā)熱少、溫升低等特點。這樣、就可以解決電動汽車發(fā)展普及三大瓶頸中的兩項:1、替代有一定電阻、有較多耗電和發(fā)熱、昂貴的半導體電子設(shè)備；2、用性價比極高的三相感應(yīng)電機取代昂貴的各種現(xiàn)行車用電機。
[0016]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0018]圖1是本實用新型的原理圖；
[0019]圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是滾輪和橫單條架的位置關(guān)系側(cè)視圖；
[0021]圖4是滾輪和橫單條架的位置關(guān)系俯視圖。
[0022]其中，1、直流電源正極；2、三相電機繞組；3、電容器；4、直流電機；5、轉(zhuǎn)軸；6、橫擔條架；7、滾輪；8、直流電源負極；9、圓筒。
[0023]【具體實施方式】:
[0024]為了便于說明，依照原理圖1敘述其工作過程及工作原理。U、L2, L3分別是感應(yīng)電動機的三相繞組，Kp K2、K3是對應(yīng)的雙聯(lián)按鍵開關(guān)。
[0025]以L1為例，當K1向左按通Sp S3時，L1中將出現(xiàn)由左向右的電流，向右按通S2，S4時，L1中將出現(xiàn)由右向左的反向電流。電容C1可以消除高次諧波。當&按一定的時間規(guī)律(占空比)周期性的左右通斷時，L1中就會出現(xiàn)類正弦波交變電流。同理，L2, L3中也會出現(xiàn)同樣的類正弦波交流電。
[0026]準確控制Kp K2, K3，使其以相同的頻率、依次相差三分之一周期的時間左右開關(guān)，類正弦波三相交流電就會形成。很顯然，此交流電的頻率將隨著雙聯(lián)開關(guān)的開關(guān)頻率的改變而改變。
[0027]這里要重復說明:感性元件L和容性元件C的共同點是都有儲能能力，方波交流電通過時，都有阻抗和電流，所不同的是兩者的阻抗和電流存在180度的相位差(反相)。上述的共同點和不同點是在L中形成類正弦波電流的原因。如果把感性元件L換成純電阻R，且不設(shè)容性元件C，電阻R中出現(xiàn)的將是有一定占空比的方波。
[0028]以下根據(jù)上述原理敘述本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及工作過程。
[0029]如圖2，豎直設(shè)置有較高強度的絕緣塑料圓筒9。自上而下在圓筒內(nèi)壁上畫三組、每組2個共6個同軸圓。同組內(nèi)的兩圓相距較近、例如2cm，組與組相距較遠、例如3cm。
[0030]設(shè)置三大組導電性能良好、規(guī)格相同的弧形金屬導條，共4X2X3 = 24條，每一個圓上間隔均勻、相互對稱的鑲嵌4條，每條所對的圓心角都是60度左右。俯視，24條導條在水平面上形成4條完全重疊的投影。在同一個圓上的兩導條相間處，鑲嵌弧形絕緣塑料條，和金屬導條無縫銜接，共同形成圓滑的導軌，以便下述的滾輪沿導軌滾動。
[0031]為了便于敘述，我們選定兩個參考系:過圓筒9某一內(nèi)直徑的兩端畫兩條不和金屬導條相交的母線a、b,及由a、b決定的弦切面M。
[0032]以圓筒中部兩個圓上的第二大組導條為例。對于其較上部圓上的4根導條，透過圓筒壁用導線將靠近母線a的兩導條端聯(lián)通。同樣、將靠近母線b的兩導條端聯(lián)通，而后將兩聯(lián)通線分別聯(lián)接直流電源正極I和負極8。對于較下部圓上的4根導條，用導線透過圓筒壁、將界面M同側(cè)的導條兩兩分別聯(lián)通，聯(lián)通線分別與三相電機的一個繞組2兩端聯(lián)通。[0033]在靠近與繞組2聯(lián)通的位置并聯(lián)電容3。
[0034]完全依照第二大組導條和直流電源、繞組、電容的聯(lián)線結(jié)構(gòu)分別使第一、第三兩大組導條與直流電源及對應(yīng)的繞組、電容聯(lián)通。
[0035]需要指出的是，電容3屬于本發(fā)明，繞組2是本發(fā)明的服務(wù)對象。
[0036]轉(zhuǎn)軸5通過其兩端軸承限位于圓筒9的軸心線處。
[0037]在轉(zhuǎn)軸5上剛性固定3條電絕緣橫擔條架6，長度略小于圓筒內(nèi)徑。其間距及方位:分別一一對應(yīng)圓筒9內(nèi)壁上的的三大組導條，分別與轉(zhuǎn)軸5決定的空間平面間隔均勻，如圖2、準確互成60度。
[0038]如圖2，在橫擔條架6的兩端設(shè)置導電性能良好的金屬滾輪7，共3組6個。滾輪可以滾壓所對應(yīng)的同一大組的上下兩導條，作用等同于圖1中的雙聯(lián)按鍵開關(guān)、使電流可以通過滾輪在兩導條間導通。
[0039]轉(zhuǎn)軸5的下端和立式小功率(例如10W)可調(diào)速直流電機4活動聯(lián)接。
[0040]如圖3、圖4，滾輪7通過支架限位于橫單條架6的兩端，支架上的限位孔呈長條形，使?jié)L輪可以沿圓筒9的半徑向有一定的活動空間。
[0041]當電機4帶動轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動時，在離心作用下、滾輪自然協(xié)調(diào)的滾壓而不是強制滾壓導條，保證電接觸良好，依次循環(huán)聯(lián)通不同方位的導條。
[0042]如圖2，以最上部第一大組導條的結(jié)構(gòu)為例，當滾輪7滾壓到圖示位置時，左右兩滾輪及左右4導條形成了一組雙聯(lián)按鍵開關(guān)。電流依次經(jīng)過直流電源的正極1、左上(圓)導條、左滾輪、左下(圓)導條、位于上方的繞組2 (U)、導線、右下(圓)導條、右滾輪、右上(圓)導條、直流電源負極8。使繞組2(L1)中的電流由上向下流通；轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)過90度的位置，上方繞組2(Li)中則會呈現(xiàn)由下向上的反向電流(為了便于查看、可參圖中第二大組的導電狀態(tài))。
[0043]在直流電源通過導條和滾輪向繞組2供電的過程中，在滾輪滾觸某一導條的瞬間，電源要先給電容3充電。充電電流逐漸減小的同時，繞組2中的電流逐漸增大。當電容3中充滿電荷儲有最大電場能時，繞組2中電流達最大儲有最大磁場能。當滾輪滾到兩導條間的絕緣塑料條上時直流電源斷開，原來并聯(lián)的繞組和電容，構(gòu)成LC回路，釋放電場能、磁場能，轉(zhuǎn)換為在繞組2中做功的逐漸減小的電流。這段電流要填補直流電源斷開時的時間空擋。顯然、流過繞組2的電流是由小到大再到小的類正弦波交流電。理論和實驗都證明，影響波形的因素有4個:繞組2的L值；電容3的C值；頻率及負載的大小。綜合其他3個因素選取適當?shù)碾娙?:在電器性能要求較低的地方選取一定大小的固定電容，要求較高的地方選取可自動控制的可變電容。
[0044]如圖2、轉(zhuǎn)軸5每轉(zhuǎn)90度，繞組L中的電流方向就要改變一次，每轉(zhuǎn)180度就會形成一個完整的類正弦波，即完成一個交流電周期，故、180度的空間角對應(yīng)360度電相角。相互間隔60度的三組滾輪壓觸三大組導條，輸出的電流是相互獨立的，電相角相差120度的交流電，可供三相交流電機使用。
[0045]自動或手動調(diào)整電機4的轉(zhuǎn)速、上述交流電的周期和頻率也將隨之變化。
[0046]顯然，上述結(jié)構(gòu)不但能把直流電逆變成可以變頻的交流電，而且容易形成良好的電接觸，故少耗電、少發(fā)熱，同時具備結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等特點。
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車調(diào)頻逆變裝置，是在豎直放置的絕緣圓筒內(nèi)，設(shè)置金屬導條和金屬滾輪等，其特征是:4X2X3 = 24條弧形金屬導條鑲嵌在一個豎直放置的絕緣圓筒內(nèi)壁上的2X3 = 6個同軸圓上，每個圓上4條，每條對60度左右的圓心角且均勻間隔，間隔處鑲嵌同規(guī)格的絕緣塑料條、和金屬導條共同形成6條無隙導軌，24條導條在水平面上形成4條完全重疊的投影，自上而下每兩條一組、6條導軌分作3組；存在通過圓筒某一直徑、但不與導條相交的弦切面，對于每組內(nèi)較上部的圓導軌、靠近弦切面的兩導條端用導線兩兩聯(lián)通后分別聯(lián)接直流電源的正負極，對于每組內(nèi)較下部的圓導軌，弦切面兩側(cè)的導條分別兩兩聯(lián)通后再分別聯(lián)負載的兩端；設(shè)置圓筒的中心轉(zhuǎn)軸，在轉(zhuǎn)軸上固定3條略短于直徑的絕緣橫單條架:分別一一對應(yīng)各組導軌，分別與轉(zhuǎn)軸決定的空間平面均勻間隔60度；在橫單條架兩端分別裝可以活動的金屬滾輪，滾輪可以滾壓對應(yīng)組的上下兩條導軌。
【文檔編號】H02K47/02GK203734503SQ201320259202
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月2日
【發(fā)明者】馬躍鋒 申請人:馬躍鋒