CN2288546Y - 机械换相磁阻电机 - Google Patents

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本实用新型属于电机技术领域。一种在电机壳内由双凸极铁心、多相绕组、可调位电刷、正负极换相器及整流器等构成机械换相激磁系统,能替代电子换相激磁系统,使大功率直流转变成脉冲电流,按周期性适时换相供各相绕组激磁产生步进磁场吸引转子旋转。无需主开关元件、位置传感器和电子控制器,只要微调电刷位移角度就能实现无级调速、正反转、频繁起动和制动。具有高效、简单、可靠、适用的特点。

Description

机械换相磁阻电机
本实用新型涉及一种新型的磁阻电机，尤其是能以机械换相激磁系统替代电子换相激磁系统，建立步进磁场。
目前，公知的开关磁阻电动机调速系统由电动机和电子控制器两部分组成。电子控制器是采用电子元器件组成的显示、控制、驱动和功率变换电路。功率变换电路供给磁组电机各相绕组脉冲电流激磁，产生步进磁场吸引转子旋转。由位置传感器输出转子凸极位置信息，经控制电路的逻辑处理变成功率电路主开关的触发信号来控制电机转速，实现无级调速。
上述电机存在三个问题：一是必须配备电子控制器才能工作。由于控制器的元器件系采用集成电路模块，尤以主开关元件IGBT必须依赖进口货，所以造价昂贵，用户难以承受；二是可靠性低，由于元器件质量差，尤其主开关元件过电流能力低容易损坏；三是低速运转时，因用斩波控制电流存在较大的振动和噪声，影响使用。
本实用新型的目的是提供一种机械换相激磁系统替代电子换相激磁系统。它不仅具备开关磁阻电动机调速功能，而且无需主开关元件、位置传感器和电子控制器，只要调节电刷的位移角就能实现无级调速、正反转和制动。
本实用新型的目的是这样实现的：在双凸极铁心的磁阻电机内的定子上装有正负极性可调位移角的换相电刷和导流电刷。转子轴上装有一对正负极性的带有换相片的换相器。电刷和换相器各自按同性同相对应接触。
换相电刷和导流电刷被装在具有恒压弹簧的刷握内，并固定在共用的同一个刷杆上，能够同步地微调电刷的位移角度。
换相器由换相导流环(或换相环与导流环)利用热固性塑料热压成圆柱形或圆盘形的实体。
换相片与导流环(或圆环)均等分布地联结为一体，呈爪形。换相片的分度值等于磁组电机的步距角αp。一对正负极换相器组装在转轴上的方位依据换相片a与b之间的分界线与转子凸极轴中线重合为基准，其换相片按顺时针方向交错排列的相序和绕组相序一致。
换相电刷宽度bs限于αp≤bs≤2αp之间，并置于定子磁极的位置接触于换相片。导流电刷宽度和位置角度不限，各自接触于相应的导流环表面。
设取换相电刷宽度趋近30°，并按其中线位于定子磁极轴中线作为原点0°，则过原点沿反时针方向电刷位移角为正角α，过原点沿顺时针方向电刷位移角为负角-α。
当换相电刷位于-15°≤α≤15°之间时，在直流电压作用下，正负换相电刷接触的换相片正好导通相绕组的激磁使电机处于制动状态。
当电刷位于15°≤α≤30°位置时，使电机转子沿顺时针方向旋转。
当换相电刷位于-30°≤α≤-15°位置时，使电机沿反时针方向旋转。
由于采用上述方案，只需调节换相电刷位移角度就能使直流通过机械换相器转变成脉冲电流，按周期性适时换相供各相绕组激磁产生步进磁场吸引转子正反旋转或制动，达到机械换相替代电子换相的目的。具有高效节能、结构简单、安全可靠、适应国情的特点。
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：
图1是定子串联绕组机械换相磁阻电机的结构原理图。
图2是转子串联绕组机械换相磁阻电机的结构原理图。
图3是转子并联绕组机械换相磁阻电机的结构原理图。
图4是图1实施例的圆柱形换相器纵剖面构造图。
图5是图4中零件项32换相导流环。
图6是图2实施例的圆柱形换相器纵剖面构造图。
图7是图6中零件项36换相环。
图8是图3实施例的圆柱形换相器纵剖面构造图。
在图1中，定子(2)设有8个磁极，每个磁极绕有一个线圈，沿顺时针方向排列相序为A、B、C、D、A′、B′、C′、D′；转子(21)有6个磁极，无绕组。一对正负极换相器配置2只换相电刷(4)和(5)及4只导流电刷(28)、(29)、(30)、(31)。
定子绕组接线是将位于径向相对的两个同极性的线圈，按尾接尾接成一相，共接成A、B、C、D四相绕组，相间闭环串联接。在定子铁心(2)凸极A相绕组(3)的正端与截流二极管(6)的负极相连接，B相绕组(8)的正端与截流二极管(7)的负极相连接。二极管(6)正极、二极管(7)正极、B相导流电刷(29)与续流二极管(10)的负极电连结为正电位点b。二极管(10)的正极连接于换相电刷(4)上。同理，C相绕组(13)的正端与截流二极管(14)的负极相连接，D相绕组(16)的正端与截流二极管(15)的负极相连接。二极管(14)正极、二极管(15)正极、D相导流电刷(31)与续流二极管(12)的负极电连结为正电位点d。二极管(12)的正极连接于换相电刷(4)上。A相绕组(3)负端、D相绕组(16)负端、A相导流电刷(28)与续流二极管(19)正极电连结为负电位点a。二极管(19)的负极连接于换相电刷(5)上。B相绕组(8)负端、C相绕组(13)负端、C相导流电刷(30)与续流二极管(20)正极电连结为负电位点c。二极管(20)的负极连接于换相电刷(5)上。负极换相电刷(4)接触于a换相片(9)和c换相片(11)。正极换相电刷(5)接触于d换相片(17)和b换相片(18)。A相导流电刷(28)接触于A相导流环(24)，B相导流电刷(29)接触于B相导流环(25)，C相导流电刷(30)接触于C相导流环(26)，D相导流电刷(31)接触于D相导流环(27)。正极换相电刷(5)与负极换相电刷(4)的两端并接一个大容量的电容(1)吸收续流，将线圈中剩余磁能转变电能向电源反馈。
在图2中，定子(2)设有6个磁极，无绕组；转子(21)有8个磁极，每个磁极绕有一个线圈，沿反时针方向排列相序为A、B、C、D、A′、B′、C′、D′。一对正负极换相器配置2只换相与导流通用的电刷(4)和(5)。
转子绕组接线是将位于径向相对的两个同极性的线圈，按尾接尾接成一相，共接成A、B、C、D四相绕组，相间闭环串联接。在转子铁心(21)凸极A相绕组(3)的正端与截流二极管(6)的负极相连接，B相绕组(8)的正端与截流二极管(7)的负极电连接。二极管(6)正极、二极管(7)正极、b换相片(18)与续流二极管(10)的负极电连结为正电位点b。二极管(10)的正极连接于负极导流环(22)上。同理，C相绕组(13)的正端与截流二极管(14)的负极相连接，D相绕组(16)的正端与截流二极管(15)的负极相连接。二极管(14)正极、二极管(15)的正极、d换相片(17)与续流二极管(12)的负极电连结为正电位点d。二极管(12)的正极连接于负极导流环(22)上。A相绕组(3)负端、D相绕组(16)负端、a换相片(9)与续流二极管(19)正极电连结为负电位点a。二极管(19)的负极连接于正极导流环(23)上。B相绕组(8)负端、C相绕组(13)负端、c换相片(11)与续流二极管(20)的正极电连结为负电位点c。二极管(20)的负极连接于正极导流环(23)上。负极换相电刷(4)接触于a换相片(9)和c换相片(11)及负极导流环(22)。正极换相电刷(5)接触于d换相片(17)和b换相片(18)及正极导流环(23)。正极换相电刷(5)与负极换相电刷(4)两端并接电容(1)。
在图3中，定子(2)设有4个磁极，无绕组；转子(21)有6个磁极，每个磁极绕有一个线圈，沿反时针方向排列相序为A、B、C、A′、B′、C′。一对正负极换向器配置2只换相与导流通用的电刷(4)和(5)。
转子绕组接线是将位于径向相对的两个同极性线圈，按尾接尾接成一相，共接成A、B、C三相绕组，相间开环并联接。在转子铁心(21)凸极A相绕组(3)的正端与续流二级管(12)的负极、a正极换相片(38)电连接，二极管(12)的正极连接于负极导流环(22)上。A相绕组(3)的负端与续流二极管(19)的正极、a′负极换相片(41)电连接，二极管(19)的负极连接于正极导流环(23)上。B相绕组(8)的正端与续流二极管(44)的负极、b正极换相片(39)电连接，二极管(44)的正极连接于负极导流环(22)上。B相绕组(8)的负端与续流二极管(10)的正极、b′负极换相片(42)电连接，二极管(10)的负极连接于正极导流环(23)上。C相绕组(13)的正端与续流二极管(45)的负极、C正极换相片(40)电连接，二极管(45)的正极连接于负极导流环(22)上。C相绕组(13)的负端与续流二极管(20)的正极、c′负极换相片(43)电连接，二极管(20)的负极连接于正极导流环(23)上。负极换相电刷(4)接触于a′、b′、c′负极换相片(41)、(42)、(43)及负极导流环(22)。正极换向电刷(5)接触于a、b、c正极换向片(38)、(39)、(40)及正极导流环(23)。正极换向电刷(5)与负极换向电刷(4)两端接电容(1)。
在图4中，一对换相导流环(32)相对交错配合，两者间垫入具有开口槽的绝缘垫板(33)，借助模具用热固性压塑料(34)热压成实体的换向器，外直径Ф70mm，长度55mm，轴孔Ф20mm。其中用黄铜材料制作的换相导流环(32)，宽度13mm，延伸出换相片长为17mm，角度15°。6只换相片均等分布被导流环联结为一体，呈爪形，见图5所示。
在图6中，换相环(36)、导流环(22或23)分别焊接连接片(37)。一对带有连接片的换相环相对交错配合，并与环形绝缘垫(35)及带有连接片的导流环(22或23)借助模具用热固性压塑料(34)热压成为实体的换相器，外直径Ф70mm，长度40mm，轴孔Ф20mm。其中用黄铜材料制作的换相环(36)的换相片长度17mm，角度15°。6只换相片均等分布被圆环联结为一体，呈爪形，见图7所示。
在图8中，换相环(36)、导流环(22或23)分别焊接连接片(37)。用三只带有连接片的换相环(36)交错组合一起，相邻换相片间垫入云母板(46)，并与环形绝缘垫(35)及带有连接片的导流环(22或23)借助模具，用热固性压塑料(34)热压成为实体的换相器，外直径Ф70mm，长度50mm，轴孔Ф20mm。其中用黄铜材料制作的换相环(36)的换相片长度为16mm，角度30°。4只换相片均等分布被圆环联结为一体，呈爪形。

Claims (5)

1.一种机械换相磁阻电机，在机壳内由定子和转子的凸极铁心、多相绕组、转轴、轴承等构成，其特征是：定子装有正负极性可调节位移角的换相电刷和导流电刷；转子轴上装有一对正负极性带有换相片的换相器，电刷与换相器各自按同性同相对应接触。
2.根据权利要求1所述的磁阻电机，其特征是：换相电刷和导流电刷被装在具有恒压弹簧的刷握内，并固定在共用的同一个刷杆上，能够同步地微调电刷的位移角度。
3.根据权利要求1所述的磁阻电机，其特征是：换相器由换相导流环或换相环与导流环，利用热固性塑料热压成圆柱形或圆盘形的实体。
4.根据权利要求1所述的磁阻电机，其特征是：换相片与导流环或圆环应均等分布地联结为一体，呈爪形。
5.根据权利要求1所述的磁阻电机，其特征是：偶数相绕组之间接线为闭环串联接；任意相绕组之间接线为开环并联接。
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