專利名稱：差動式變極電動機的制作方法
差動式變極電動機，是一種具有硬機械特性、恒功率、變極無極變速電動機，涉及電機和機械傳動變速技術領域。
眾所周知交流異步感應電動機可以通過改變極對數(shù)P來改變其輸出轉(zhuǎn)速，但不能實現(xiàn)無級變速，而且極對數(shù)P也因受到電動機體積的限制而不能增大很多，使其變速范圍受到很大限制。
本發(fā)明的目的是提供一種差動式恒功率變極無級變速電動機。其特征在于電動機的定子(磁極)兩端裝有軸承而浮動。當電動機輸入三相交流電源而運轉(zhuǎn)時，在轉(zhuǎn)子外負載的作用下，轉(zhuǎn)子對磁極產(chǎn)生了一個與外負載相等的反力距，使磁極(以下稱旋轉(zhuǎn)磁極)向轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的方向轉(zhuǎn)動，此時旋轉(zhuǎn)磁極與轉(zhuǎn)子的相對運動即為電動機的同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子輸出的轉(zhuǎn)速即為轉(zhuǎn)子相對于機座的絕對轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速-旋轉(zhuǎn)磁極轉(zhuǎn)速＝輸出轉(zhuǎn)速此時電動機的實際極對數(shù)P′已和線圈的極對數(shù)P不同電機實際極對數(shù)P′＝ (旋轉(zhuǎn)磁極轉(zhuǎn)速×線圈極對數(shù)P)/(轉(zhuǎn)子輸出絕對轉(zhuǎn)速) +P電動機的實際極對數(shù)P是隨著旋轉(zhuǎn)磁極的旋轉(zhuǎn)速度的變化而變化的;而且也不再是一個整數(shù)。如果旋轉(zhuǎn)磁極作無級變速，則電動機的極對數(shù)P也無級變化為P，輸出轉(zhuǎn)速也作無級變速。
三相交流電動機在三相交流電源所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，磁極受到與轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)距相等而方向相反的反力矩，并使它與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，如果磁極不固定在機座上，它便不可能承受這個反力矩，從而使轉(zhuǎn)子也不可能承受負載。上述變極變速是不可能實現(xiàn)的。
本發(fā)明的關鍵在于要設計一個既不消耗功，而又能承受轉(zhuǎn)子的反力矩，并能控制旋轉(zhuǎn)磁極轉(zhuǎn)速作無級變速的機構。
在動力學上，提出了一個理想約束的概念，即理想約束在系統(tǒng)內(nèi)的任何虛位移中的元功之和為零，但是在動力學中，這只是個假設，是從許多實際約束中抽象出來的理想模型，乞今為止，無論國際;國內(nèi)尚無人能設計出此種可以稱之為理想約束的，而又可以實際應用的理想機構。
本人經(jīng)過多年研究和實際試驗，已成功地設計出一種稱為具有自鎖功能的差動式活齒減速機，(已申報單項專利申請?zhí)枮?0223589.3)這種減速機具有自鎖輪付的作用，但全部采用滾動軸承，不依靠磨擦角自鎖，具有很高的機械效率，將這種減速機稍加改動，就可成為傳動比為1∶1的自鎖控制機構(其結構如附圖
(二)所示)用來控制旋轉(zhuǎn)磁極即達到了理想約束的效果。
下面就附圖(一)說明本發(fā)明的傳動關系一、附圖(一)、(二)標注意義1、旋轉(zhuǎn)磁極2、電動機轉(zhuǎn)子3、三相電源導線滑環(huán)4、電動機輸出軸5、與旋轉(zhuǎn)磁極連結的自鎖機構偏心園盤。
6、自鎖機構槽輪。
7、裝有滾動軸承的滑塊(活齒)8、自鎖機構輸入件偏心轉(zhuǎn)臂(與偏心園盤的偏心值相等)9、電磁滑差無級變速器的電樞10、電磁滑差無級變速器的磁極
11、電磁滑差無級變速器的線圈12、與旋轉(zhuǎn)磁極連接的行星、行星架13、與轉(zhuǎn)子連接的行星輪、行星架14、太陽輪15、固定齒圈16、與無級變速器連接的恒速齒圈17、自鎖控制機構的鎖緊圈二、傳動關系說明當三相交流電源輸入電動機后，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子2以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)磁極1因受自鎖機構的控制而不能轉(zhuǎn)動，此時電機以同步轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，不變速。與電動機轉(zhuǎn)子連接的行星架、行星輪12通過太陽輪14、行星輪13、齒輪16、電樞9以恒轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，當需要調(diào)速時，可向電磁滑差變速器的線圈“輸入一定的激磁電流，在線圈所產(chǎn)生的磁場作用下變速器的磁極10以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并帶動自鎖控制機構的偏心轉(zhuǎn)臂8，偏心轉(zhuǎn)臂對自鎖機構有解鎖作用，使偏心園盤得以旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速等于變速器磁極的轉(zhuǎn)速，并以此轉(zhuǎn)速帶動電動機旋轉(zhuǎn)磁極，使旋轉(zhuǎn)磁極以一定的轉(zhuǎn)速和電動轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個相對運動(旋轉(zhuǎn)方向相反)改變了電動機的極對數(shù)P，由于無級變速器輸出的轉(zhuǎn)速呈無級變速，故而電動機極對數(shù)P也呈無級變極，也達到了電動機轉(zhuǎn)子作恒功率無級變速輸出。
由行星輪、行星架12、13，太陽輪14，固定齒圈15的輪系，稱為差動合成恒速輪系。即不論其二個輸入件行星架行星輪12、13的轉(zhuǎn)速怎樣變化，它們傳給齒圈16的轉(zhuǎn)速可保持一恒定轉(zhuǎn)速。其旋轉(zhuǎn)方向與電動機的旋轉(zhuǎn)方向相反，從而保證了整個系統(tǒng)的可靠變速需要。
差動式變極無級變速電動機的變速范圍由配套無級變速器的變速范圍所決定。本實施例采用電磁滑差無級變速器其變速范圍為10∶1，即最高轉(zhuǎn)速是最低轉(zhuǎn)速的10倍，因此電動機的輸出轉(zhuǎn)速的變速范圍也是10∶1，本發(fā)明可以采用任何一種無級變速器配套，其功率僅為電動機額定功率的2%左右(主要消耗在自鎖機構偏心轉(zhuǎn)臂承軸的磨擦損失)選用何種無級變速器為好，主要考慮結構簡單、緊湊、體積小和調(diào)速方便，便于自動控制和遙控。
差動式變級無級變速電動機的機械效率由下述三方面決定1、變速電動機自身的功率因素2、自鎖控制機構的機械效率3、傳動輪系和無級變速器的功率變速電動機自身的功率因素，由電動機的設計規(guī)定，一般在75%左右。
自鎖控制機構的機械效率是決定本發(fā)明的機械效率高低的主要因素，本發(fā)明設計的自鎖機構均為滾動軸承，其磨擦系數(shù)甚微，磨擦損失在2～8%之間，隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。
傳動輪系和無級變速器的損失僅為2%，但因電磁滑差無級變速是恒轉(zhuǎn)矩，因此其磨擦損失與轉(zhuǎn)速變化無關。
上述三項合計的總損失約為35%，總的效率為65%以上，但一般變速傳動技術的機械效率都不計算電動機的功率因素，故本技術的總效率可達90%以上這是目前任何一種變速傳動技術所無法比擬。
本發(fā)明的優(yōu)點除上述變速范圍廣，機械效率高2項外，還具有結構緊湊、功率不受限制，外形尺寸小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可靠、噪聲低、制造容易、工藝成熟，不需要特殊的加工設備，或成本低廉等。而且本技術可以非常方便地實現(xiàn)變速自動化和遙控，是一種非常理想的恒功率無級變速電機，它可適用一切負載，必將代替目前流行的各種變速傳動設備。成為新一代理想的傳動變速設備。
本發(fā)明專利是發(fā)明專利申請?zhí)?8106928.0專利申請的系列申請，是發(fā)明專利申請?zhí)?0101004.9專利申請差動式變頻發(fā)電機組專利的姐妹篇，它們同屬于差動變速技術的具體應用，可以應用同一種自鎖控制機構。
權利要求
1.差動式變極電動機，由一個磁極用軸承浮動的三相交流電動機，具有自鎖功能的偏心控制機構，小功率無級變速器，和一套差動合成恒速輪系組成，其特征在于用軸承浮動的電動機磁極1(定子)由具有自鎖功能的偏心控制機構的偏心盤5連接，并受其自鎖控制，不能任意轉(zhuǎn)動自鎖機構的輸入件偏心轉(zhuǎn)臂8由小功率無級變速器的磁極10所控制，通過調(diào)節(jié)變速器的激磁電流的大小，可使無級變速作無級變速輸出，通過自鎖機構使電動機的磁極按所要求的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，使電動機的磁極與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個相對運動(差動)從而改變了電動機的實際極對數(shù)P，由于電動機的極對數(shù)P的改變是無級變速的，故而實現(xiàn)了電動機的恒功率無級變速。
2.根據(jù)權利要求1所述的偏心控制機構。由偏心園盤5、槽輪6、活齒7，偏心轉(zhuǎn)臂8所組成的自鎖控制機構的作用是由偏心轉(zhuǎn)臂軸承外套有自鎖圈17決定的。在自鎖圈上加工有與活齒相等，分度相同的園弧(或平面)這些園弧與活齒端面園弧的中軸線相隔一個偏心距a，從而使活齒對偏心轉(zhuǎn)臂的作用力改變了方向，消除了偏心轉(zhuǎn)臂的力臂，從而達到完全機械自鎖。
3.根據(jù)權利要求1所述的小功率無級變速器屬在本實施例中為電磁滑差無級變速。但本發(fā)明可以配用任何一種無級變速器。也可用直流電機，交流控制電機作無級變速控制。
4.根據(jù)權利要求1所述的差動合成恒速輪系，由行星輪、行星架12、13、太陽輪14、固定齒圈15、轉(zhuǎn)動齒圈16組成的差功合成恒速輪系，輪系由電動機轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁極分別輸入轉(zhuǎn)速。但不論磁極和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速怎樣變化，都能保證轉(zhuǎn)動齒圈以恒定的轉(zhuǎn)速輸出。如采用直流電機，交流控制電機作無級變速控制，則不必再安裝本輪系。
全文摘要
差動式變極電動機的磁極(相當電動機的定子)裝有軸承并和一個具有自鎖功能的控制器的偏心圓盤聯(lián)結，自鎖控制器的一人無級變速器控制，使變極電動機的磁極按需要的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)方向與電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，由于自鎖控制器的自鎖作用，使旋轉(zhuǎn)磁極能夠承受轉(zhuǎn)子承載的外負載所產(chǎn)生的反力矩。電動機磁極的旋轉(zhuǎn)，使電動機的實際極對數(shù)P隨差動轉(zhuǎn)速的增大而增大，電動機轉(zhuǎn)子的輸出轉(zhuǎn)速也因極對數(shù)的增大而實現(xiàn)恒功率無級變速。
文檔編號H02K7/116GK1063975SQ9110085
公開日1992年8月26日 申請日期1991年2月7日 優(yōu)先權日1991年2月7日
發(fā)明者李培基 申請人:李培基