專利名稱：正時式交直流調速電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是屬于電機領域，特別是涉及到一種電動機改進的技術方案。
電動機作為一種重要的機電能量轉換裝置，在機械、冶金、石油、煤炭、紡織、化工、交通運輸等行業(yè)中有著廣泛的應用。電動機的型式很多。但其工作原理都基于磁力定律，均利用通電導體在磁場中產生力的作用這一原理。例如目前應用最為普遍的交流異步電動機就是依靠旋轉磁場的作用使動機旋轉的。但是目前的交流電動機都存在著一個普遍的缺點，即由于其轉速和頻率直接有關，如不采用變頻裝置就不可能在較大范圍內實現無級調速。雖然直流電動機具有調速功能，但它必須具有工藝復雜的換向器，制造困難，價格昂貴。此外，還有一類步進電機和開關磁阻電機，是利用電磁鐵和正時順序通電的原理制成的，構造上較為簡單，但是其運轉要靠極其復雜的驅動器控制的，驅動器和電動機是兩個不可分割的機電一體化裝置，但其價格要超過電動機本身價格的20倍以上。
本發(fā)明的目的是要制成一種構造簡單、功能齊全的新型電動機，利用電磁鐵和機械式正時順序通電的原理而制成的一種結構簡單、價格低廉兼有調速功能的電動機，交直流通用，并能普遍適用于各種場合應用。
本發(fā)明的技術方案是這樣實現的電動機的定子上配有若干個有繞組的磁極，定子中裝有不帶繞組的轉子，其特征是電機轉軸上裝有同步旋轉的正時器，正時器由導電滑環(huán)、正時導通裝置、常觸導通裝置、軸套組成，電電滑環(huán)和軸套間嵌有耐高溫絕緣體，正時器的軸套按裝在電動機的轉軸上。導電滑環(huán)設計成圓筒形，處于正時器的外表面，導電滑環(huán)上開有和轉子凸極數相對應的平行于軸線的等距的絕緣槽，正時導通裝置和常觸導通裝置處于導電滑環(huán)表面，并能在環(huán)上滑動，每一個正時導通裝置和每一組磁極繞組相連，當電源接通時，假如某一個正時導通裝置的導通觸片接觸到滑環(huán)導電的導通部分，那么這一導通裝置相連的磁極繞組就通電，(此時和其他磁極繞組連接的導通裝置的導通觸片正好在導電滑環(huán)的槽內，由于槽內嵌滿了耐高溫絕緣體，所以其他磁極繞組不通電。)使該磁極產生電磁力，吸引臨近的轉子凸極，轉子凸極在磁場轉矩的作用下，向該磁極位置轉動并轉動到磁極繞組軸線重合處，此時磁力線通過磁路的磁阻最小，轉子凸極到達平衡位置停止轉動，由于正時器安裝在轉軸上并同步旋轉，電動機轉子凸板轉動某一導通角后，使這一個正時導通裝置的觸片從原來導電滑環(huán)的導通部分滑動到滑環(huán)的絕緣槽內，該磁極繞組立即斷電。由于導電滑環(huán)的槽寬和槽距按導通角的大小位置設計，轉子轉動這一導通角后，正好使另一正時導通裝置接觸導電滑環(huán)的導通部分，故這一磁極繞組同時通電，產生磁吸引力，又吸引另一臨近的轉子凸極，使轉子轉動一個導通角后，此時正時導通裝置又滑動到導電滑環(huán)的另一絕緣槽內，該磁極繞組又立即斷電，此時第三個正時導通裝置又和導電滑環(huán)的導通部分接觸，第三個磁極繞組又立刻通電，產生電磁吸引力，吸引轉子凸極轉動，這樣電動機就周而復始地轉動起來。
下面結合附圖作進一步的具體描述。


圖1是電動機部分的結構示意圖。
圖2是正時器的結構示意圖，圖3、4、5是運轉狀態(tài)圖，圖6是二凸極轉子實施例示意圖。
圖1中定子1具有均勻分布的六個磁極A、A′、B、B′、C、C′，每個磁極有線圈繞組。兩個相對的磁極上的繞組連成一相。轉子2是由四個凸極組成，凸極上沒有線圈繞組。
圖2是正時器的結構示意圖。其中1是殼座，2是導電滑環(huán)，3是耐高溫絕緣體，4是軸套，5、6、7是正時導通裝置，其中5和A、A′磁極上的A相繞組相連，6和B、B′磁極上的B相繞組相連，7和C、C′磁極上的C相繞組相連，各相繞組的另一端并連且和電源的一端相接，電源的另一端和常觸導通裝置8相接。正時器軸套4和電動機轉軸相配合，使正時器和電動機轉軸同步旋轉，導電滑環(huán)2處于正時器的外表面，環(huán)上開有和4個轉子凸極相對應的4條絕緣槽，導電滑環(huán)2和軸套4之間嵌耐高溫絕緣體3。當接通電源時，若A相繞組相連的正時通導裝置5和導電滑環(huán)2上的導通部分相接觸，則A相繞組通電，(此時正時導通裝置6、7均和導電滑環(huán)2上的絕緣槽部相接觸，B、C相繞組不通電)磁極A、A′就產生電磁吸引力，吸引臨近的轉子凸極旋轉。下面再結合附圖3、4、5詳細說明其運轉狀態(tài)。
當A相繞組通電時，轉子凸極則被吸引并旋轉到定子磁極繞組軸線重合時，達到平衡位置，轉子停止轉勸，如圖3所示。此時A相斷電，B相通電，轉子凸極受到磁極B、B′吸引將逆時針轉動30空間角，到達平衡位置，B相斷電，轉子將停止轉動，如圖4所示。同理，此時C相又通電，轉子凸極又被磁極C、C′吸引又逆時針轉動30空間角，到達平衡位置時C相又斷電，如圖5所示。此時，A相通電，這樣按A-B-C-A順序通電，轉子就按逆時針方向旋轉起來。
下面結合實施例作進一步說明。
圖1中電動機設計的轉子是4個凸極，凸極用鐵磁材料制成，本實施例用低碳鋼，根據對應關系，如圖2所示，導電滑環(huán)2上開有4條均勻分布的絕緣槽、亦即導電滑環(huán)2上有4條均勻分布的導通部分，導通部分的寬度越大，導通的時間越大，即導通角越大。本實施例中，正時器軸套4和導電滑環(huán)2之間嵌滿了陶瓷體，(也可用石英)并經磨削使導電滑環(huán)2外圓表面平滑、徑向跳動不大于0.04(以內孔為基準)，同時，正時器在安裝時應符合嚴格要求，正向導通裝置5、6、7的導通觸片用銅片制成，銅片的末端在導電滑環(huán)上的位置周向均布。轉子凸極、定子磁極、正時導通片的安裝位置處于相互關聯的位置，設轉子以逆時針方向旋轉，讓轉子的一個凸極對準某一個磁極，則與該相繞組相接的正時導通裝置的導通觸片和導電滑環(huán)的導通部分的前沿的角度略大于30°，其超過部分的角度稱為死亡偏離角，它和電動機的運行和效率有關，由實踐決定。一般是在電壓保持不變的空載情況下，選擇適當位置，使轉速獲得最大值時角度為最佳。調整正時器在轉軸上的角度，或旋轉正時器殼座的位置，即可調整使電動機處于正轉、反轉和制動狀態(tài)，同時也可獲得所需要的最佳偏離角。
在本實施例中，導電滑環(huán)的導通部分對于中心的夾角30°，因而通電區(qū)的導通角為30°，則轉子轉過30°后，A相斷電，B相又通電，又轉過30°角后，B相斷電，C相又通電，如此，轉子按A-B-C-A順序正時通電，這種每次只有一相通電的工作方法，稱為單三拍運行。此外，除單三拍運行外，如每次有兩相通電，即接AB-BC-CA-AB……的順序正時通電，可稱為雙三拍運行。若運行方式按A-AB-B-BC-C-CA-A……的順序通電，實際上是前二種通電方式的綜合，亦稱為六拍運行。本實施例經過運行，效果十分理想。
如圖6所示，是二凸極轉子實施例示意圖。
圖中1是六磁極定子，2是二凸極轉子，如圖6所示，當A相工作結束，B相通電，轉子朝B相轉向，達到平衡后，B相斷電，C相又通電，它的轉子凸極數和磁極數之比為1∶3，正時器上要設置周向均布的6個正時導通片，常觸導通片仍只要一個。接觸寬度較大，(中心角在理論上可略小于60°)角度越大，兩相同時導通的時間越長，轉矩越大，功率越大，因此一般正時導通裝置宜用碳刷制成。
作為第三種實施例，是由二只完全相同的電動機合并而成。其中任一電機運轉到中途即把另一只電動機導通，二只電動機互為導通條件，從而形成交替又重疊的工作方式，稱為推輓型。其中每一只電動機的磁極和一個半正時器相連，半正時器結構亦和前述的電動機正時器結構基本相同。
本發(fā)明結構簡單，定子部分采用簡單的集中繞組，在轉子部分沒有任何繞組。同時毋須用一般步進電機、磁阻電機那樣復雜昂貴的驅動系統(tǒng)驅動，代之以極為簡單的機械式正時器。因此，不僅制作簡單，價格便宜，成本只要一般鼠籠式感應電動機的50-60%，而且功能上有重在變化，不僅可以交直流通用，而且效率高，并有優(yōu)良的調速功能，同時，還具有組合能力強、型式多樣的特點，可適用于不同的電壓等級、不同的頻率、不同的外相數的情況，因此，可廣泛應用作控制電機，甚至可以取代一切動力電機。
權利要求
1.一種正時式交直流調速電動機，由定子、轉子、轉軸、外殼組成，其特征是電機轉軸上裝有同步旋轉的正時器，正時器由導電滑環(huán)、正時導通裝置、常觸導通裝置、軸套組成，導電滑環(huán)和軸套間嵌有高耐溫絕緣體，正時器的軸套套裝在電動機的轉軸上。
2.根據權利要求1所述的電動機，其特征是導電滑環(huán)處于正時器的外表面，導電滑環(huán)上開有和轉子凸極數相對應的平行于軸線的等距的絕緣槽。
3.根據權利要求1、2所述的電動機，其特征是正時導通裝置和常觸導通裝置是由能在導電滑環(huán)表面滑動的金屬片組成。
4.根據權利要求1、2所述的電動機，其特征是正時導通裝置和常觸導通裝置是由電刷裝置組成。
全文摘要
一種正時交直流調速電動機，采用電磁鐵原理和正時順序通電原理制成。定子磁極上有線圈繞組，轉子無線圈繞組，結構簡單，具有交直流兩用、無級調速的特點，可適用于動力場合，尤其是調速場合。
文檔編號H02K23/44GK1066158SQ9110698
公開日1992年11月11日 申請日期1991年4月23日 優(yōu)先權日1991年4月23日
發(fā)明者虞國良 申請人:虞國良