專利名稱：基于雙凸極永磁電機的電氣式混沌振動壓土機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種采用三相帶斜槽雙凸極永磁電機驅(qū)動振動壓土機，屬于振動壓 土機制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
振動壓土機可有效地用于壓實泥土和混凝土材料，以獲得較高的壓實密度。 傳統(tǒng)的由柴油機或電動機驅(qū)動的振動壓土機通常只有單一的振動頻率。目前科學(xué) 家發(fā)現(xiàn)混沌振動的壓土機比具有單一振動頻率的振動壓土機具有更好的壓實效 果。其原因在于實際的泥土或混凝土材料是由不同大小和成分的固體顆粒混合組 成，從而使得這些顆粒具有不同的共振頻率。當(dāng)壓土機的振動頻率接近固體顆粒 的共振頻率時，顆粒將會產(chǎn)生最大的振動位移而具有最優(yōu)的壓實效果。然而，單 一振動頻率的壓土機僅僅接近泥土或混凝土中一部分顆粒的共振頻率。由于混沌振動具有連續(xù)而寬闊的振動頻率，因此混沌振動壓土機可以使得更多固體顆粒產(chǎn) 生共振，因此具有更好的壓實效果?，F(xiàn)在已有的混沌振動壓土機仍然保持柴油機 或電動機轉(zhuǎn)子周期運轉(zhuǎn)，而通過機械方式設(shè)計轉(zhuǎn)子偏心塊而產(chǎn)生混沌振動。但是 機械式混沌振動壓土機結(jié)構(gòu)笨重，而且一旦轉(zhuǎn)子偏心塊機械結(jié)構(gòu)設(shè)計好后，混沌 振動的模式將不能改變。因此研制開發(fā)可以靈活改變其振動模式，可避免復(fù)雜機 械設(shè)計，同時操作簡單的混沌振動壓土機具有著重要的意義。同時，如何選擇適 應(yīng)這些要求的混沌振動壓土機驅(qū)動源是另一個需要考慮的重要因素，該驅(qū)動源需 要滿足操作簡單、結(jié)構(gòu)堅固和在不同工況下振動的要求。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種基于雙凸極永磁電機的電氣式混沌振動 壓土機。該種壓土機選擇三相雙凸極永磁電機作為驅(qū)動源，電機采用轉(zhuǎn)子斜槽設(shè) 計，因此其氣隙磁場和電感隨位置呈正弦狀分布，可以由三相對稱的工頻交流供 電系統(tǒng)直接供電，操作簡單。技術(shù)方案本發(fā)明的基于雙凸極永磁電機的電氣式混沌振動壓土機選擇三相 雙凸極永磁電機作為驅(qū)動源，基于這種電機自身的非線性動態(tài)模型，通過變壓器 改變加在電機上三相電壓的大小，可使得電機通電后自行產(chǎn)生混沌的旋轉(zhuǎn)速度。 由該電機驅(qū)動常規(guī)的實心偏心塊，可產(chǎn)生混沌的振動模式。這種電氣式混沌振動 壓土機既不需要對轉(zhuǎn)子偏心塊進行復(fù)雜的機械設(shè)計，也不依靠對電機進行附加的 控制。同時，通過變壓器調(diào)節(jié)三相電壓，該電氣式振動壓土機的振動可在周期振 動和混沌振動之間進行切換，而且，混沌振動的范圍可以改變，可壓實不同的固 體顆粒。本發(fā)明的基于雙凸極永磁電機的電氣式混沌振動壓土機采用雙凸極永磁電 機作為驅(qū)動源， 一個整體的偏心塊聯(lián)結(jié)在雙凸極永磁電機的轉(zhuǎn)子上，固定螺母將 雙凸極永磁電機固定在支架上，支架和振動板通過螺母緊固在一起。所述的雙凸極永磁電機中，定子上有12個凸極，在四個角分布有4個永磁 體，永磁體的磁場方向沿著電機的圓周方向，轉(zhuǎn)子上有8個凸極，轉(zhuǎn)子凸極寬度 略大于定子凸極的寬度。所述的轉(zhuǎn)子釆用斜槽設(shè)計，減小電機的自定位轉(zhuǎn)矩并獲 得接近正弦形狀的氣隙磁密分布。有益效果本發(fā)明的特點是采用三相帶斜槽雙凸極永磁電機驅(qū)動振動壓土 機，利用雙凸極永磁電機的非線性模型，實現(xiàn)對其直接提供三相交流電而產(chǎn)生混 沌的振動效果，構(gòu)成一種新型的電氣式混沌振動壓土機。首先，這種電氣式混沌 振動壓土機不需復(fù)雜的機械設(shè)計，可采用常規(guī)振動壓土機偏心塊設(shè)計；其次，這 種電氣式混沌振動壓土機操作簡單，無需附加控制，直接提供三相交流電即可實 現(xiàn)混沌振動效果；再次，這種電氣式混沌振動壓土機操作靈活，通過改變?nèi)嚯?壓的大小，可實現(xiàn)其在周期振動和混沌振動之間切換，而且混沌振動范圍可變； 最后，這種電氣式混沌振動壓土機提供的混沌振動比常規(guī)周期振動壓土機具有更 寬的振壓頻率，因此有更好的壓實效果。1、 采用三相帶斜槽雙凸極永磁電機作為壓土機的驅(qū)動源驅(qū)動普通的實心偏 心塊，來產(chǎn)生混沌的振動，去除了針對轉(zhuǎn)子偏心塊的復(fù)雜機械設(shè)計。2、 這種雙凸極永磁電機具有實心轉(zhuǎn)子，因此結(jié)構(gòu)堅固，可適用于各種劇烈 的振動工況。3、 通過外加三相供電電源，基于電機自身的非線性模型將直接產(chǎn)生混沌振 動，無需附加控制。4、 通過改變外加電源電壓數(shù)值的大小，使壓土機振動在周期振動和混沌振 動之間切換。5、 通過改變外加電源電壓的大小，混沌振動的范圍可改變，可壓實不同特 性的固體顆粒。6、 相對常規(guī)周期振動壓土機，該電氣式混沌振動壓土機有更寬的振壓頻率， 使得更多固體顆粒產(chǎn)生共振，因此具有更好的壓實效果。


圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為用于該電氣式混沌振動壓土機驅(qū)動源的三相雙凸極永磁電機結(jié)構(gòu)。 圖3為該電氣式混沌振動壓土機的機構(gòu)。圖4為該電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的在不同外加三相電壓數(shù)值下的分岔圖。 以上的圖中有雙凸極永磁電機I、支架3、振動板4、固定螺母5、螺母6、交流供電系統(tǒng)7、變壓器8。定子l.l、永磁體1.2、轉(zhuǎn)子1.3、電樞繞組1.4、電機的軸1.5。
具體實施方式
圖2為用于該電氣式混沌振動壓土機驅(qū)動源的三相雙凸極永磁電機結(jié)構(gòu)。定 子1.1上有12個凸極，在四個角分布有4個永磁體1.2。永磁體1.2的磁場方 向沿著電機的圓周方向。轉(zhuǎn)子1. 3上有8個凸極，轉(zhuǎn)子1. 3凸極寬度略大于定子 1.1凸極的寬度。為減小電機的自定位轉(zhuǎn)矩并獲得接近正弦形狀的氣隙磁密分 布，該電機轉(zhuǎn)子采用斜槽設(shè)計。1.4為定子1.1上的電樞繞組。1.5為電機的軸。 該電機具有實心轉(zhuǎn)子，結(jié)構(gòu)堅固，適用于高速及劇烈的振動工況。圖3為該電氣式混沌振動壓土機的機構(gòu)。l為雙凸極永磁電機，通過固定螺 母5將其固定在支架3上，支架3和振動板4通過螺母6緊固在一起。 一個整體 的偏心塊2聯(lián)結(jié)在雙凸極永磁電機1的轉(zhuǎn)子上。工作時，由50赫茲工頻三相供電系統(tǒng)通過變壓器對三相雙凸極永磁電機提 供三相對稱正弦電壓。由于所采用雙凸極永磁電機采用轉(zhuǎn)子斜槽設(shè)計，因此自定 位轉(zhuǎn)矩小，其氣隙磁場和電感均呈現(xiàn)正弦狀分布。轉(zhuǎn)子偏心塊可等值為隨轉(zhuǎn)子位 置變化的周期性負載，將轉(zhuǎn)子偏心塊的負載引入到雙凸極永磁電機的動態(tài)模型中，圖3所示的電氣式振動壓土機系統(tǒng)在三相供電系統(tǒng)下將構(gòu)成一個五階非自治 系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)變壓器調(diào)節(jié)加在電機上的三相電壓的大小，在一定電壓范圍內(nèi)電 機轉(zhuǎn)子將出現(xiàn)混沌運動，可產(chǎn)生具有寬頻特征的混沌振動。圖4為該電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 速的在不同外加三相電壓數(shù)值下的分岔圖。圖中可見當(dāng)電壓小于某一電壓數(shù)值 時，電機轉(zhuǎn)子將會呈現(xiàn)周期運動，當(dāng)電壓大于該電壓數(shù)值時，電機轉(zhuǎn)子將會呈現(xiàn) 混沌運動，而且該混沌運動的范圍將隨著電壓數(shù)值的變化而變化。因此通過改變 外加供電電壓的大小，電氣式振動壓土機的振動模式可在周期性振動和混沌振動 之間切換，而且混純振動的范圍可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)壓實不同種類的固體顆粒。 以一臺基于三相帶轉(zhuǎn)子斜槽的雙凸極永磁電機所構(gòu)成的電氣式混沌振動壓 土機為例，如圖1所示，該電機額定功率為750瓦，額定電壓為220伏，額定轉(zhuǎn) 速為1500轉(zhuǎn)每分鐘，轉(zhuǎn)子斜槽22。。 一個實心轉(zhuǎn)子偏心塊2與雙凸極永磁電機 l的軸相連，轉(zhuǎn)子偏心塊質(zhì)量為300克，其等效重心距轉(zhuǎn)子軸中心為5厘米。雙 凸極永磁電機通過螺母5和支架3固定在一起，支架3通過螺母6固定在振動板 上，形成一個電氣式混沌振動壓土機。整臺裝置質(zhì)量為2.5千克。交流供電系統(tǒng) 7通過變壓器8對這種壓土機提供電壓幅值可變的三相電。
權(quán)利要求
1.一種基于雙凸極永磁電機的電氣式混沌振動壓土機，其特征在于該壓土機采用雙凸極永磁電機(1)作為驅(qū)動源，一個整體的偏心塊(2)聯(lián)結(jié)在雙凸極永磁電機(1)的轉(zhuǎn)子上，固定螺母(5)將雙凸極永磁電機(1)固定在支架(3)上，支架(3)和振動板(4)通過螺母(6)緊固在一起。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙凸極永磁電機的電氣式混沌振動壓土機， 其特征在于所述的雙凸極永磁電機(1)中，定子(1.1)上有12個凸極，在四 個角分布有4個永磁體(1.2)，永磁體(1.2)的磁場方向沿著電機的圓周方向， 轉(zhuǎn)子(1.3)上有8個凸極，轉(zhuǎn)子(1.3)凸極寬度略大于定子(1.1)凸極的寬 度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙凸極永磁電機的電氣式混沌振動壓土機，其 特征在于所述的轉(zhuǎn)子(1.3)采用斜槽設(shè)計，減小電機的自定位轉(zhuǎn)矩并獲得接近 正弦形狀的氣隙磁密分布。
全文摘要
基于雙凸極永磁電機的電氣式混沌振動壓土機可以由三相對稱的工頻交流供電系統(tǒng)直接供電，操作簡單。該壓土機采用雙凸極永磁電機(1)作為驅(qū)動源，一個整體的偏心塊(2)聯(lián)結(jié)在雙凸極永磁電機(1)的轉(zhuǎn)子上，固定螺母(5)將雙凸極永磁電機(1)固定在支架(3)上，支架(3)和振動板(4)通過螺母(6)緊固在一起。所述的雙凸極永磁電機(1)中，定子(1.1)上有12個凸極，在四個角分布有4個永磁體(1.2)，永磁體(1.2)的磁場方向沿著電機的圓周方向，轉(zhuǎn)子(1.3)上有8個凸極，轉(zhuǎn)子(1.3)凸極寬度略大于定子(1.1)凸極的寬度。這種電氣式混沌振動壓土機提供的混沌振動比常規(guī)周期振動壓土機具有更寬的振壓頻率，因此有更好的壓實效果。
文檔編號E02D3/046GK101230567SQ200810018828
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者政 王, 明 程, 鄒國棠 申請人:東南大學(xué)