CN2481040Y - 改良型双功能特种电动机 - Google Patents

Abstract

一种改良型双功能特种电动机,属于电动机。该改良型双功能特种电动机定子分装在上、下两只端盖上,用在大功率时,定子上、下磁极对组中间加以中间极对组,每组定子磁极对组上都缠有绕组,并联有续流二极管,通过中间转动轴,最外层的电动机外壳及两只装有磁极对组端盖及定子磁极,形成改良型双功能特种电动机整体,装在转动轴上的转子由极块及支架组成。有如下几个特点:一、结构合理;二、重量轻、省材料、效率高;三、采用各种不同控制系统线路。

Description

改良型双功能特种电动机

本实用新型涉及一种电动机，特别是一种无级调速及低转速大扭矩的改良型双功能特种电动机。

目前，低转速电动机一般是有一电动机，与电动机配套有一调速机，常用的电磁转差离合器调速需要笨重的调速设备，而且调速时需要消耗大量电能，效率很低。变频调速设备投资高，低速调速有困难。

现有技术中有四种电机：(1)圆盘式阀门电动装置(实质上是圆盘式无级调速电动机，专利号：8921140.X)；(2)圆柱式特种电动机(专利号：92218555.7)；(3)无级调速电动机(专利号：94241682.1)；(4)改良型双功能特种电动机，上述四种电机经过长期实践后，还存在一些问题。

本实用新型的目的是提供一种省材料，重量轻，效率高的改良型双功能特种电动机。改良型双功能特种电动机在结构上作了重大改进，使电动机可以分别制造大小不同容量电动机，同时控制系统也作了重大改进，工作可靠，适合各种不同负载需要。这种改良型双功能特种电动机是在现有四种专利电动机的基础上，经过长期实践后加以重大改进，而形成现在这种改良型双功能特种电动机。

本实用新型的目的是这样实现的：改良型双功能特种电动机定子分装在上、下两只端盖上，用在大功率时，定子上、下磁极对组中间加以中间极对组，每组定子磁极对组上都缠有绕组，并联有续流二极管，通过中间转动轴，最外层的电动机外壳及两只装有磁极对组端盖及定子磁极，形成改良型双功能特种电动机整体，装在转动轴上的转子由极块及支架组成。

向定子磁极绕组供电有三种方式：一种是外加电压通过整流片与定子磁极绕组直接联接，用特种电刷减少火花；另一种是通过可控硅将外加电压加到定子磁极绕组上，而可控硅的触发电压来自三极管发射极输出，而三极管导通受光控管控制。当定子磁极绕组产生的磁场中心线与通过相应的转子极块感应的磁场中心线位置不一致时，产生磁拉伸力，推动转子极块转动，带动转子轴旋转。当定子磁极后边与对应的转子极块前边相接近时，磁拉伸力最大，此时这组定子磁极绕组应该通电，当定子磁极绕组产生的磁场中心线与相应的感应的转子极块磁场中心线将接近前，此组定子磁极绕组应该断电，因磁拉力接近最小。

本实用新型与前四项专利电动机相比具有如下几个特点：一、结构合理，根据电动机不同功率，外加负载情况，电动机结构有所变化，同时可以制造较大功率电动机；二、重量轻、省材料、效率高；三、控制系统作了大的改进，可以根据不同负载要求，采用各种不同控制系统线路。改良型双功能特种电动机两种功能是：一种功能是无级调速，即电动机本身能调速，不需要外加调速设备，为此，调速时消耗极少，效率高，这是多年来追求的电动机无级调速方式；另一种功能是当作低转速大扭矩电动机使用，省去齿轮箱等减速加大力矩装置，这是一个很重要的大的突破。

图1-a1为一般型改良型双功能特种电动机原理结构图。

图1-a2为一般型改良型双功能特种电动机定子图。

图1-a3为一般型改良型双功能特种电动机转子图。

图1-b为调速范围广改良型双功能特种电动机原理结构图。

图1-c这大功率改良型双功能特种电动机原理结构图。

图2-a为改良型双功能特种电动机力矩分析图。

图2-b为改良型双功能特种电动机合成力矩图。

图3为改良型双功能特种电动机可控硅控制线路图。

图4为改良型双功能特种电动机机械整流线路图。

图5-a为改良型双功能特种电动机光控板结构图。

图5-b为改良型双功能特种电动机光控线路图。

图6-a为改良型双功能特种电动机三对定子磁极对数整流盘展开图。

图6-b为改良型双功能特种电动机六对定子磁极对数整流盘展开图。

图6-c为改良型双功能特种电动机八对定子磁极对数整流盘展开图。

图7-a为圆筒形改良型双功能特种电动机原理结构图。

图7-b为圆筒形改良型双功能特种电动机剖视结构图。

参照附图1-a1；图1-a2；图1-a3；图1-b；图1-c所示，8对定子磁极对组8固定在上端盖3、下端盖7上N₁、S₁；N₂、S₂；N₃、S₃；N₄、S₄；N₅、S₅；N₆、S₆；N₇、S₇；N₈、S₈。每只定子磁极8由极身11及极靴12组成，极身11的高度决定定子绕组10匝数及所用铜线粗细。定子磁极距τ₁＝360°÷8＝45°(式中8为定子磁极对数)。每只定子磁极8上都缠有绕组10，定子磁极8极身宽度约等于1/2τ₁，极靴12的宽度约等于1/2τ₁＋(5°至10°)。在图1-c中17为中间极对组用在大功率电动机。为了扩大改良型双功能特种电动机使用范围，在图1-b中，另加两种隐形齿轮15固定在下端盖7上。(老式调速电动机，有的也加这种装置)。在上端盖3、下端盖7中装有轴承6，转动轴5装在轴承6内孔中。转子极块9为6只(图1-a3及图1-b中转子极块9为6，在图1-c中，转子4极块两组为12)。转子极块9通过支架固定在转动轴5上，每只转子极块9宽度约等于1/2τ₁。定子磁极对组8数目与转子极块9数目关系一种为：6∶4；12∶8；18∶12…，另一种为8∶6；12∶9；16∶12…。在图1-a1、图1-a2、图1-a3及图1-b中上、下两只端盖及中间极对组7通过外壳13形成一个整体——定子。

参照附图2-b为改良型双功能特种电动机合成力矩图。在图2-a中，转子极块1、4前进边与定子磁极对组N₁、S₁；N₅、S₅后边相距4-8毫米时，即图2-a中位置1，转子极块1、4与定子磁极对组N₁、S₁；N₅、S₅产生的磁拉伸力矩为最大力矩的60％左右。当在位置2时，定子磁极对组N₁、S₁；N₅、S₅产生的磁场与相应转子极块1、4感应的磁场二者产生的磁拉伸力矩为最大力矩，此时转子级块1、4前进边与定子磁极对组N₁、S₁；N₅、S₅后边相重合，当转子极块前进到位置3时，定子磁极对组N₁、S₁；N₅、S₅产生的磁场与相应转子极块1、4感应的磁场两者产生的磁拉伸力矩为最大力矩75％左右，在位置4，转子极块1、4前进边与定子磁极对组N₁、S₁；N₅、S₅后边相距2-5毫米时，两者产生的磁拉伸力矩为最大力矩的左右，此时定子磁极对组N₂、S₂；N₆、S₆绕组通电产生的磁场与相应的转子极块2、5感应的磁两者产生磁拉伸力矩，重复以上过程。离开位置4瞬间，定子磁场对组N₁、S₁；N₅、S₅断电。

参照图3中有整流盘，图中21为整流盘底板，用6-8毫米厚的绝缘材料板制成，整流板上有3-4两只圆圈集流环23、24，集流环23、24用宽约4-5毫米，厚约4毫米铜条制成，集流环23、24有2毫米，装在整流盘底板21加工成的槽内。当定子磁极对组为8时，图3中2整流片22为24片。(整流片2数与定子磁极对组数等关系见图6)。每片为360°÷24＝15°，每片的宽度约5-6毫米左右，片间间隔约为1.5-2毫米左右，间隔处用绝缘物填平、磨光。整流盘上有25、26两组电刷，电刷组25由集流环23供电，通电时，向逆时针方向旋转。电刷组26由集流环24供电，通电时，向顺时针方向旋转。电刷25、26宽度约等于铜片宽度。电刷25、26旋转间长度约为2-5毫米。在图1中可见，电刷25、26通过电刷架，支架固定在转动轴5上，整流盘21通过绝缘垫片固定在固定定子磁极的端盖上。改良型双功能特种电动机可控硅控制线路图。图为定子磁极对组为8对：N₁、S₁；N₂、S₂；N₃、S₃；N₄、S₄；N₅、S₅；N₆、S₆；N₇、S₇；N₈、S₈。每二对定子磁极绕组串联，形成4组定子磁极绕组，4组定子绕组有四端联一起为中点O，四组定子绕组另四端接可控硅阳极。四只可控硅阴极接在一起接到整流桥Z₁的负端，Z₁的正端接中点O。Z₁的另二端接交流电源。整流桥Z₂的正端接继电器K的常开、常闭的中点，常开、常闭分别接集流环24、23。四只可控硅触发极通过二极管及串联电阻接下流片1、2、3、4。当整流桥Z₁、Z₂外加交流电压供电时，继电器K的常闭结点通，Z₂的触发电压加到集流环23上，电刷组5有电，可控硅1触发极有电，可控硅1导通，定子磁极对组N₁、S₁；N₅、S₅绕组通电，转子在磁拉伸力作用下转动一角度。当电刷组25转到整流片24时，可控硅4导通，定子磁极N₄、S₄；N₈、S₈绕组通电，转子继续转动。定子磁极绕组并联二极管防止可控硅失控，继电器K导通，常开结点接通，集流环24有电，电刷组26通电，使转子向顺时针方向旋转。

附图4为、改良型双功能特种电动机机械整流线路图。定子磁极对组N₁、S₁；N′₁、S′₁； N₂、S₂；N′₂、S′₂；N₃、S₃；N′₃、S′₃；N₄、S₄；N′₄、S′₄，每二极对级四只磁极绕组串联，并以续流管。公共点O接到外加电压整流桥Z的负端，联接后定子磁极绕组另四端接到整流片a、b、c、d上。外加电压整流桥Z的负端通过接触器K接到整流盘上集流环1、2上。电刷3、4前进方向后端接有电阻，当电刷随转动轴转动离开某一整流片前，外加电压通过电阻R送电到该整流片接的定子磁极绕组上，电阻逐渐加大，流入该绕组电流逐渐减少，这样，电刷全部离开该整流片时，火花能减至很小，这种机械整流，整流线路简单，操作方便，故障少。

附图5-b为改良型双功能特种电动机光控线路图。光控特点是可控硅3CT₁、3CT₂、3CT₃、3CT₄的触发极的触发电压来自四只三极管BT₁、BT₂、BT₃、BT₄的射极输出。图5-a为2毫米左右厚的深色绝缘材料板，这圆状绝缘材料板固定在转动轴上。圆绝缘板装有四对光发射管、光接收管G₁G₂；G₃G₄；G₅G₆；G₇G₈。二只光发射管接收管之间距离约3毫米左右，每对光发射管、接收管间距360°÷8＝45°(定子磁极对数与转子极块数为8∶6)，沿绝缘板四周开有6个窗孔1，窗孔1宽3-4毫米左右，窗孔周边长工为1/3 τ₁＝15°(τ₁为定子极距，即360°÷8＝45°)。如附图5所示，绝缘板随转动轴作顺时针方向旋转，此时窗孔1将离开G₁G₂，光接收管将停止工作，可控硅3CT₁将关断，而G₇G₈开始工作，因绝缘板上窗孔已到G₇G₈间，3CT₄导通工作。这样，在首先调整好绝缘板窗孔位置，然后将绝缘板固定在转动轴上，随着绝缘板随转动轴依次转动，四个可控硅3CT依次导通，定子磁极绕组依次通电，转子不停向顺时针方向旋转。如若反转，则必须再加一套光发射、接收管(四对)及一套三极管射极输出，此时附图5中继电器K截止，外加三极管上电压通过继电器K常闭结点使另一套三极管进行工作(四只三极管射极输出)。二套光发射管接收管为1.5×＜360°÷(3×定子极对)＞。

附图6-a、图6-b、图6-c为改良型双功能特种电动机不同定子磁极对数整流盘。当定子磁极对数与转子极块为6∶4；9∶6；12∶8；18∶12…，这种定磁极对数与转子极块共同特点是定子磁极绕组为三条并联电路，整流盘上整流片数＝2×定子磁极对数。如附图6-a、图6-b中。当定子磁极对数与转子极块为8∶6；12∶9；16∶12…。这种定子磁极对数与转子极块共同特点是定子磁极绕组为四条并联电路，整流盘上整流片数＝3×定子磁极对数。如附图6-c中，当双功率特种电动机用于调速时，定子磁极对数不适宜多，尤其用在大功率时，相对用于低转速大扭矩时，尤其大功率定子磁极对数用多一些。

附图7圆筒形改良型双功能特种电动机原理结构图，当改良型双功能特种电动机，外界负载要求，幅向尺寸受到限制时，以及加工设备有困难时，可采用图7圆筒形结构，31为外壳，32为定子磁极，33为转子极块，34为转子，35为轴，36为盖，37为整流盘，38为电刷，39为刷架。

Claims (5)

1、一种改良型双功能特种电动机，它包括外壳，上、下端盖，定子磁极对组，转子，整流盘，控制线路，其特征在于：

(1)、上、下端盖上固定着8对定子磁极对组，每只定子磁极上都缠有绕组，定子磁极距τ₁＝360°÷8＝45°，定子磁极极身(11)宽度约等于1/2τ₁，极身(11)高度决定定子绕组匝数及所用铜线粗细；极靴(12)宽度约等于1/2×τ₁+(5°至10°)；转子由极块(4)及支架组成并固定在转动轴(5)上；每组定子磁极对组中间，加有中间定子磁极对组；上、下端盖、中间定子磁极对组通过外壳形成一整体——定子；轴承(6)装在上、下端盖内，上、下端盖装有定子磁极对组，转动轴(5)装在轴承(6)孔中；

(2)、整流盘通过螺钉、绝缘垫片固定在端盖上，整流盘上装有由铜条制成的圆圈集流环(23)、(24)，集流环宽4至5毫米，厚约4毫米，有2毫米嵌入绝缘底板的槽内，定子磁极对组为8，定子激磁绕组形成四组电路，整流盘上整流片数＝8×3＝24片，整流片度约4至5毫米，整流片旋转方向片长为360°÷24＝15°整流片间距离1.5至2毫米，片间用绝缘物填平、磨平；电刷是(25)、(26)二组，电刷(25)由集流环(23)供电，当电刷(25)有电，电动机向逆时针旋转，电刷(26)通电时，电动机向顺时针方向旋转，电刷宽度约等于整流铜片宽，电刷旋转方向长度约为2至5毫米，电刷装在刷握内，刷握通过支架固定在转动轴上；

(3)、可控硅控制线路，定子8对磁极绕组，形成四组电路，这四组电路引出5个端头，一个为四组的四个端点联一起的公共端头，接到外加电压整流桥(Z₁)的正端，四组电路另四个端头接四只可控硅(3CT₁)、(3CT₃)、(3CT₃)、(3CT₄)的阳极，四只可控硅阴极接在一起接到整流桥(Z₁)的负极端，(Z₁)的另二端接外加交流电源，定子激磁绕组都并联续流二极管，触发电源整流桥(Z₂)的正端接继电器(K)的常开、常闭结点中点，常开、常闭接集流环(23)、(24)，集流环的外加触发电压通过电刷组(25)、(26)引到整流片上，再引到各个可控硅的触发极上，四只可控硅触发极通过电阻、二极管与相应整流片相接，电刷(25)通电转子作逆时针旋转，电刷(26)通电，转子作顺时针旋转；

(4)、机械控制线路，定子8对磁极组，定子激磁绕组形成四组电路，四组电路联接后，出来四个端头及一个公共头(0)，公共头(0)接到外加电压整流桥(Z)的负端，另外四个端头接到整流片a、b、c、d上，整流桥(Z)的正端通过接触器(K)接到整流盘上集流环(1)、(2)上，电刷(3)、(4)前进方向后端接有电阻，当电刷随轴转动离开某一整流片前，外加电压通过电阻送电电到该整流片接的定子磁极绕组上，电阻逐渐加大，流入该绕组电流逐渐减少，电刷全部离开该整流片时，火花能减至很小；

(5)、可控硅光控线路，可控硅(3CT₁)、(3CT₂)、(3CT₃)、(3CT₄)的触发极电压来自一组四只三极管(BT₁)、(BT₂)、(BT₃)、(BT₄)射极输出，这种控制线路是用一块2毫米左右厚的深色绝缘材料板固定在轴上，沿绝缘圆板周边装有四对光发射管、接收管(G₁)(G₃)、(G₃)(G₄)、(G₅)(G₆)、(G₇)(G₈)，二只光发射管与接收管之间路离约3毫米左右，每对发射管接收管间距离360°÷8＝45°周边开有6个窗孔，互隔60°，窗孔宽3至4毫米，窗孔周边长1/3τ₁＝15°，τ₁＝360°÷8＝45°，通过窗孔，四只接收管依此射极输出，使相应可控硅依次导通，电动机后转，通过另一套四对发射管接收管及四只三极管射极输出，二套发射管接收管，每套四对，相互距＝1.5×360°/整流片数。

2、根据权利要求1所述的改良型双功能特种电动机，其特征是：(1)、当定子磁极对数与转子极块数关系为：6∶4；9∶6；12∶8；18∶12…；a、定子磁极绕组分成三条电路；b、定子极距60°；40°；30°；20°…；c、转子极块前进度数1/2τ₁，30°；20°；15°；10°…；d、整流片数2×定子磁极对数12；18；24；36…；(2)、当国子极对数与转子极块数关系为：8∶6；12∶9；16∶12…，a、定子磁极绕组分成四条电路；b、定子极距45°；30°；22.5°…；c、转子极块前进度数1/3τ₁，τ₁为定子极距，15°；10°；7.5°…；d、整流片数3×定子磁极对数24；36；48…。

3、根据权利要求1所述的改良型双功能特种电动机，其特征是：在转子极块前进边与相应定子磁极后边相距3至8毫米时，该定子磁极绕组开始通过，定子绕组通电时间为转子极块前进度数。

4、根据权利要求1所述的改良型双功能特种电动机，其特征是：端盖上装一转轴(14)，转轴(14)与电机转轴间装一对齿轮，可以扩大其使用范围。

5、根据权利要求1所述的改良型双功能特种电动机，其特征是：当电动机辐向尺寸受限制及加上有困难，电动可采用圆筒形。

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