机械式高频方波发生器制造技术

机械式高频发生器由壳体、径向/轴向碳刷组件、转子构成（图2）。转子由奇/偶换向片、内/外滑电环、连接导线、转动轴、绝缘轴套构成（图3）。奇/偶换向片分别与外/内滑电环通过导线相连，且依次、交替、均匀的排列在转子尾部平面并呈径向放射状，并与呈一定角度的奇/偶碳刷相接触。奇/偶碳刷呈一定角度，保证转子在转动任意角度时奇/偶碳刷与偶/奇换向片同时接触，以确保电流顺利换向。径向碳刷在占空比调节螺钉带动下可以进行径向滑动，从而改变输出方波的占空比以调节输出功率。内/外滑电环通过轴向碳刷把方波输出。（如图4

【技术实现步骤摘要】
机械式高频方波发生器


[0001]本专利技术用于各类功率高频方波产生领域。

技术介绍

[0002]方波是一种电流电压为矩形的波形。高频方波极大缩小了变压器的体积，因此在各类开关电源、充电器、变频器、逆变焊机、逆变器、感应加热、高频淬火、电磁炉等得到了广泛应用，在冶炼、焊接、热处理、热加工、民用、医疗等行业具有广泛的用途。高频方波通常由开关管（mos管、IGBT）电路产生。但开关管方波产生电路元器件多、结构复杂、易受电压波动和负载干扰、稳定性差、过流过载能力差、检修复杂且生产制造成本高。尤其受全球芯片供应短缺影响，开关管方波电路制造成本进一步增加。本专利技术利用机械式换向产生高频方波，具有结构简单、检修容易、频率和占空比连续可调、过载和抗干扰能力强、损耗低、制造成本低等优点。

技术实现思路

[0003]结构说明：机械式高频发生器由壳体、径向/轴向碳刷组件、转子构成（图1、图2）。转子由奇/偶换向片、内/外滑电环、连接导线、转动轴、绝缘轴套和绝缘填充材料构成（如图3）。换向片数量为偶数个。奇换向片与外滑电环通过导线相连，偶换向片与内滑电环通过导线相连，奇/偶换向片依次、交替、均匀的排列在转子尾部平面且呈径向放射状，并与呈一定角度的奇/偶碳刷相接触。奇/偶碳刷呈一定角度，保证转子在转动任意角度时奇/偶碳刷与偶/奇换向片同时接触，以确保电流顺利换向。径向碳刷在占空比调节螺钉带动下可以进行径向滑动，从而改变输出方波的占空比以调节输出功率。内/外滑电环通过轴向碳刷把方波输出。（如图4
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图6）如果增加转子转速，方波频率也会增大；一定转速下，增加换向片数量，也会使输出方波频率增加。
[0004]方波产生过程：径向碳刷输入直流电，假设奇碳刷接正极，偶碳刷接负极。此时电流通过奇/偶碳刷传递到与其相接触的奇/偶换向片并通过导线传至外/内滑电环，并通过与滑电环相接触的轴向碳刷输出。此时外滑电环碳刷为正，内滑电环为负。当转子转过一定角度，此时奇/偶碳刷开始于偶/奇换向片接触，此时内滑环为正外滑环为负，因此轴向碳刷输出电流的极性出现一次翻转；当转子继续旋转，奇/偶碳刷周而复始的跟奇/偶、偶/奇换向片接触，内/外滑环的电流也就出现周而复始的极性变化，从而使轴向碳刷输出的极性周而复始变化的方波电流。（图5、图6）
[0005]方波频率调节：由机械式高频方波发生器的结构和工作原理可知，在换向片数量一定的情况下，如本专利技术换向片数量为8个，每秒转动一圈方波变化4个周期，即4Hz。如果转速每分钟10万转，即每秒1666转，那么输出方波频率6666Hz。如果换向片数量增加到48片，那么该转速下方波输出频率为40Khz。这一频率已经达到和超过普通IGBT工作频率30
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40Khz的上限了。如果进一步增加换向片数量，方波输出频率还可进一步增加到100Khz以上的高频区。由此可以看出，方波输出频率受转速和换向片数量两个因素影响。换向片数量一
定的情况下，通过调节转速可以连续调节方波输出频率。
[0006]占空比调节过程：本专利技术输出占空比连续可调，因而输出功率连续可调。原理为：由于换向片在转子尾端平面呈径向放射状排列，因此靠近转轴的部位换向片排列密集、间隔小，径向碳刷在该部位意味着与换向片与碳刷接通的时间长而断开的时间短，表现为占空比增大，输出功率增大；而在远离转轴的部位换向片排列疏松、间隔大，径向碳刷滑向该部位意味着换向片与碳刷接通的时间短而断开的时间长，表现为占空比减小，输出功率减小。由于两个径向碳刷同时接触换向片电路才接通，而任意一个与换向片断开都会使输出中断，所以调节两个径向碳刷中的任一个都会达到调节占空比的目的。
[0007]工作特性（与开关管方波电路相比）：1. 输出纯正方波，几乎不存在波形失真；2.工作电压范围宽，电压跨度从几伏到几百伏，远大于开关管；3.不存在极性，输入端正负极可对调，输入端和输出端也可对调；4.方波输出与转向无关，即可正转也可反转；5.损耗仅与材料电阻有关，发热极小，无需散热，不存在IGBT或mos管的开关损耗；6.设计功率可小可大，尤其容易做成中大功率方波输出；7.抗干扰能力强，远大于开关管；8.结构简单，制造成本低廉，维护容易；9.消耗功率小，工作效率高，无需加装散热装置；10. 输出频率通过改变转速调节，占空比通过径向滑动奇/偶碳刷调节。输出频率和占空比可以线性、连续可调，且在低占空比和高频工作状态下工作效率几乎不受影响。11.理论上工作频率仅仅受换向片数量和转速影响；12.径向滑动奇碳刷或偶碳刷或者同时滑动奇/偶碳刷，均可改变方波输出占空比；13.不需要开关管方波发生器的辅助电路，也不需要考虑开关管的零点关断；14.过流过压过载能力远大于开关管；15.驱动功率低，几十瓦至一两百瓦便可达到每分钟数万转的转速。
[0008]附图说明：图1是机械式高频方波发生器外视图；图2是机械式高频方波发生器壳体透视图；图3是机械式高频方波发生器结构后视图（示径向碳刷的径向滑动结构）；图4是机械式高频方波发生器电结构侧上视图（示奇/偶换向片与内/外滑电环的导线连接）；图5是机械式高频方波发生器电结构侧方透视图（示内/外电滑环导线连接）；图6是机械式高频方波发生器电结构侧后透视图（示径向碳刷角度与奇/偶换向片）。。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.机械式高频方波发生器由壳体、轴向碳刷、径向碳刷、转子构成。2.如权利要求1所述的机械式高频方波发生器径向奇/偶碳刷呈一定角度分布，分别与奇/偶换向片滑动接触，径向碳刷可在占空比调节螺钉的带动下沿换向片径向滑动。3.如权利要求1所述的机械式高频方波发生器，其转子端面镶嵌有呈径向放射状排列的奇/偶换向片，换向片数量为偶数个，转子外圈上镶有内/外滑电环。4.如权利要求3所述，奇/偶换向片数量相等，并交替的与内...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，
申请(专利权)人：重庆三峡学院，
类型：发明
国别省市：