CN1392651A

CN1392651A - 内定子部内藏开关器的轮鼓结构

Info

Publication number: CN1392651A
Application number: CN01129382A
Authority: CN
Inventors: 许俊甫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2003-01-22

Abstract

本发明是有关一种内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其目的在于解决结构本体对外接线的复杂性和不便性。本发明是将内定子环部端营造一最大中空内孔，两片盖板封盖于中空内孔的两端面而形成中空空间，其内安装开关器，将多套定子线圈与开关器之间复杂的接线工程完成于结构本体内部。采用本发明的电动机或发电机在低、中、高速运转时有不同的反电动势常数KE值和扭力常数KT值，可保持均匀高效的运转特性和“低转速高扭力、高转速高马力”的最佳动力性能。

Description

内定子部内藏开关器的轮鼓结构

本发明涉及一种内定子部内藏开关器的轮鼓结构，特别涉及一种内定子部内藏开关器和多套定子线圈的轮鼓式电动机和发电机。

如图1所示，它是一种公知外转子轮鼓式电动机和发电机的分解示意图，其外转子部61是由磁铁轭铁圈611、外转子外壳612、外壳盖板613、轴承614及外转子磁铁615构成，内部设有内定子71、贯通孔312、315及线圈的线头、线尾419等。

另外，如中国发明专利申请01115584.1号“高效能的定子装置”内容所述其定子部装置有多套定子线圈，并将多套定子线圈依转子的低、中、高速运转而切换产生各种水平的扭力常数KT值，适时改变读KT值即可使电动机拥有“低转速高扭力、高转速高马力”的最佳动力性能表现，同时多套定子线圈依外转子的低、中、高速运转而切换也可产生各种电平的反电动势常数KE值，适时改变KE值将使电动机和发电机可保持所有运转区域广阔范围高效率的工作运转特性。

但是多套定子线圈的线头、线尾将使电动机或发电机必须增加输出倍数以上的线头、线尾，因此接线工程的实际工作将复杂不便，本发明的目的就是为解决上述繁杂不便的接线工程。

传统电动机或发电机的定子部是单一定子线圈的绕线方式，因此其扭力常数KT值、反电动势常数KE值必然为一定值，用下列公式即可说明：

E＝KE·Ω KE＝B·D·L·Z/2

T＝KT·Ia KT＝B·D·L·Z/2

其中

E：反电动势电压(Volt：伏) T：输出扭力(N-m)

KE：反电动势常数 KT：扭力常数

Ω：电枢转速(red/sec) Ia：电枢电流(Ampere：安)

B：气隙磁通密度(Gauss：高斯) D：电枢外径(cm：厘米)

L：叠合厚度(cm：厘米) Z：总导体数(匝数)

由上式中可知，反电动势常数KE值＝扭力常数KT值，而且总导体数Z(线圈)和KE值、KT值都成正比关系，因此在同一个电动机和发电机定子部的线圈总导体Z改变，即可使反电动势常数KE值和扭力常数KT值也对应改变。

一个电动机或发电机在一定的反电动势电压E值如要高速运转则反电动势常数KE值必然较低，因此其输出扭力T值必然较低，此时如要求较大的扭力T值则必须加大电枢电流Ia值，但是过大的Ia值对电动机的运转效率要求来说并非好事，由下列式中可知：

P＝I²·R

其中

P：定子部线圈耗损功率

I：电枢电流 R：线圈阻抗

即电枢电流I的平方值×线圈阻抗＝定子部线圈的耗损功率，因此以加大电流的方式加大电动机的扭力，定子部线圈必然会平方值的加大耗损功率，并同时产生热量于线圈的阻抗中，金属线圈的物理现象也因热度的上升而使线圈的阻抗又对应地上升，恶性循环中将使电动机或发电机处于高温度的工作环境且输出功率效率较差的现象。

公知电动机或发电机的定子部是单一线圈的绕线方式，其反电动势常数KE值以及扭力常数KT值都是一定值，因此其运转工作区域内较佳的效率范围非常有限，但通过内定子部线槽面积的加深放大并使其中可装置具有多套各种匝数的线圈绕组，内定子环部端并营造一最大中空内孔，两片内定子环部端盖板并封盖该中空内孔的两端面，经封盖后有一中空空间的内定子环部端可装置开关器于其中，多套定子线圈和开关器因此在结构体内部完成最复杂的接线工作，经由系统化的管理控制，内定子的线圈匝数即可具有多样化的变换，线圈匝数的变换即可改变电动机和发电机的反电动势常数KE值和扭力常数KT值，适时改变KE值和KT值可使电动机最高运转转速对应改变，或发电机发电输出最高电压的对应改变，因此如图8A、B所示，定子部因含有多个KT、KE值，每一个KT、KE值所产生的最佳运转工作效率区域即可包括在低、中、高广阔范围的转速范围中，亦即可使广阔范围运转转速内都能保持高效率EFF值的曲线特性，更进一步因为电动机要在低转速的区域范围工作，如果切换到匝数最高的定子线圈即可得一最高扭力常数KT值，因为T＝KT·Ia此时可得一低转速高扭力输出的工作特性，同时电动机如要在高转速的区域范围工作，如果切换到匝数最少的定子线圈即可得一最低的反电动势常数KE值因为(KE＝B·D·L·Z/2)、(E＝KE·Ω)式中所示在一定的反电动势电压KE值时，如果KE值下降则电枢转速Ω则必然上升，以上所述定子线圈因匝数的切换改变，电动机即可得“低转速高扭力、高转速高马力”的最佳动力输出特性。

综合上述所言，本发明的实施电动机和发电机可取得一广阔运转区域范围内很均匀高效率的工作运转特性和低转速高扭力、高转速高马力的最佳动力特性，同时亦能充份利用内定子环部端多余的空间，在不须加大轮鼓式电动机和发电机原有体积的大小即可解决中国发明专利申请01115584.1号“高效能的定子装置”所产生接线工程的复杂性和不便性。

图1是公知外转子轮鼓式电动机和发电机的分解示意图；

图2是本发明第一实施例的立体分解示意图；

图3是本发明第二实施例开关器安装于定子部内环端中空圆空间的立体分解示意图；

图4A是本发明实施例的开关器和定子线圈电路板的线路连结立体分解示意图；

图4B本发明实施例的开关器和定子线圈电路板的线路连结立体组合示意图；

图5A是本发明实施例的内定子部组合后和外转子部分解的组合示意图；

图5B是本发明实施例组合后的轮鼓立体图；

图5C是本发明实施例组合后的轮鼓侧视图；

图6A、B是本发明实施例的整体成形和组合成形的内定子剖视图；

图7A是两套三相Y型线圈绕组，以两种线圈匝数(L1)(L1+L2)切换的线路连结示意图；

图7B是两套三相Y型线圈绕组，以三种线圈匝数(L1)(L2)(L1+L2)切换的线路连结示意图；

图8A、B是两套三相Y型线圈绕组，以三种线圈匝数(L1)(L2)(L1+L2)切换后综合三个扭力常数KT值的高效率宽转速范围的运转工作效率曲线图。

请参阅图2至图8A、B所示，本发明一种内定子部内藏开关器的轮鼓结构10，包含有：内定子部21，是以导磁矽(硅)钢片为材料以冲压叠合成型的，内环部端211形成一最大中空的空间214，内环部端211圆周应设有多个定位贯通孔213供定位组合之用，另设有线槽215容纳多套定子线圈41，各套线圈413、414绕组彼此之间为开回路状态。

定子线圈电路板415，是以铜箔电路板成型，其上设有电路板定位孔416、电路铜箔线条418，它是提供多个焊接孔417供上述多套定子线圈413、414的线头、线尾419穿套焊接固定。

定子环部端盖板31，其外缘端对应上述内环部端的空间214是形成一凸缘端316并套盖于内定子环部端211的上、下两端面。该端盖板31上设有定位孔318，凸缘端316外侧圆周并对应定子内环部端211的定位贯通孔213而设置多个端盖板定位孔317。定位孔317应与定子内环部端211的同心定位贯通孔213对应锁定并使其中形成一中空空间214。中空空间214是供多个开关器51安装或穿套于其中。端盖板31的板面并设置多个板面贯通孔314，板面贯通孔314是供开关器51与定子线圈电路板415之间的连接线512贯通之用。两端盖板31的中心端应对应马达外转子部61和内定子部21的同心形成一同心定位孔317。同心定位孔317是供轮鼓支撑轴311紧配合于其中。

多个开关器51，是焊接固定于开关器电路板511，开关电路板511应锁定于上述定子环部端盖板31的一侧并使开关器51安装于定子部内环端211的中空端的空间214。多个开关器51的控制接点513则经由端盖板31的板面贯通孔314和定子线圈电路板415的各套定子线圈413、414的线头、线尾419焊接连结成各种匝数的线圈绕组网络。开关器51受控于开关器控制系统81的开关信号输出点812的指令而切换接点513的形态，接点513形态的切换即可使内定子部21形成各种可变匝数的线圈绕组网络，亦即电动机和发电机含有各种可变换的反电动势常数KE值和扭力常数KT值。

控制系统81是具有控制信号输入点811、开关信号输出点812、管理控制系统813、转速感测信号输入点815、电流感测信号输入点816等，另外连接有运转转速器911、转速传感器912、三相线圈控制器913、运转转速检测点914、运转电流检测点915、控制接点916等。此外，814为运转效率位阶切换线。

轮鼓支撑轴311，是紧配合于上述端盖板31中心端的同心定位孔317内，其凸出于轮鼓的外壳盖板613是供电动机和发电机固定支撑用，支撑轴311的轴芯及轴侧设置至少一个以上的贯通孔312、313、315并提供开关器51切换控制后的定子线圈413、414绕组(413+414)的线路输出，开关器控制系统81的指令也经由该贯通孔314和开关器51连接控制之。

外转子部61含有轴承614，轴承614内径是套接于轮鼓支撑轴311，轴承614的外径则套接外转子部61的外壳盖板613，外壳盖板613则夹持锁定外转子磁铁615、磁铁轭铁圈611并和内定子部21而电枢反应运转。

其中内定子部线槽215多套的定子线圈413、414是以单槽个别缠绕的方式绝缘安装于每一个定子齿根端212。

其中内定子部线槽215多套的定子线圈413、414是以跨槽集中缠绕的方式绝缘安装于定子线槽215内。

其中内定子部21是内定子环部端211、定子齿端212各自独立冲压叠合成型，定子齿端212再和线槽座411、多套定子线圈413、414套接后组装于内定子环部端211并组合成一完整的内定子部21。

其中内定子部21是内定子环部端211和定子齿端212整体冲压叠合成型，多套定子线圈413、414再绝缘安装于线槽215内。

其中开关器51是指继电器有接点的形态，开关器控制系统81开关信号输出点812输出的指令使继电器的接点513和多套线圈413、414形成可变各种匝数的定子线圈绕组网络。

其中开关器51是指电子半导体无接点的形态，开关器控制系统81开关信号输出点812输出的指令使电子半导体的接点513和多套线圈413、414形成可变各种匝数的定子线圈绕组网络。

其中定子部多套线圈413、414是各自以三相Y型连接的形态供开关器51以及控制系统81的管理切换。

其中定子部多套线圈413、414是各自以三相△型连接的形态供开关器51以及控制系统81的管理切换。

其中定子部多套线圈413、414是各自以单相的形态供开关器51以及控制系统81的管理切换。

其中多个开关器51是看定子线圈413、414切换后各种匝数的多少而决定开关器51总数量，在单相线圈要有L1匝数413、L2匝数414以及L1串联L2后的匝数L1+L2，总计两种匝数的变换则需一个开关器51的控制，三相线圈绕组则需三个开关器51的控制。

其中多个开关器51是看定子线圈413、414切换后各种匝数的多少而决定开关器51总数量，在单相线圈要有L1匝数413、L12匝数414以及L1串联L2后的匝数(L1+L2)，总计三种匝数的变换则需二个开关器51的控制，三相线圈绕组则需六个开关器51的控制。

其中多个开关器51是看定子线圈413、414切换后各种匝数的多少而决定开关器51总数量，因为各种匝数的多少以及开关器51因为接点513形态不同因此开关器51的数量将有所不同。

其中内定子部21是指电动机的内定子部，多套定子线圈41是指电动机的励磁线圈。

其中内定子部21是指发电机的内定子部，多套定子线圈41是指发电机的发电感应线圈。

以上所述只是本发明的最佳实施例，并非以此限制本发明的专利保护范围，因此凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，同样都应包含在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种内定子部内藏开关器的轮鼓结构，包含有：

内定子部，其内环部端形成一中空的空间，另设有线槽容纳多套定子线圈；

定子线圈电路板提供多个焊接孔供上述多套定子线圈的线头、线尾穿套并焊接固定；

定子环部端盖板套盖于内定子环部端的上、下两端面，两端盖板的中心端应对应马达外转子部和内定子部的同心形成一同心定位孔；

多个开关器焊接固定于开关器电路板，开关器电路板锁定于上述定子环部端盖板的一侧并将开关器安装于定子部内环部端的中空空间；

轮鼓支撑轴紧配合于上述端盖板中心端的同心定位孔内并凸出于轮鼓的外壳盖板，支撑轴设置至少一个以上的贯通孔并提供开关器切换控制后的定子线圈绕组的线路输出，开关器控制系统的指令也经由该贯通孔和开关器连接而受其控制；以及

外转子部含有轴承，轴承内径是套接于轮鼓支撑轴，轴承的外径则套接外转子部的外壳盖板，外壳盖板则夹持锁定外转子磁铁、磁铁轭铁圈并和内定子部而电枢反应运转。

2.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的内定子部线槽多套的定子线圈是以单槽个别缠绕的方式绝缘安装于每一个定子齿端。

3.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的内定子部线槽多套的定子线圈是以跨槽集中缠绕的方式绝缘安装于定子线槽内。

4.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的内定子部是内定子内环部端、定子齿端各自独立冲压叠合成型，定子齿端再和线槽座、多套定子线圈套接后组装于内定子环端并组合成一完整的内定子部。

5.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的内定子部是内定子内环部端和定子齿端整体冲压叠合成形者，多套定子线圈再绝缘安装于线槽内。

6.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的开关器是指继电器有接点的形态，开关器控制系统输出的指令使继电器的接点和多套线圈形成可变各种匝数的定子线圈绕组网络。

7.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的开关器是指电子半导体无接点的形态，开关器控制系统输出的指令使电子半导体的接点和多套线圈形成可变各种匝数的定子线圈绕组网络。

8.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的定子部多套线圈是各自以三相Y型连接的形态供开关器以及控制系统的管理切换。

9.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的定子部多套线圈是各自以三相△型连接的形态供开关器以及控制系统的管理切换。

10.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的定子部多套线圈是各自以单相的形态供开关器以及控制系统的管理切换。

11.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的多个开关器是看定子线圈切换后各种匝数的多少而决定开关器总数量，在单相线圈要有L1匝数或L2匝数以及L1串联L2后的匝数(L1+L2)，总计两种匝数的变换则需一个开关器的控制，三相线圈绕组则需三个开关器的控制。

12.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的多个开关器是看定子线圈切换后各种匝数的多寡而决定开关器总数量，在单相线圈欲有L1匝数、L2匝数以及L1串联L2后的匝数(L1+L2)，总计三种匝数的变换则需二个开关器的控制，三相线圈绕组则需六个开关器的控制。

13.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的多个开关器是看定子线圈切换后各种匝数的多少而决定开关器总数量。

14.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的内定子部是指电动机的内定子部，多套定子线圈是指电动机的励磁线圈。

15.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的内定子部是指发电机的内定子部，多套定子线圈是指发电机的发电感应线圈。

16.如权利要求1所述的内定子部内藏开关器的轮鼓结构，其特征是所述的内定子部的端盖板外缘端对应环部端的中空空间形成一凸缘端并套盖于内定子环部端上、下两端面，凸缘端外侧圆周设置多个端盖板定位孔并应和定子环部端的两端面对应锁定形成内端部的中空空间，中空空间的多个开关器的控制接点和定子线圈电路板的各套定子线圈的线头、线尾焊接连结成各种匝数的线圈绕组网络，开关器受控于开关器控制系统的指令而切换接点的形态，接点形态的切换即可使内定子部形成各种可变匝数的线圈绕组网络，亦即电动机和发电机含有各种可变换的反电动势常数KE值和扭力常数KT值。