按指令速度调控供电或转换发电的多功能调速电机系统技术方案

本发明专利技术公开了一种按指令速度调控供电或转换发电的多功能调速电机系统，包括电机本体、整流子结构体、电机驱动电路、反回充电电路和控制电路；整流子结构体包括设置的两个整流子定子铁芯和整流子转子铁芯，整流子转子铁芯跟随所述电机本体的转子同步旋转；电机驱动电路包括整流子信号感应电路和场效应管输出电路；反回充电电路包括充电整流电路和一个充电升压开关电源电路；控制电路由测速感应电路、模拟电压生成电路和电桥平衡电路构成；电桥平衡电路上设有两个电压对比端和两个输出端。本发明专利技术电机具有速控电路特别简单、测速十分精准，电机主体扭矩大、效率高，节能效果非常突出等优点。

A multi-function adjustable speed motor system for regulating power supply or converting power generation according to command speed

【技术实现步骤摘要】
按指令速度调控供电或转换发电的多功能调速电机系统
本专利技术涉及电机及其控制领域，具体涉及一种按指令速度调控供电或转换发电的多功能调速电机系统。
技术介绍
电机（英文：Electricmachinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电机在电路中是用字母M（旧标准用D）表示，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源，发电机在电路中用字母G表示，它的主要作用是利用机械能转化为电能。现有调速电机的测速装置，还停留在点对点的检测水平上，无法同步的准确反应电机旋转角速度变化，就不能按照角速度的细微变化，路控制开关绕组电源和将电机自动转变为发电机运行；如果强行实施，由于测速信号波之间有一定时间差，电机定子对转子的加速会导致其角速度频繁超过电机的调节速度，使电机无端转变为发电机运行而大幅降低其效率；就是现有比较先进的变频电机和无刷同步电机，也只能靠主观性的规律打断电流来调控速度和适应场效应管的驱动输出；在电机需要输入的情况下，打断输入电流，本身就是一种降低效率的行为。同时现有电机在使用过程中还存在下面的问题：当电机负载发生变化时，测速装置不能准确的同步反应出电机的旋转角速度变化，从而容易出现大马拉小车的情况，即电机负载发生变化，而电机的输入电流却没能及时跟随负载变化，造成电能极大的浪费；同时当电机在外力作用下（如电动汽车在下坡过程中）电机转速超过设定转速时，电机不能自动的切换为发电机运行，进行电能的储备和转速的制动。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术要解决的技术问题是：如何提供一种根据电机的转速自动调整输入电流，提高电机节能效果，同时能在电动状态和发电状态自动切换的同步跟速控电及转换发电的多功能调速电机系统。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种按指令速度调控供电或转换发电的多功能调速电机系统，包括电机本体、整流子结构体、电机驱动电路、反回充电电路和控制电路；所述电机本体包括定子绕组，所述定子绕组采用三路三相的绕组排绕方式并引出9个抽头，9个所述抽头同时与所述电机驱动电路和所述反回充电电路电连接；所述整流子结构体包括同轴设置的两个整流子定子铁芯和整流子转子铁芯，所述整流子转子铁芯位于两个所述整流子定子铁芯之间，所述整流子定子铁芯的内圆周上开设有36个定子槽，相邻两个所述定子槽之间共形成36个定子齿，在间隔分布的18个所述定子齿上分别绕制励磁线圈并将所述励磁线圈串联连接，所述整流子转子铁芯的外圆周上嵌设有能够与设定长度的整流子定子铁芯之间形成磁通回路的导磁段，所述整流子转子铁芯跟随所述电机本体的转子同步旋转；还包括第一相交流电源和与所述第一相交流电源的相位相差90°的第二相交流电源，所述第一相交流电源和所述第二相交流电源分别与其中一个所述整流子定子铁芯上的励磁线圈连接；所述电机驱动电路包括整流子信号感应电路和场效应管输出电路；所述整流子信号感应电路包括分布在剩余18个所述定子齿上的感应绕组和与所述感应绕组一一对应连接的18个整流限压输出电路，所述整流限压输出电路的输出端与所述场效应管输出电路的输入端连接，所述场效应管输出电路的输出端与所述电机本体的定子绕组连接并驱动所述电机本体的定子绕组换相励磁；所述反回充电电路包括充电整流电路和一个充电升压开关电源电路；所述充电整流电路的输入端连接所述电机主体的定子绕组接线端，所述充电整流电路的输出端连接充电升压开关电源电路的电源输入端；所述控制电路由测速感应电路、模拟电压生成电路和电桥平衡电路构成；测速感应电路包括绕制在每个所述定子槽轭部的测速线圈和72个测速整流电路，每个所述测速线圈连接对应的两个所述测速整流电路，两个所述测速整流电路对应连接一个模拟电压生成电路，与同一所述测速线圈连接的两个所述测速整流电路的输出端与一个所述模拟电压生成电路的输入端连接；所述电桥平衡电路上设有两个电压对比端和两个输出端，其中一个电压对比端作为测速点与所述模拟电压生成电路的输出端连接，另一个电压对比端作为调速点与转速调控基准电压点连接；其中一个输出端连接所述场效应管输出电路的控制端，并在电机旋转角速度不高于调控速度时，打开所述场效应管输出电路为所述定子绕组供电；另一个输出端连接所述充电升压开关电源电路的控制端，在电机旋转角速度高于调控速度时，打开所述充电升压开关电源电路同时关闭所述场效应管输出电路，并将所述定子绕组的感应电流反回输出。这样，将定子绕组引出9个抽头，并将9个抽头同时与电机驱动电路和反向充电电路进行连接，使得电机驱动电路能够向定子绕组输入电流使得电机本体在电动状态运行，同时定子绕组也能输出电流到反向充电电路使得电机本体处于发电运行状态。在整流子结构体设置成两个整流子定子铁芯和一个整流子转子铁芯的方式，并分别通过一相交流电源对整流子定子铁芯上的励磁线圈供电，这样可以实施互补滤波，解除整流子结构体的输入电源对整流子输出电压波的干扰。励磁线圈得电后再根据变压器原理在感应绕组内感应出交流电源，感应绕组感应出的交流电源输入到整流限压输出电路中，整流限压输出电路对该交流电源进行整流限压后输出给场效应管输出电路，场效应管输出电路再对定子绕组进行驱动换相励磁。通过绕制在定子槽轭部的测速线圈和测速整流电路，可以对电机本体的速度进行实时的检测，并将检测到的速度信号经模拟电压生成电路后转化为模拟电压信号后与电桥平衡电路上的测速点进行连接，然后通过对电桥平衡电路上的测速点电压和调速点电压进行比较来对电机本体的运行状态进行控制。当测速点电压低于调速点电压的设定值即电机旋转角速度不高于调控速度时，场效应管输出电路打开向定子绕组供电，充电升压开关电源电路关闭，定子绕组得电后使得电机本体做电动运行状态；当测速点电压高于调速点电压的设定值即电机旋转角速度高于调控速度时，电桥平衡电路驱动充电升压开关电源电路打开，场效应管输出电路关闭，定子绕组失电，电机本体在自身惯量的作用下将作为发电状态运行，电机本体的输出电流整流后再经充电升压开关电源电路升压后向外部设备如蓄电池充电。同时，当整流子转子铁芯在旋转的过程中，整流子转子铁芯上的导磁段将一起旋转，当导磁段刚移动到刚进入连接其中一个感应绕组所在的磁通回路的时期，位于导磁段来侧的测速线圈、该感应绕组和励磁绕组之间将形成磁通回路，且该磁通回路在整流子转子铁芯旋转过程中会逐渐增加，直到该感应绕组的铁芯弧面与导磁段完全重合，此时位于磁通回路中的测速线圈的磁通量增加到最大值，而该感应绕组另一侧的测速线圈处没有磁通经过；随着整流子转子铁芯的持续旋转，原来位于磁通回路中的测速线圈中的磁通量将逐渐减小到零，而原来没有磁通经过的测速线圈处的磁通将逐渐增大到最大值，由此在整流子转子铁芯旋转过程中，整流子转子铁芯导磁段在经过每个感应绕组的时候，感应绕组两侧的测速线圈磁通回路中的磁通量都是由少到多，由此测速线圈得到的速度信号便是一个锯齿波信号，锯齿波的斜面上升变化，就是电机旋转到该段的角速度变化。由于本专利技术每个感应绕组的左右都有一个测速线圈，以致所有测速的片段锯齿波都能依次链接起来，构成同步持续跟踪角速度的测速信号。本方案在实际使用时，利用测速线圈同步跟踪电机本体的角速度变化，当电机本体的转速低于设定转速，即当测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种按指令速度调控供电或转换发电的多功能调速电机系统，其特征在于，包括电机本体、整流子结构体、电机驱动电路、反回充电电路和控制电路；所述电机本体包括定子绕组，所述定子绕组采用三路三相的绕组排绕方式并引出9个抽头，9个所述抽头同时与所述电机驱动电路和所述反回充电电路电连接；所述整流子结构体包括同轴设置的两个整流子定子铁芯和整流子转子铁芯，所述整流子转子铁芯位于两个所述整流子定子铁芯之间，所述整流子定子铁芯的内圆周上开设有36个定子槽，相邻两个所述定子槽之间共形成36个定子齿，在间隔分布的18个所述定子齿上分别绕制励磁线圈并将所述励磁线圈串联连接，所述整流子转子铁芯的外圆周上嵌设有能够与设定长度的整流子定子铁芯之间形成磁通回路的导磁段，所述整流子转子铁芯跟随所述电机本体的转子同步旋转；还包括第一相交流电源和与所述第一相交流电源的相位相差90°的第二相交流电源，所述第一相交流电源和所述第二相交流电源分别与其中一个所述整流子定子铁芯上的励磁线圈连接；所述电机驱动电路包括整流子信号感应电路和场效应管输出电路；所述整流子信号感应电路包括分布在剩余18个所述定子齿上的感应绕组和与所述感应绕组一一对应连接的18个整流限压输出电路，所述整流限压输出电路的输出端与所述场效应管输出电路的输入端连接，所述场效应管输出电路的输出端与所述电机本体的定子绕组连接并驱动所述电机本体的定子绕组换相励磁；所述反回充电电路包括充电整流电路和一个充电升压开关电源电路；所述充电整流电路的输入端连接所述电机主体的定子绕组接线端，所述充电整流电路的输出端连接充电升压开关电源电路的电源输入端；所述控制电路由测速感应电路、模拟电压生成电路和电桥平衡电路构成；测速感应电路包括绕制在每个所述定子槽轭部的测速线圈和72个测速整流电路，每个所述测速线圈连接对应的两个所述测速整流电路，两个所述测速整流电路对应连接一个模拟电压生成电路，与同一所述测速线圈连接的两个所述测速整流电路的输出端与一个所述模拟电压生成电路的输入端连接；所述电桥平衡电路上设有两个电压对比端和两个输出端，其中一个电压对比端作为测速点与所述模拟电压生成电路的输出端连接，另一个电压对比端作为调速点与转速调控基准电压点连接；其中一个输出端连接所述场效应管输出电路的控制端，并在电机旋转角速度不高于调控速度时，打开所述场效应管输出电路为所述定子绕组供电；另一个输出端连接所述充电升压开关电源电路的控制端，在电机旋转角速度高于调控速度时，打开所述充电升压开关电源电路同时关闭所述场效应管输出电路，并将所述定子绕组的感应电流反回输出。...

【技术特征摘要】
1.一种按指令速度调控供电或转换发电的多功能调速电机系统，其特征在于，包括电机本体、整流子结构体、电机驱动电路、反回充电电路和控制电路；所述电机本体包括定子绕组，所述定子绕组采用三路三相的绕组排绕方式并引出9个抽头，9个所述抽头同时与所述电机驱动电路和所述反回充电电路电连接；所述整流子结构体包括同轴设置的两个整流子定子铁芯和整流子转子铁芯，所述整流子转子铁芯位于两个所述整流子定子铁芯之间，所述整流子定子铁芯的内圆周上开设有36个定子槽，相邻两个所述定子槽之间共形成36个定子齿，在间隔分布的18个所述定子齿上分别绕制励磁线圈并将所述励磁线圈串联连接，所述整流子转子铁芯的外圆周上嵌设有能够与设定长度的整流子定子铁芯之间形成磁通回路的导磁段，所述整流子转子铁芯跟随所述电机本体的转子同步旋转；还包括第一相交流电源和与所述第一相交流电源的相位相差90°的第二相交流电源，所述第一相交流电源和所述第二相交流电源分别与其中一个所述整流子定子铁芯上的励磁线圈连接；所述电机驱动电路包括整流子信号感应电路和场效应管输出电路；所述整流子信号感应电路包括分布在剩余18个所述定子齿上的感应绕组和与所述感应绕组一一对应连接的18个整流限压输出电路，所述整流限压输出电路的输出端与所述场效应管输出电路的输入端连接，所述场效应管输出电路的输出端与所述电机本体的定子绕组连接并驱动所述电机本体的定子绕组换相励磁；所述反回充电电路包括充电整流电路和一个充电升压开关电源电路；所述充电整流电路的输入端连接所述电机主体的定子绕组接线端，所述充电整流电路的输出端连接充电升压开关电源电路的电源输入端；所述控制电路由测速感应电路、模拟电压生成电路和电桥平衡电路构成；测速感应电路包括绕制在每个所述定子槽轭部的测速线圈和72个测速整流电路，每个所述测速线圈连接对应的两个所述测速整流电路，两个所述测速整流电路对应连接一个模拟电压生成电路，与同一所述测速线圈连接的两个所述测速整流电路的输出端与一个所述模拟电压生成电路的输入端连接；所述电桥平衡电路上设有两个电压对比端和两个输出端，其中一个电压对比端作为测速点与所述模拟电压生成电路的输出端连接，另一个电压对比端作为调速点与转速调控基准电压点连接；其中一个输出端连接所述场效应管输出电路的控制端，并在电机旋转角速度不高于调控速度时，打开所述场效应管输出电路为所述定子绕组供电；另一个输出端连接所述充电升压开关电源电路的控制端，在电机旋转角速度高于调控速度时，打开所述充电升压开关电源电路同时关闭所述场效应管输出电路，并将所述定子绕组的感应电流反回输出。2.根据权利要求1所述的按指令速度调控供电或转换发电的多功能调速电机系统，其特征在于，所述模拟电压生成电路包括计量电容C4、复位二极管D4、单向输出二极管D6、复位电阻R3和回流电阻R5，所述计量电容C4一端分别与复位电阻R3的一端和所述测速整流电路的输出端连接，所述计量电容C4的另一端分别与所述复位二极管D4的阴极和所述单向输出二极管D6的阳极连接，所述复位二极管D4的阳极与所述复位电阻R3的另一端连接后再接地，所述模拟电压生成电路共36个，36个所述模拟电压生成电路中的单向输出二极管D6的阴极并联连接后再与所述回流电阻R5的一端连接，所述回流电阻R5的另一端接地。3.根据权利要求2所述的按指令速度调控供电或转换发电的多功能调速电机系统，其特征在于，所述电桥平衡电路包括PNP型三极管BG3、NPN型三极管BG4、二极管D8、二极管D9、调速电位器W、电阻R6、二极管D21、二极管D22、电容C6、电感L、二极管D31、二极管D32、和PNP型三极管BG5，所述调速电位器的滑动端与调速点连接，所述调速电位器的另外两端分别接地和整流子信号感应电路输出的直流电源，所述PNP型三极管BG3的基极与所述测速点连接，所述PNP型三极管BG3的发射极与所述调速点连接，所述PNP型三极管BG3的集电极与所述场效应管输出电路电连接，所述二极管D8的阳极与所述调速点连接，所述二极管D8的阴极与所述二极管D9的阳极连接，所述二极管D9的阴极与所述NPN型三极管BG4的发射极连接，所述NPN型三极管BG4的发射极还分别与所述电阻R6的一端和所述二极管D21的阴极连接，所述电阻R6的另一端接地，所述二极管D21的阳极分别与所述二极管D22的阴极和所述电容C6的一端连接，所述二极管D22的阳极分别与所述电感L的一端和所述NPN型三极管BG4的基极连接，所述电感L的另一端分别与所述二极管D32的阳极和所述电容C6的另一端连接后再与测速输出点连接，所述二极管D32的阴极通过所述回流电阻R5接地，所述NPN型三极管BG4的集电极通过电阻R10与所述PNP型三极管BG5的基极连接，所述PNP型三极管BG5的集电极与所述二极管D31的阳极连接，所述二极管D31的阴极通过所述回流电阻R5接地，所述PNP型三极管BG5的发射极与所述光电耦合器B2中的二极管的阳极连接，所述光电耦合器B2中的二极管的阴极接地，所述光电耦合器B2的NPN型三极管的集电极与所述充电升压开关电源电路连接。4.根据权利要求1所述的按指令速度调控供电或转换发电的多功能调速电机系统，其特征在于，还包括交流电源供电电路，所述交流电源供电电路电路包括震荡电路和90°移相电路，所述震荡电路用于产生单相交流电，所述90°移相电路与所述震荡电路电连接并用于将所述震荡电路产生的单相交流电转化为两相交流电，所述90°移相电路产生的两相交流电分别输出给所述第一相交流电源和所述第二相交流电源；所述整流限压输出电路包括二极管D1、降压电阻R1、电阻R2、稳压二极管DW1，所述二极管D1的阳极与所述感应绕组连接，所述二极管D1的阴极与所述降压电阻R1的一端连接，所述降压电阻R1的另一端分别与所述电阻R2的一端连接和所述稳压二极管DW1的阴极连接后输出方波信号给所述场效应管输出电路，所述电阻R2的另一端与所述稳压二极管DW1的阳极连接；所述测速整流电路包括两个二极管D2，两个所述二极管D2的阳极分别与所述测速线圈的一端连接，两个所述二极管D2的阴极并联连接后与所述模拟电压生成电路的输入端连接。5.根据权利要求1所述的按指令速度调控供电或转换发电的多功能调速电机系统，其特征在于，所述场效应管输出电路包括供电电源、与所述供电电源正极进行连接的上管驱动电路和与所述供电电源负极进行连接的下管驱动电路，所述上管驱动电路包括第一相上管驱动电路、第二相上管驱动电路和第三相上管驱动电路，所述第一相上管驱动电路的输出端与U相定子绕组连接，所述第二相上管驱动电路的输出端与V相定子绕组连接，所述第三相上管驱动电路的输出端与W相定子绕组连接，所述下管驱动电路包括第一相下管驱动电路、第二相下管驱动电路和第三相下管驱动电路，所述第一相下管驱动电路的输出端与U相定子绕组连接，所述第二相下管驱动电路的输出端与V相定子绕组连接，所述第三相下管驱动电路的输出端与W相定子绕组连接，连接同一相定子绕组的上管驱动电路和下管驱动电路不能同时导通。6.根据权利要求5所述的按指令速度调控供电或转换发电的多功能调速电机系统，其特征在于，所述电机本体包括电机定子铁芯，所述电机定子铁芯上开设有36个电机定子槽，所述电机本体为四级，U、V、W三相定子绕组各对应设有A、B、C三路绕组，所述整流子转子铁芯的外圆周上嵌设有跨越10个定子槽长度的导磁段，所述场效应管输出电路共18个并记为Q1-Q18，18个场效应管输出电路Q1-Q18分别与18个整流限压输出电路Z1-Z18连接；所述场效应管输出电路Q1包括PNP型三极管BG91和N沟道结型场效应管BT1，所述PNP型三极管BG91的基极与所述电桥平衡电路连接，所述PNP型三极管BG91的发射极与所述整流限压输出电路Z1的输出端连接，所述PNP型三极管BG91的集电极与所述N沟道结型场效应管BT1的栅极连接，所述N沟道结型场效应管BT1的源极与所述供电电源的负极连接，所述N沟道结型场效应管BT1的漏极与U相定子绕组的A路绕组连接；所述场效应管输出电路Q2包括PNP型三极管BG92和N沟道结型场效应管BT2，所述PNP型三极管BG92的基极与所述电桥平衡电路连接，所述PNP型三极管BG92的发射极与所述整流限压输出电路Z2的输出端连接，所述PNP型三极管BG92的集电极与所述N沟道结型场效应管BT2的栅极连接，所述N沟道结型场效应管BT2的源极与所述供电电源的负极连接，所述N沟道结型场效应管BT2的漏极与U相定子绕组的B路绕组连接；所述场效应管输出电路Q3包括PNP型三极管BG93和N沟道结型场效应管BT3，所述PNP型三极管BG92的基极与所述电桥平衡电路连接，所述PNP型三极管BG93的发射极与所述整流限压输出电路Z3的输出端连接，所述PNP型三极管BG93的集电极与所述N沟道结型场效应管BT3的栅极连接，所述N沟道结型场效应管BT3的源极与所述供电电源的负极连接，所述N沟道结型场效应管BT3的漏极与U相定子绕组的C路绕组连接；所述场效应管输出电路Q4包括N沟道结型场效应管BT194和P沟道结型场效应管BT4，所述N沟道结型场效应管BT194的栅极与所述整流限压输出电路Z4的输出端连接，所述N沟道结型场效应管BT194的漏极与所述P沟道结型场效应管BT4的栅极连接，所述N沟道结型场效应管BT194的源极接地，所述P沟道结型场效应管BT4的漏极与所述供电电源的正极连接，所述P沟道结型场效应管BT4的源极与V相定子绕组的A路绕组连接；所述场效应管输出电路Q5包括N沟道结型场效应管BT195和P沟道结型场效应管BT5，所述N沟道结型场效应管BT195的栅极与所述整流限压输出电路Z5的输出端连接，所述N沟道结型场效应管BT195的漏极与所述P沟道结型场效应管BT5的栅极连接，所述N沟道结型场效应管BT195的源极接地，所述P沟道结型场效应管BT5的漏极与所述供电电源的正极连接，所述P沟道结型场效应管BT5的源极与V相定子绕组的B路绕组连接；所述场效应管输出电路Q6包括N沟道结型场效应管BT196和P沟道结型场效应管BT6，所述N沟道结型场效应管BT196的栅极与所述整流限压输出电路Z6的输出端连接，所述N沟道结型场效应管BT196的漏极与所述P沟道结型场效应管BT6的栅极连接，所述N沟道结型场效应管BT196的源极接地，所述P沟道结型场效应管BT6的漏极与所述供电电源的正极连接，所述P沟道结型场效应管BT6的源极与V相定子绕组的C路绕组连接；所述场效应管输出电路Q7包括PNP型三极管BG97和N沟道结型场效应管BT7，所述PNP型三极管BG97的基极与所述电桥平衡电路连接，所述PNP型三极管BG97的发射极与所述整流限压输出电路Z7的输出端连接，所述PNP型三极管BG97的集电极与所述N沟道结型场效应管BT7的栅极连接，所述N沟道结型场效应管BT7的源极与所述供电电源的负极连接，所述N沟道结型场效应管BT7的漏极与V相定子绕组的A路绕组连接；所述场效应管输出电路Q8包括PNP型三极管BG98和N沟道结型场效应管BT8，所述PNP型三极管BG98的基极与所述电桥平衡电路连接，所述PNP型三极管BG98的发射极与所述整流限压输出电路Z8的输出端连接，所述PNP型三极管BG98的集电极与所述N沟道结型场效应管BT8的栅极...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伯川，
申请(专利权)人：陈伯川，
类型：发明
国别省市：重庆,50