一种随机同轴换向电动机制造技术

一种随机同轴换向电动机。它用于做各种机械系统中的动力源，特别适用于做变工况条件下的动力源。该电动机由稀土永磁转子，定子、壳体、电源变换器以及无机械接触的同步换向控制器组成。它通过同步换向控制器控制电源变换器对定子线圈供给与转子角位移严格同步的交变电源，使定子线圈产生的磁场推动永磁转子旋转。该电动机因此具有直流电机的全部驱动特性。同时，通过可增加的控制，使电机还有可控工况及可控正反转等性能。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种随机同辆换向电动机，它用于做各种机械系统中的动力源，特别适用于做变工况条件下的动力源，例如油田抽油机等。现在的三相交流电动机，由于受电网恒频的束缚，工作特性较差，表现在两个方面一是它的转速工作范围很小，起动特性差，满足载起动困难;另一方面，它只有在设计工况下(额定功率条件下)效率才是最高的，而在变工况时，由于工作点的变动，效率急剧下降，如在抽没机上使用时，整个系统的效率只有17%。普通直流电机虽然起动特性好，在变工况条件下工作的效率损失不多，但由于其电刷换向部分结构复杂，容易磨损，励磁调整复杂，成本较高，也只在特别强调负荷起动与变工况要求较高的条件下才使用。现在，由于电力电子技术的发展和推广应用，对于交流电机的改造，提出了采用逆变器进行变频驱动的方法。逆变器采用工频交流-直流-可控频率交流的方式先把电网的工频交流电整流为直流，然后再用高速开关器件和复杂的控制电路把直流转换为可控制频率的单相或三相交流电供给电机，可使电机适应变工况或满负荷起动的要求。在起动时，可控制逆变器输出频率由低频逐步增加到额定工作频率，改变了交流电机的起动特性。在变工况条件下工作时，也可以通过主动调节逆变器的输出频率达到适应各工况的目的。但是，由于要采用价钱较贵的逆变器及控制系统，这给实际中的大规模应用带来了一定的困难。同时，变频控制复杂，其变工况时的特性也不如直流电机。本专利技术的目的就是专利技术一种具有以三相异步电机相同机械结构并具有直流电机驱动及牵引特性的电动机。本专利技术的结构如附附图说明图1所示，它有转子(1)，定子(2)，壳体(3)，电源变换器(4)，其特征在于转子(1)为稀土永磁转子，在转子(1)轴颈部以及壳体(3)的相应部位有无机械接触的同步换向控制器(5)，电源变换器(4)由受同步换向控制器(5)控制换向的高速开关桥路组成。本专利技术中，稀土永磁材料的转子(1)，定子(2)和壳体(3)构成了一台稀土永磁电动机，而同步换向控制器(5)和电源设换器(4)组成了电机的供电与控制部分。本专利技术的工作原理与直流电机基本一样，只是在定子线圈中通的是同步换向的交变电流，而转子(1)是永磁的。同步换向控制器(5)起到了过去电刷的作用，保证了定子线圈产生的磁场在任何时候都是使转子从一个方向旋转。同步换向控制器(5)保证定子线圈每一相通电的情况严格与转子(1)的位置角相关。本专利技术的换向控制可不用象交流电机采用逆变器进行变频工作时的复杂控制电路，成本大幅度下降。由于稀土材料的磁能积很高，转子(1)不用通电，转子(1)无线圈的电阻损耗和铁芯的磁涡流损耗。性能和效率可比普通直流电机高。转子(1)可用稀土永磁材料做成一圆柱体，能经受更大的离心力，可工作在更高的转速下。本专利技术中，同步换向控制器(5)可以是采用光电形式的，也可以是采用磁敏的。两者都为非接触式，而且体积不大。本专利技术可以用现有的普通三相共步电机进行改造，只用把它的鼠笼式转子换为现在的稀土永磁转子，加装同步换向控制器(5)和电源变换器(4)即可。本专利技术的转子(1)采用稀土永磁制造，不需要励磁，不存在向转子(1)馈电的问题，也不用如象试验用的无刷电机那样把变流装置和同步换向控制器装入到转子中，使之与转子一同旋转。从而大大降低了同步换向控制器和电源变换器的机械设计要求。同时也使得电源变换器的效率，出力都能有较大幅度的增加，满足工业用户用以取代常规电机的实际需要。本专利技术由于采用稀土永磁制造的转子，由定子线圈同步换向进行工作，具有直流电机的全部驱动特性。同时，由于稀土材料的磁能积很高，可以有更大的起动力矩，使本专利技术的起动特性有了更进一步的改善，电机体积也能减小。本专利技术去除了直流电机的电刷换向部分，也没有采用通常交流电机改造时的复杂高价的变频控制系统，成本较低，结构简单。本专利技术中的电源变换器(4)可以是只由高速开关组成的桥式电路，如附图2所示，每一个桥路对应一相。图中给出了由VMOS管组成的三相的结构。本专利技术中的电源流换器(4)还可以在高速开关电路的直流输入端接有一为其提供直流电输入的单相或三相桥式整流功率组件和滤波电容，这样可适应采用交流作为输入的情况，应用于过去使用交流电动机的场合。基本上仍保持用户过去习惯的供电方式和操作管理习惯。本专利技术中，可在电源变换器(4)中的高速开关器件控制端接有一与标准工业控制介面(RTU)相连的控制高速开关关断的控制连线(6)。由于标准工业控制介面(RTU)与中心控制计算机相连，可通过中心控制计算机软件对高速开关器件的关断进行控制。在各相电流还没有达到换向时就提前关断，减少了定子线圈的通电时间，从面调整了输入的平均电压，达到控制其输入能量的目的。通过控制连线(6)可对电机的工作状态进行控制，以适应变工况工作。当与工业控制介面(RTU)相连的控制连线(6)恒定处于不控制关断的电位时(如恒定处于高电位时)，电源变换器(4)中的高速开关器件只在同步换向控制器(5)的控制下循环翻转，与无此控制端一样，为一普通稀土永磁电动机。本专利技术中同步换向控制器(5)可以是无机械接触的光电感应式同步换向控制器，如附图3所示。该同步控制器为在转子(1)轴颈处圆周上涂有(或刻有)的明暗不同的条块(7)和与之相对应的在壳体(3)相对应部位装有的照明光源(8)和光敏元件(9)。明暗条块(7)的数目与转子(1)磁极数目一致并位置相同，如在转子(1)磁极为两极的情况下，其明暗条块为半圈明、半圈暗。照明光源(8)和光敏元件(9)可以为一整体组件，现在已有现成产品。其个数与定子线圈的相数相同，每一个光敏元件控制定子线圈的一相。照明光源(8)和光敏元件(9)组件均匀安装，并与所控制的定子线圈保持严格的位置关系。本专利技术中的同步换向控制器(5)也可以是无机械接触的磁感应式同步换向控制器。它由在转子(1)轴颈处嵌有的小永磁体和在壳体(3)相对应部位装有的霍尔磁敏元件组成。与光电同步控制器一样，转子轴颈处的小永磁体数与转子磁极数一样，而在定子(2)上的霍尔磁敏元件个数也与定子线圈的相数相同。本专利技术中，不管是光敏元件的输出还是霍尔磁敏元件的输出，都经放大整形后，用标准方波对电源变换器(5)中的高速开关电路进行控制。本专利技术中的高速开关电路可以是如象申请号为CN89104235.0中的VMOS管组件，有很高的输入阻抗，而且直接由同步换向控制器的标准方波控制。其与RTU相连的控制连线(6)可以是用“与”门使它与同步换向控制器来的信号线相“乘”后再对高速开关元件进行控制，本专利技术中的高速开关电路也可以是用可关断可控硅组成。同步换各控制器的标准方波经“微分电路”微分后用前沿的正脉冲和后沿的负脉冲对可控硅的导通与关断进行触发。其与RTU相连的控制连线(6)可以是用“或”门使它与经过微分后的同步换向控制器输出信号线相“加”，控制线用负脉冲触发可控硅的关断，在可控硅前应有脉冲放大器，以保证有足够的能量触发可控硅的翻转。高速开关器件以及可接入的整流器件的额定工作电流和耐压应考愿到受电容以及电感的影响，需有一定的保险系数，其值应比实际电流和电压值高2-3倍。本专利技术中的电源变换器(4)可以是其输入与输出状态可逆电源变换器。这样，当电机在负载作用下，感应的定子线圈电动势(反电动势)小于外加电压时，电机作为电动机运行，而反之，当电机在外力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随机同轴换向电动机，它有转子（１），定子（２），壳体（３），电源变换器（４），其特征在于：转子（１）为稀土永磁转子，在转子（１）轴颈部以及壳体（３）的相应部位有无机械接触的同步换向控制器（５），电源变换器（４）由受同步换向控制器（５）控制换向的高速开关桥路组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石行，尤装，
申请(专利权)人：北京市西城新开通用试验厂，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]