CN101230567A - 基于双凸极永磁电机的电气式混沌振动压土机 - Google Patents

Abstract

基于双凸极永磁电机的电气式混沌振动压土机可以由三相对称的工频交流供电系统直接供电，操作简单。该压土机采用双凸极永磁电机(1)作为驱动源，一个整体的偏心块(2)联结在双凸极永磁电机(1)的转子上，固定螺母(5)将双凸极永磁电机(1)固定在支架(3)上，支架(3)和振动板(4)通过螺母(6)紧固在一起。所述的双凸极永磁电机(1)中，定子(1.1)上有12个凸极，在四个角分布有4个永磁体(1.2)，永磁体(1.2)的磁场方向沿着电机的圆周方向，转子(1.3)上有8个凸极，转子(1.3)凸极宽度略大于定子(1.1)凸极的宽度。这种电气式混沌振动压土机提供的混沌振动比常规周期振动压土机具有更宽的振压频率，因此有更好的压实效果。

Description

基于双凸极永磁电机的电气式混沌振动压土机

技术领域

本发明是一种采用三相带斜槽双凸极永磁电机驱动振动压土机，属于振动压土机制造的技术领域。

背景技术

振动压土机可有效地用于压实泥土和混凝土材料，以获得较高的压实密度。传统的由柴油机或电动机驱动的振动压土机通常只有单一的振动频率。目前科学家发现混沌振动的压土机比具有单一振动频率的振动压土机具有更好的压实效果。其原因在于实际的泥土或混凝土材料是由不同大小和成分的固体颗粒混合组成，从而使得这些颗粒具有不同的共振频率。当压土机的振动频率接近固体颗粒的共振频率时，颗粒将会产生最大的振动位移而具有最优的压实效果。然而，单一振动频率的压土机仅仅接近泥土或混凝土中一部分颗粒的共振频率。由于混沌振动具有连续而宽阔的振动频率，因此混沌振动压土机可以使得更多固体颗粒产生共振，因此具有更好的压实效果。现在已有的混沌振动压土机仍然保持柴油机或电动机转子周期运转，而通过机械方式设计转子偏心块而产生混沌振动。但是机械式混沌振动压土机结构笨重，而且一旦转子偏心块机械结构设计好后，混沌振动的模式将不能改变。因此研制开发可以灵活改变其振动模式，可避免复杂机械设计，同时操作简单的混沌振动压土机具有着重要的意义。同时，如何选择适应这些要求的混沌振动压土机驱动源是另一个需要考虑的重要因素，该驱动源需要满足操作简单、结构坚固和在不同工况下振动的要求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种基于双凸极永磁电机的电气式混沌振动压土机。该种压土机选择三相双凸极永磁电机作为驱动源，电机采用转子斜槽设计，因此其气隙磁场和电感随位置呈正弦状分布，可以由三相对称的工频交流供电系统直接供电，操作简单。

技术方案：本发明的基于双凸极永磁电机的电气式混沌振动压土机选择三相双凸极永磁电机作为驱动源，基于这种电机自身的非线性动态模型，通过变压器改变加在电机上三相电压的大小，可使得电机通电后自行产生混沌的旋转速度。由该电机驱动常规的实心偏心块，可产生混沌的振动模式。这种电气式混沌振动压土机既不需要对转子偏心块进行复杂的机械设计，也不依靠对电机进行附加的控制。同时，通过变压器调节三相电压，该电气式振动压土机的振动可在周期振动和混沌振动之间进行切换，而且，混沌振动的范围可以改变，可压实不同的固体颗粒。

本发明的基于双凸极永磁电机的电气式混沌振动压土机采用双凸极永磁电机作为驱动源，一个整体的偏心块联结在双凸极永磁电机的转子上，固定螺母将双凸极永磁电机固定在支架上，支架和振动板通过螺母紧固在一起。

所述的双凸极永磁电机中，定子上有12个凸极，在四个角分布有4个永磁体，永磁体的磁场方向沿着电机的圆周方向，转子上有8个凸极，转子凸极宽度略大于定子凸极的宽度。所述的转子采用斜槽设计，减小电机的自定位转矩并获得接近正弦形状的气隙磁密分布。

有益效果：本发明的特点是采用三相带斜槽双凸极永磁电机驱动振动压土机，利用双凸极永磁电机的非线性模型，实现对其直接提供三相交流电而产生混沌的振动效果，构成一种新型的电气式混沌振动压土机。首先，这种电气式混沌振动压土机不需复杂的机械设计，可采用常规振动压土机偏心块设计；其次，这种电气式混沌振动压土机操作简单，无需附加控制，直接提供三相交流电即可实现混沌振动效果；再次，这种电气式混沌振动压土机操作灵活，通过改变三相电压的大小，可实现其在周期振动和混沌振动之间切换，而且混沌振动范围可变；最后，这种电气式混沌振动压土机提供的混沌振动比常规周期振动压土机具有更宽的振压频率，因此有更好的压实效果。

1、采用三相带斜槽双凸极永磁电机作为压土机的驱动源驱动普通的实心偏心块，来产生混沌的振动，去除了针对转子偏心块的复杂机械设计。

2、这种双凸极永磁电机具有实心转子，因此结构坚固，可适用于各种剧烈的振动工况。

3、通过外加三相供电电源，基于电机自身的非线性模型将直接产生混沌振动，无需附加控制。

4、通过改变外加电源电压数值的大小，使压土机振动在周期振动和混沌振动之间切换。

5、通过改变外加电源电压的大小，混沌振动的范围可改变，可压实不同特性的固体颗粒。

6、相对常规周期振动压土机，该电气式混沌振动压土机有更宽的振压频率，使得更多固体颗粒产生共振，因此具有更好的压实效果。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为用于该电气式混沌振动压土机驱动源的三相双凸极永磁电机结构。

图3为该电气式混沌振动压土机的机构。

图4为该电机转子转速的在不同外加三相电压数值下的分岔图。

以上的图中有：双凸极永磁电机1、支架3、振动板4、固定螺母5、螺母6、交流供电系统7、变压器8。定子1.1、永磁体1.2、转子1.3、电枢绕组1.4、电机的轴1.5。

具体实施方式

图2为用于该电气式混沌振动压土机驱动源的三相双凸极永磁电机结构。定子1.1上有12个凸极，在四个角分布有4个永磁体1.2。永磁体1.2的磁场方向沿着电机的圆周方向。转子1.3上有8个凸极，转子1.3凸极宽度略大于定子1.1凸极的宽度。为减小电机的自定位转矩并获得接近正弦形状的气隙磁密分布，该电机转子采用斜槽设计。1.4为定子1.1上的电枢绕组。1.5为电机的轴。该电机具有实心转子，结构坚固，适用于高速及剧烈的振动工况。

图3为该电气式混沌振动压土机的机构。1为双凸极永磁电机，通过固定螺母5将其固定在支架3上，支架3和振动板4通过螺母6紧固在一起。一个整体的偏心块2联结在双凸极永磁电机1的转子上。

工作时，由50赫兹工频三相供电系统通过变压器对三相双凸极永磁电机提供三相对称正弦电压。由于所采用双凸极永磁电机采用转子斜槽设计，因此自定位转矩小，其气隙磁场和电感均呈现正弦状分布。转子偏心块可等值为随转子位置变化的周期性负载，将转子偏心块的负载引入到双凸极永磁电机的动态模型中，图3所示的电气式振动压土机系统在三相供电系统下将构成一个五阶非自治系统。通过调节变压器调节加在电机上的三相电压的大小，在一定电压范围内电机转子将出现混沌运动，可产生具有宽频特征的混沌振动。图4为该电机转子转速的在不同外加三相电压数值下的分岔图。图中可见当电压小于某-电压数值时，电机转子将会呈现周期运动，当电压大于该电压数值时，电机转子将会呈现混沌运动，而且该混沌运动的范围将随着电压数值的变化而变化。因此通过改变外加供电电压的大小，电气式振动压土机的振动模式可在周期性振动和混沌振动之间切换，而且混沌振动的范围可以调节，以适应压实不同种类的固体颗粒。

以一台基于三相带转子斜槽的双凸极永磁电机所构成的电气式混沌振动压土机为例，如图1所示，该电机额定功率为750瓦，额定电压为220伏，额定转速为1500转每分钟，转子斜槽22°。一个实心转子偏心块2与双凸极永磁电机1的轴相连，转子偏心块质量为300克，其等效重心距转子轴中心为5厘米。双凸极永磁电机通过螺母5和支架3固定在一起，支架3通过螺母6固定在振动板上，形成一个电气式混沌振动压土机。整台装置质量为2.5千克。交流供电系统7通过变压器8对这种压土机提供电压幅值可变的三相电。

Claims (3)

1.一种基于双凸极永磁电机的电气式混沌振动压土机，其特征在于该压土机采用双凸极永磁电机(1)作为驱动源，一个整体的偏心块(2)联结在双凸极永磁电机(1)的转子上，固定螺母(5)将双凸极永磁电机(1)固定在支架(3)上，支架(3)和振动板(4)通过螺母(6)紧固在一起。

2.根据权利要求1所述的基于双凸极永磁电机的电气式混沌振动压土机，其特征在于所述的双凸极永磁电机(1)中，定子(1.1)上有12个凸极，在四个角分布有4个永磁体(1.2)，永磁体(1.2)的磁场方向沿着电机的圆周方向，转子(1.3)上有8个凸极，转子(1.3)凸极宽度略大于定子(1.1)凸极的宽度。

3.根据权利要求1所述的基于双凸极永磁电机的电气式混沌振动压土机，其特征在于所述的转子(1.3)采用斜槽设计，减小电机的自定位转矩并获得接近正弦形状的气隙磁密分布。

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