CN103248315B - 交直流智能高效节能电机及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交直流智能高效节能电机及其驱动方法。所述交直流智能高效节能电机包括：整流模块、周期脉冲发生模块、速率调控模块、激励推动模块、功率驱动模块、电机及感应输出模块。本发明的交直流智能高效节能电机的优点是：耗电少、动力大、电机启动对电网无大电流冲击、电机高低速度连续无极可调、电机输出扭力是传统电机相同耗电的4.8倍，电机负载发热小、节能率为传统电机相等耗电的60%，电机堵转不烧毁、电机抗干扰力强、自具安全保护、使用长寿命低成本用途广，在本发明的电机负载工作中的同时，本发明的电机内可向外负载发电输出10%－40%电能向外供电，并实现一机多用，使用方便安全，达到低成本、节约资源、节约能源之目的。

Description

交直流智能高效节能电机及其驱动方法

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及一种交直流智能高效节能电机及其驱动方法。

背景技术

现有技术中已有的交流电动机、有刷直流电动机、无刷直流电动机，这些电机在人们的日常生产生活中使用普及，已用于家用电器、企业、电动汽车、电动自行车、自动化设备。由于现有的电机使用在各行各业的不利因素是：高耗能、用电转化效率低、耗电多扭矩力小、耗能与扭矩力不成正比、无效耗能大、功率因数低、电机空载耗电是负载耗电的65%，用电浪费多、动力小、工作温度高、电机堵转易损坏、电机运行噪音大、使用寿命短，特别是传统的电机，不但有巨大的缺陷，电机不能制造高转速，最高为2888转/m，而传统电机的客观因素是高耗能低效率，功率在50W－500KW的电机平均的用电效率为56%，平均浪费为44%，由于传统的电机高耗能长年累月给使用者导致的电能浪费并对使用者造成了经济损失，给国家造成了电能源浪费，被浪费的电能源中，用煤碳或燃油发电转化时所排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物(每kg燃烧后为2.62kg)与此同时，对人类环境造成了严重的污染、危害人类的生存。

传统的电机导致不良因素的原因：

1、技术落后；2、结构设计不合理；3、体积大及笨重；4、材质低劣；5、材质磁通密度低；6、制造工艺粗糙；7、电能与磁通量不成正比；8、生产电机耗材多。

针对上述电机存在的不良因素和缺陷，本发明特提出一种交直流智能高效节能电机,去解决传统电机存在的各种不良因素和缺陷，把电能提供给电机时使电机低耗能、高效率、大扭力，实现高节能60%，在与其他电机同等功耗的前提下扭力提高4.8倍，电机的转速在300转/分钟-30000转/分钟之间可无级调整，电机堵转不烧毁，运行时无需外加启动柜及变频装置，同时在电机运行时可发电将电能提供给外负载，使电机使用时低温升，并达到低成本使用寿命长达10年以上，并实现节约能源的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种交直流智能高效节能电机及其驱动方法,所述直流交流转化电机不仅增大了电机的转动扭力，节省了能耗，并且保证在交流电源受到干扰的情况下电机仍能平稳的运动。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种交直流智能高效节能电机，所述交直流智能高效节能电机具有电动机模式及发电机模式，所述交直流智能高效节能电机包括：

整流模块，所述整流模块在电动机模式下将输入的交流电源进行整流，转化为直流电源；

周期脉冲发生模块，所述周期脉冲发生模块在电动机模式下发生周期性脉冲信号源；

速率调控模块，所述速率调控模块在电动机模式下调控所述周期性脉冲信号源的电位频差；

激励推动模块，所述激励推动模块在电动机模式下将所述速率调控模块调控后的周期性脉冲信号源进行放大，并推动多相相互之间具有相等相位差的周期性动态电位的循环；

功率驱动模块，所述功率驱动模块在电动机模式下接受对所述激励推动模块产生的多相相互之间具有相等相位差的周期性动态电位进行对电能功率的功率放大，并输送给电机线圈；

高效节能电机，所述高效节能电机在电动机模式下在所述功率驱动模块的驱动下运转时驱动负载，并在发电机模式下借助电机内部的结构进行发电，将发电得到的电能输出给感应输出模块；

感应输出模块，所述感应输出模块在电动机模式下互感接受电机的驱动电能，并将互感接受的电机的驱动电能进行传递通过内功能转化输出向外供电，并在发电机模式下将电机发电产生的电能输出。

进一步的，所述交流电源是三相交流电源或者两相交流电源。

进一步的，所述速率调控模块对所述周期脉冲发生模块所产生所述周期性脉冲信号源进行频速降低或升高。

进一步的，所述多相相互之间具有相等相位差的周期性动态电位是多相相互之间具有相等相位差的正弦波形的连续电位。

进一步的，所述多相相互之间具有相等相位差的正弦波形的连续电位是三相或者两相相互之间具有相等相位差的正弦波形的连续电位。

进一步的，所述功率驱动模块使用电源功率驱动器对所述多相相互之间具有相等相位差的周期性动态电位进行动态功率驱动，以推动所述交直流智能高效节能电机运转。

对应的，本发明还公开了一种交直流智能高效节能电机的驱动方法，所述交直流智能高效节能电机的驱动方法包括：

对输入的交流电源进行整流，转化为直流电能以提供电机各模块使用；

利用所述直流电源驱动周期脉冲发生电路振荡，并对所述周期脉冲发生电路产生的周期性脉冲信号源进行调控处理以获得频率及相位稳定的多相交流信号源；

利用所述速率及相位稳定的多相交流信号源驱动所述交直流智能高效节能电机，实现运转而驱动负载。

进一步的，所述交流电源是三相交流电源或者两相交流电源。

本发明提供一种交直流智能高效节能电机及其驱动方法，所述交直流智能高效节能电机运行无需启动柜及变频调速装置，在与其他电机相同能耗的前提下扭力提高至其他电机的4.8倍，并且实现节能60%，同时可将输入电能的10%-40%供给其他用电设备，实现多功能的同时降低了所述交直流智能高效节能电机的温度升高。所述交直流智能高效节能电机不受电网的交流电源的干扰，启动后能够以稳定的速度转动，并可在300转/分钟至30000转/分钟之间实现无级变速。所述交直流智能高效节能电机还具有发电机的功能，实现了一机多用，拓展了应用领域，所述交直流智能高效节能电机普及后每小时可为国家节约电能1.56亿度。

附图说明

图1是本发明的第一实施例提供的交直流智能高效节能电机的电路模块图。

图2是本发明的第一实施例提供的交直流智能高效节能电机的电路原理图。

图3是本发明的第一实施例提供的交直流智能高效节能电机对周期性脉冲信号源进行频速升高的示意图。

图4是本发明的第一实施例提供的交直流智能高效节能电机对周期性脉冲信号源进行频速降低的示意图。

图5是本发明的第二实施例提供的交直流智能高效节能电机的驱动方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

图1至图4示出了本发明的第一实施例。

图1是本发明的第一实施例提供的交直流智能高效节能电机的电路模块图。

参见图1，所述交直流智能高效节能电机包括整流模块101、脉冲取样模块102、速率调控模块103、激励推动模块104、功率驱动模块105、电机106及感应输出模块107。

在本实施例中，输入所述交直流高效节能电机的交流电是三相交流电。所述整流模块101用于在电动机模式下对输入所述交直流智能高效节能电机的三相交流电源进行整流，把交流电源转化为直流电源。其中，输入所述整流模块101的三相交流电源为来自于公共电网的工频50Hz/60Hz三相交流电源，而所述整流模块101输出的电源是经过所述整流模块101整流后的直流电源。在本实施例中，所述整流模块101使用三相桥式全波整流电路实现对输入的所述三相交流电源的整流，把稳定的电源提供给本发明的交直流智能高效节能电机的其他部分。

所述周期脉冲发生模块102用于在电动机模式下在所述整流模块101输出的直流电源的激励下产生周期性脉冲信号源。所述周期脉冲生成模块102的周期性脉冲信号源是周期性方波信号源或者周期性正弦信号源，并且要求所述周期性脉冲信号源具有很好的频波稳定性。在本实施例中，所述周期脉冲发生模块102采用振荡电路连接周期性脉冲触发电路而实现。

所述速率调控模块103用于在电动机模式下对由所述周期脉冲生成模块102产生的周期性脉冲信号源的速率频差进行调控。由于经过所述速率调控模块103调控的周期性脉冲信号源的速率频差决定了所述电机的转速，所以所述速率调控模块103通过对所述周期脉冲生成模块102产生的周期性脉冲信号源的速率频差的调控实现了对所述电机的转速的调控。

所述速率调控模块103对所述周期性脉冲信号的速率频差进行调控的过程是对所述周期性脉冲信号的速率频差进行升高的过程或者是对所述周期性脉冲信号的速率频差进行降低的过程。对所述周期性脉冲信号的速率频差进行升高的过程就是对所述周期性脉冲信号进行插值的过程。图3示出了对所述周期性脉冲信号的速率频差进行升高的过程。参见图3，如果所述周期性脉冲信号源301的周期是T，则所述速率调控模块103在两个脉冲信号之间插入N-1个等间距的脉冲信号，得到频速升高的周期性脉冲信号源302。

对所述周期性脉冲信号的速率频差进行降低的过程是对所述周期性脉冲信号进行降采样的过程。图4示出了对所述周期性脉冲信号的速率频差进行降低的过程。参见图4，如果所述周期性脉冲信号源401的周期是T，则所述速率调控模块每经过N×T的时间段时对所述周期性脉冲信号源进行一次采样发生，经过采样得到的频速降低的周期性脉冲信号源402就是所述速率调控模块103的输出信号源。在本实施例中，所述速率调控模块103采用按序电路连接触发器电路来实现。

所述激励推动模块104用于在电动机模式下对所述速率调控模块103调控后的周期性脉冲信号源进行控制，并生成三相相互之间相位差相等的周期性信号源。经所述速率调控模块调控后的周期性脉冲信号源为周期性方波信号源。所述激励推动模块104首先对所述调控后的周期性方波信号源进行控制，即将所述调控后的周期性方波信号源的幅度进行电位变化。随后，所述激励推动模块104将所述周期性方波信号源分为八路进行处理，具体是对八路周期性方波信号源综合为四路正弦交流信号源进行阶梯工作。所述将八路周期性方波信号源综合为四路正弦交流信号源的过程是按照所述八路周期性方波信号源的频速及上升沿下降沿的时间点对所述八路周期性方波信号进行综合。所述四路正弦交流信号源中的前三路正弦交流信号源按序相互之间具有相等的相位差，而第四路正弦交流信号源是前三路正弦交流信号源的综合点信号源。

所述功率驱动模块105用于在电动机模式下对所述激励推动模块104输出的正弦波信号源进行功率调控。所述功率驱动模块105采用电源功率驱动器对所述激励推动模块104输出的正弦波信号源进行功率调控。经过所述功率驱动模块105的功率放大后，所述正弦波信号源具有足够的功率，能够推动所述电动机的转子转动。

在电动机模式下，所述高效节能电机106在所述功率驱动模块105的驱动下以不同的速率旋转。所述高效节能电机106是三相或单相交直流电机。所述高效节能电机106包括定子、转子及前后端盖四部分，并且所述定子具有电机线圈组合。由于所述正弦波信号源的频率经过了所述速率调控模块的调控，因此所述高效节能电机106的转速无级可调。在电动机模式下，所述高效节能电机能够使得电机的转动扭力是现有传统电机的4.8倍，同时用电效率为98%，同时用电节能为60%，转速可调为300转/分钟-30000转/分钟。

在发电机模式下，所述高效节能电机106转动，所述高效节能电机的转子转动时具有的磁动力切割与定子内部面被定子吸收余磁传递给发电机输出线组转化为电能达到发电的效果。在发电机模式下，所述电机106的定子绕组连接着恒定电源，并接受转子恒定的磁场。所述定子绕组吸收的磁场在高低速转动时，定子绕组磁通驱动转子切割磁力线，所述转子转动的磁动力的切割所述磁场的磁力线被发电机线组所吸收电流被感应到所述高效节能电机内发电线路输出回路上。

在电动机模式下，所述感应输出模块107感应驱动电能，并将感应到的驱动电能输出。在本实施例中，所述感应输出模块将所述驱动电能使发电输出10%-40%。这样一来，所述交直流智能高效节能电机不仅能在输出稳定机械转动的同时，为其他用电设备提供电能，而且降低了所述交直流智能高效节能电机的内部自耗大温度升高，避免在所述交直流智能高效节能电机的电线的快速老化，延长了所述交直流智能高效节电电机的寿命。电机106的定子绕组附近配置有感应绕组，并且所述感应绕组与输出端口连接。所述感应绕组感应所述定子绕组的交变磁场的能量，并将感应接收到的交变磁场的能量通过所述输出端口输出，以便连接其他电器，为其他电器供电。

在发电机模式下，所述感应输出模块107将所述电机转子自旋转时切割所述恒定磁场的磁力线得到的感应电流输出给其他电器，为其他电器提供电源。

图2是本发明具体实施例提供的交直流智能高效节能电机的电路原理图。

参见图2，三相或单相交流电源从输入端口R、S、T、N输入所述交直流智能高效节能电机及发电机。所述整流模块201接收到从所述输入端口R、S、T、N输入的三相或单相交流电源后，对输入的三相或单相交流电源进行整流，得到直流电源DLV1、DLV3。所述直流电源DLV1、DLV3连接至所述速率调控模块203、所述激励推动模块204及所述功率驱动模块205，为所述速率调控模块203、所述激励推动模块204及所述功率驱动模块205提供电源。同时所述整流模块201还输出三路交流电源DLV2、DLV4及DLVN。所述交流电源DLV2、DLV4及DLVN分别连接至所述速率调控模块203及所述激励推动模块204，用于为所述速率调控模块203及所述激励推动模块204提供快速使用的电源。

所述整流模块201的另外一路直流电源输出连接至周期脉冲发生模块202。所述周期脉冲发生模块202由振荡电路及周期性脉冲信号源发生电路构成。所述振荡电路用于产生具有稳定的频率及相位的速率脉冲电源，而所述周期性脉冲信号源发生电路用于根据所述速率脉冲电源的频率及相位生成周期性脉冲信号源，其中，所述周期性脉冲信号源具有与所述速率脉冲电源相同的频率。

所述周期脉冲发生模块202发生周期性脉冲信号源后通过二极管D2将所生成的周期性脉冲信号源输入至所述速率调控模块203。所述速率调控模块203接收到所述周期性脉冲信号源后，对所述周期性脉冲信号源进行频速调控。对所述周期性脉冲信号源进行频速调控是对周期性脉冲信号源的频速升高或者对所述周期性脉冲信号源的频速降低。对所述周期性脉冲信号源进行频速调控后，所述速率调控模块203将频速调控后的周期性脉冲信号源分为多路，并对所述多路频速调控后的周期性脉冲信号源P2、P3、P4及P5中的前三路周期性脉冲信号源P2、P3及P4分别进行时延。完成上述处理后，所述速率调控模块203将频速调控前的周期性方波电源P1及延时后的周期性脉冲信号源P2、P3、P4及P5分别输出至所述激励推动模块204。

所述激励推动模块204接收所述速率调控模块203输出的电源P1、P2、P3、P4及P5，将时延后的周期性脉冲信号源P2、P3、P4及P5进行放大，然后按照时延后的周期性脉冲信号源P2、P3、P4及P5的频率及相位分别生成正弦交流电源，其中，前三路正弦交流电源P2、P3及P4中的任意两路电源之间具有相同的相位差，而后三路正弦交流电源P5是前三路正弦交流电源P2、P3及P4的综合点信号源。最后，所述激励推动模块204将生成的多路正弦交流电源P2、P3、P4及P5分别分成正半波电源PT1、PT3、PT5、PT7及负半波电源PT2、PT4、PT6、PT8，并将生成的正半波电源PT1、PT3、PT5、PT7及负半波电源PT2、PT4、PT6、PT8分别输出至所述功率驱动模块205。

所述功率驱动模块205对由所述激励推动模块204输入的正半波电源PT1、PT3、PT5、PT7及负半波电源PT2、PT4、PT6、PT8进行功率放大，并将功率放大后的正半波电源PT1、PT3、PT5、PT7及负半波电源PT2、PT4、PT6、PT8综合成为电机驱动电源L1U、L2V、L3W、LN、LG，其中，所述电机驱动电源L1U、L2V、L3W、LN、LG包括接地电源LG。

所述电机206在所述电动机驱动电源L1U、L2V、L3W、LN、LG的驱动下转动，驱动负载机械做功。所述电机206与输出级连接。所述输出级感应所述电动机驱动电源的电能，并将感应到的电能从输出端口A、B、C、N输出。

所述交直流智能高效节能电机及发电机还包括高频谐波抑制模块207。所述高频谐波抑制模块是高低通滤波器，用于滤除输入至所述功率驱动模块205的高频电源，以免电路中的高低频谐波干扰所述电动机驱动电源。

本实施例提供了一种交直流智能高效节能电机，所述交直流智能高效节能电机运行无需启动柜及变频调速装置，在与其他电机相同能耗的前提下扭力提高至其他电机的4.8倍，并且实现节能60%，同时可将输入发电电能的10%-40%供给其他用电设备，实现多功能的同时降低了所述交直流智能高效节能电机的温度升高。所述交直流智能高效节能电机不受电网的交流电源的干扰，启动后能够以稳定的速度转动，并可在300转/分钟至30000转/分钟之间实现无级变速。所述交直流智能高效节能电机还具有发电机的功能，实现了一机多用。

图5示出了本发明的第二实施例。

图5是本发明的第二实施例提供的交直流智能高效节能电机的驱动方法的流程图。

所述交直流智能高效节能电机的驱动方法包括：对输入的交流电源进行整流，转化为直流电能以提供电机各模块使用；利用所述直流电源驱动周期脉冲发生电路振荡，并对所述周期脉冲发生电路产生的周期性脉冲信号源进行调控处理以获得频率及相位稳定的多相交流信号源；利用所述速率及相位稳定的多相交流信号源驱动所述交直流智能高效节能电机，实现运转而驱动负载。

在步骤S301中，对输入的交流电源进行整流，转化为直流电能以提供电机各模块使用。

由于用于驱动电机的交流电源通常取自公共电网，而公共电网容易受到干扰，造成电机的转速不稳定，进一步使得电机输出的机械功率不稳定。

为了避免由于输入的交流电源频率的不稳定造成电机输出功率的不稳定，首先将输入的交流电源整流成直流电源。优选的，完成对所述交流电源的整流采用桥式全控整流电路。整流完成后的直流电源具有固定的电流值和电压值，不随时间的变化而变化。

在步骤S302中，利用所述直流电源驱动周期脉冲发生电路振荡，并对所述周期脉冲发生电路产生的周期性脉冲信号源进行调控处理以获得频率及相位稳定的多相交流信号源。

经过整流得到直流电源后，利用所述直流电源驱动振荡电路。所述振荡电路在所述直流电源的驱动下产生高频振荡信号源。将所述高频振荡信号源输入至触发器，所述触发器根据所述高频振荡信号源的频率生成周期性脉冲信号源。生成所述周期性脉冲信号源后，利用倍频器或者分频器对所述周期性脉冲信号源的频速进行调控，得到特定频速的周期性脉冲信号源。将所述特定频率的周期性脉冲信号源分为多路，将每一路所述周期性脉冲信号源输入至一个交流信号发生器。所述交流信号发生器根据输入的周期性脉冲信号源的频率及上升沿时间点生成连续的交流信号源。最后将多个交流信号发生器的输出的交流信号源进行相位调控，就生成了频率和相位稳定的多相交流信号源。

优选的，所述特定频率的周期性脉冲信号源分为三路，其中的每一路周期性脉冲信号源输入至一个交流信号发生器。三个交流信号发生器根据输入的周期性脉冲信号源的频率及上升沿时间点生成一路交流信号源。对三路交流信号源的相位进行调控，就生成了频率及相位稳定的三相交流信号源。

在步骤S303中，利用所述速率及相位稳定的多相交流信号源驱动所述交直流智能高效节能电机，实现运转而驱动负载。

得到所述频率和相位稳定的多相交流信号源后，利用所述频率和相位稳定的多相交流信号源驱动所述交直流智能高效节能电机。由于用于驱动所述交直流智能高效节能电机的多相交流信号源的频率稳定，并且所述多相交流信号源多相信号之间保持固定的相位差，所以所述交直流智能高效节能电机能够按照固定的角度速率转动，因而能够通过所述交直流智能高效节能电机获得稳定的机械能。

本实施例提供了一种交直流智能高效节能电机的驱动方法，根据所述交直流智能高效节能电机的驱动方法，所述交直流智能高效节能电机对输入的多相交流信号进行整流、振荡、频控、延时及正弦波发生，因而获得了频率和相位稳定的多相交流信号，并利用所述的频率和相位稳定的多相交流信号驱动电机，使得所述交直流智能高效节能电机的转速不受到所述的多相交流信号的频率和相位的干扰，稳定的输出机械能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种交直流智能高效节能电机，所述交直流智能高效节能电机具有电动机模式及发电机模式，其特征在于，所述交直流智能高效节能电机包括：

整流模块，所述整流模块在电动机模式下将输入的交流电源进行整流，转化为直流电源；

周期脉冲发生模块，所述周期脉冲发生模块在电动机模式下发生周期性脉冲信号源；

速率调控模块，所述速率调控模块在电动机模式下调控所述周期性脉冲信号源的速率频差；

激励推动模块，所述激励推动模块在电动机模式下将所述速率调控模块调控后的周期性脉冲信号源进行放大，并推动多相相互之间具有相等相位差的周期性动态电位的循环；

功率驱动模块，所述功率驱动模块在电动机模式下接受对所述激励推动模块产生的多相相互之间具有相等相位差的周期性动态电位进行对电能功率的功率放大，并输送给电机线圈；

高效节能电机，所述高效节能电机在电动机模式下在所述功率驱动模块的驱动下运转时驱动负载，并在发电机模式下借助电机内部的结构进行发电，将发电得到的电能输出给感应输出模块；

感应输出模块，所述感应输出模块在电动机模式下通过配置在所述电机定子绕组附近的感应绕组感应所述定子绕组的交变磁场的能量，并将感应接收到的交变磁场的驱动电能进行传递输出向外供电，并在发电机模式下将电机发电产生的电能输出。

2.根据权利要求1所述的交直流智能高效节能电机，其特征在于，所述交流电源是三相交流电源或者两相交流电源。

3.根据权利要求1所述的交直流智能高效节能电机，其特征在于，所述速率调控模块对所述周期脉冲发生模块所产生所述周期性脉冲信号源进行频速降低或升高。

4.根据权利要求1所述的交直流智能高效节能电机，其特征在于，所述多相相互之间具有相等相位差的周期性动态电位是多相相互之间具有相等相位差的正弦波形的连续电位。

5.根据权利要求4所述的交直流智能高效节能电机，其特征在于，所述多相相互之间具有相等相位差的正弦波形的连续电位是三相或者两相相互之间具有相等相位差的正弦波形的连续电位。

6.根据权利要求1所述的交直流智能高效节能电机，其特征在于，所述功率驱动模块使用电源功率驱动器对所述多相相互之间具有相等相位差的周期性动态电位进行动态功率驱动，以推动所述交直流智能高效节能电机运转。