專利名稱：智能電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一系列的電動(dòng)機(jī)，包括三相同步、三相異步、單相等交流電動(dòng)機(jī)及直流電動(dòng)機(jī)。
現(xiàn)有的交流電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速不可能超過(guò)與電源頻率相應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速，速度范圍不夠大，調(diào)速也較困難；現(xiàn)有的直流電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上較復(fù)雜，性能也有待改進(jìn)。
本發(fā)明的目的是要提供一種智能交流電動(dòng)機(jī)和智能直流電動(dòng)機(jī)。智能交流電動(dòng)機(jī)可以在電動(dòng)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速達(dá)到或超過(guò)電源頻率對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速n0，從而大大地拓寬了速度范圍、調(diào)速范圍；而智能直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能較好。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在原有電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上引入控制門電路，構(gòu)成了相應(yīng)的智能電動(dòng)機(jī)。(一)例如智能交流電動(dòng)機(jī)以現(xiàn)有的同步電動(dòng)機(jī)、繞線型和籠型異步電動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，電路如

圖1所示。將A相電源分別通過(guò)控制門1～3接到三相電動(dòng)機(jī)定子繞組的首端a-b-c，B相電源分別通過(guò)控制門4～6接到b-c-a，C相電源分別通過(guò)控制門7～9接到c-a-b，三相電動(dòng)機(jī)定子繞組的末端x-y-z接成一點(diǎn)o，各控制門在得到控制信號(hào)時(shí)導(dǎo)通，在未得到控制信號(hào)時(shí)關(guān)閉。
當(dāng)控制門1、4、7持續(xù)導(dǎo)通時(shí)，三相電源A、B、C分別接到電動(dòng)機(jī)三相定子繞組的首端a、b、c，智能電動(dòng)機(jī)按照普通Y接定子繞組的三相電動(dòng)機(jī)的方式持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度為n0。此時(shí)智能電動(dòng)機(jī)的性能與普通Y接法定子繞組的三相電動(dòng)機(jī)無(wú)異。
但是，如果我們?cè)O(shè)想把這臺(tái)接通了三相電源的智能電動(dòng)機(jī)的定子再按其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向以δ的速度旋轉(zhuǎn)起來(lái)，則其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的實(shí)際速度將達(dá)n0+δ＞n0，即其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的實(shí)際速度n0+δ超過(guò)了電源頻率對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速n0。由此引發(fā)出智能交流電動(dòng)機(jī)大范圍調(diào)速的思路。
利用對(duì)控制門1～9的控制我們可以達(dá)到把這臺(tái)接通了三相電源的智能電動(dòng)機(jī)的定子再按其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向以δ的速度旋轉(zhuǎn)起來(lái)的同樣效果。
當(dāng)控制門1、4、7持續(xù)導(dǎo)通時(shí)，正常的三相電源A、B、C加的在普通Y接定子繞組的三相電動(dòng)機(jī)中的電流波形如圖2所示。A、B、C相中電流的最大值分別發(fā)生于ωt1=0°、ωt2=120°、ωt3=240°等處。三相電流的最大值按t1t2t3的時(shí)間順序、在按空間分布的三相電動(dòng)機(jī)A、B、C相定子繞組ax＼by＼cz中依序分別出現(xiàn)，在空間形成了順時(shí)針的轉(zhuǎn)向，它的轉(zhuǎn)速就是同步轉(zhuǎn)速n0。三相電流激勵(lì)出以速度n0按同樣方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這是已為實(shí)踐所證明了的。
但是，在已按照普通Y接定子繞組的三相電動(dòng)機(jī)的方式持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的智能交流電動(dòng)機(jī)中，如果我們①在經(jīng)過(guò)控制門1流入的A相電流的最大值已于0°發(fā)生后的s1時(shí)刻，使控制門2-5-8導(dǎo)通，則A、B、C相電源在空間順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)ψ=120°后(ψ被稱為電源移動(dòng)的位移角)分別被導(dǎo)入B、C、A相繞組，B相電流的最大值不再出現(xiàn)在B相繞組，而是在空間多轉(zhuǎn)過(guò)了ψ=120°出現(xiàn)在C相繞組中；②此后，在B相電流的最大值已于120°發(fā)生后的s2時(shí)刻又使控制門3-6-9導(dǎo)通，則 A、B、C相電源在空間又旋轉(zhuǎn)120°后即總共轉(zhuǎn)過(guò)了2ψ=240°后分別被導(dǎo)入C、A、B相繞組，C相電流的最大值不再出現(xiàn)在C相繞組，而是在空間多轉(zhuǎn)過(guò)了2ψ=240°出現(xiàn)在B相繞組中；
③其后，在C相電流的最大值已于240°發(fā)生后的s3時(shí)刻又使控制門1-4-7導(dǎo)通，則A、B、C相電源在空間又繼續(xù)旋轉(zhuǎn)120°后即總共轉(zhuǎn)過(guò)了3ψ=360°后分別被導(dǎo)入A、B、C相繞組，且A相電流的最大值在空間多轉(zhuǎn)過(guò)了3ψ=360°后出現(xiàn)在A相繞組中。即原來(lái)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)360°時(shí)，經(jīng)控制的智能交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(以下稱為智能旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng))已轉(zhuǎn)過(guò)720°。因此，由于周期地持續(xù)實(shí)施了上述控制，智能旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0′比原來(lái)的n0快了一倍，達(dá)到n0′=n0+ψx fψ/360°=2n0(其中fψ為位移角ψ發(fā)生的頻率)。由此可見(jiàn)，改變?chǔ)缀蚮ψ可達(dá)調(diào)速的目的。
同理，如果改變各控制門的導(dǎo)通順序，使電源位移角ψ每次都逆著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向移動(dòng)，智能旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0′低于n0，可實(shí)現(xiàn)向下調(diào)速。
這樣一來(lái)，智能交流電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可以超過(guò)電源頻率對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速n0。從而實(shí)現(xiàn)了在電動(dòng)狀態(tài)下轉(zhuǎn)速達(dá)到或超過(guò)電源頻率對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速n0，大大地拓寬了速度范圍、調(diào)速范圍。(二)對(duì)于單相電動(dòng)機(jī)，亦可利用同一思路，改造成為智能單相電動(dòng)機(jī)。作為一種示例，其原理如圖3。
單相電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)在空間相差90°的繞組P1-P2、Q1-Q2。當(dāng)給出的控制信號(hào)按順序改變時(shí)，相應(yīng)的控制門轉(zhuǎn)換導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)改變?yōu)橄鄳?yīng)的接線方式，并使電源相應(yīng)地移過(guò)一個(gè)角度90°。它們對(duì)應(yīng)的情況如下表所示
可見(jiàn)，將控制信號(hào)固定在K0-K3中某一信號(hào)并持續(xù)不變，則智能單相電動(dòng)機(jī)與普通單相電動(dòng)機(jī)的接線和性能相同，它接于單相電源后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0″=n0。
但如按K0-K1-K2-K3-K0-……順序周期地給出控制信號(hào)，則可使電動(dòng)機(jī)定子電源按控制順序順時(shí)針移動(dòng)，位移角ψ=90°，而使智能單相電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0″=n0+△n＞n0，可以超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)向上調(diào)速。
但如按K0-K3-K2-K1-K0-……逆序周期地給出控制信號(hào)，則可使電動(dòng)機(jī)定子電源按控制順序逆時(shí)針移動(dòng)，位移角ψ=-90°，而使智能單相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0″=n0-△n＜n0可以低于同步轉(zhuǎn)速n0，實(shí)現(xiàn)向下調(diào)速。
而△n的大小取決于位移角ψ和它發(fā)生的頻率fψ之積△n=ψx fψ/360°。利用改變?chǔ)谆騠ψ，可達(dá)到調(diào)速的目的。(三)對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，亦可按照上述理論構(gòu)成智能直流電動(dòng)機(jī)。其原理如圖4所示。
智能直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子不再用電樞的形式，也不需換向器，而可采用籠形轉(zhuǎn)子。它的定子繞組為在空間互差90°的兩個(gè)參數(shù)完全相同的繞組P1-P2、Q1-Q2，當(dāng)給出的控制信號(hào)持續(xù)不變時(shí)，相應(yīng)的控制門持續(xù)導(dǎo)通，智能直流電動(dòng)機(jī)的定子繞組的接線方式不變，在直流電流的激勵(lì)下產(chǎn)生固定不變的磁場(chǎng)，智能直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0=0。
當(dāng)控制信號(hào)按K0-K1-K2-K3-K0-……順序周期地給出時(shí)，直流激磁電流周期依次從p1、q1、P2、Q2、P1……流入定子繞組，在直流電流的激勵(lì)下產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸線也依次按P1P2向Q1Q2、P2P1、Q2Q1、P1P2……的線圈中心線而改變、旋轉(zhuǎn)，這事實(shí)上就形成了直流激磁產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它的轉(zhuǎn)速n0=ψx fψ/360°，此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同樣可使籠形轉(zhuǎn)子產(chǎn)生異步旋轉(zhuǎn)。如將上述籠型轉(zhuǎn)子改為同步電動(dòng)機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子或直流勵(lì)磁轉(zhuǎn)子，則能實(shí)現(xiàn)智能直流電動(dòng)機(jī)的同步運(yùn)行。
與前述原理一樣，改變位移角ψ發(fā)生的頻率fψ和位移角ψ的大小，可以改變智能直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；將控制信號(hào)發(fā)生的順序改為逆序，智能直流電動(dòng)機(jī)將會(huì)反轉(zhuǎn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，智能電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是1有良好的控制性能。不需其它專用設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)升降速、正反轉(zhuǎn)、起制動(dòng)；控制方便靈活；2速度范圍寬，可在同步轉(zhuǎn)速以上運(yùn)轉(zhuǎn)，不受n0的限制；3電氣性能好，啟動(dòng)沖擊??；動(dòng)態(tài)力矩大，過(guò)渡過(guò)程快，節(jié)能。
4智能直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)速控制也簡(jiǎn)單方便。
5由于在智能電動(dòng)機(jī)中植入了控制電路，使它成為多環(huán)節(jié)可分別控制的裝置，因此為在多方面開(kāi)發(fā)智能電動(dòng)機(jī)的特殊功能提供了可能性。
圖1、圖2、圖3、圖4為附圖，其中圖1為智能交流電動(dòng)機(jī)的原理圖，其中ax＼by＼cz為接成Y形的三相定子繞組。方塊1-9為控制門，給信號(hào)時(shí)導(dǎo)通，無(wú)信號(hào)時(shí)關(guān)閉。當(dāng)使控制門周期地依次輪轉(zhuǎn)地導(dǎo)通時(shí)，三相電源被以轉(zhuǎn)速δ依次輪轉(zhuǎn)地接到三相定子繞組，使智能電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在原有的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0上附加了一個(gè)可正可負(fù)的轉(zhuǎn)速δ，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
圖2為定子中的三相電流波形。
圖3為智能單相電動(dòng)機(jī)的原理圖，其中P1-P2、Q1-Q2為在空間互差90°的定子繞組，C為移相電容。當(dāng)使其控制門周期順序并輪轉(zhuǎn)地導(dǎo)通時(shí)，單相電源被以轉(zhuǎn)速δ依次輪轉(zhuǎn)地接到兩個(gè)定子繞組，使智能單相電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在原有的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0上附加了一個(gè)可正可負(fù)的轉(zhuǎn)速δ，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
圖4為智能直流電動(dòng)機(jī)的原理圖，其中P1-P2、Q1-Q2為在空間互差90°的定子繞組。當(dāng)使其控制門周期順序并輪轉(zhuǎn)地導(dǎo)通時(shí)，直流電源被以轉(zhuǎn)速δ依次輪轉(zhuǎn)地接到兩個(gè)定子繞組，使智能電動(dòng)機(jī)的固定磁場(chǎng)上附加了一個(gè)可正可負(fù)的轉(zhuǎn)速δ，從而達(dá)到旋轉(zhuǎn)和調(diào)速的目的。
本發(fā)明的最好實(shí)現(xiàn)方式是細(xì)化控制過(guò)程，在每匝繞組上而不只是在每相繞組上都加上控制門，使控制過(guò)程進(jìn)行得更均衡更連續(xù)，則可有更好的控制效果。
最好能對(duì)控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，以簡(jiǎn)化電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。
最好能根據(jù)各種不同的工作性質(zhì)和要求恰當(dāng)?shù)剡x擇控制門使用的電子產(chǎn)品的種類。例如晶體管GTR、可關(guān)斷晶閘管GTO、靜電感應(yīng)晶閘管SITH、功率MOSFIT、SIT單極型靜電感應(yīng)晶體管、MOS晶體管MCT、MOS晶體管MGT、絕緣門晶體管IGT等等，并制成集成電路，合裝于電動(dòng)機(jī)機(jī)殼中，以實(shí)現(xiàn)控制電路和電動(dòng)機(jī)的一體化。
智能電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)最好由計(jì)算機(jī)提供，借助計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能來(lái)充分實(shí)現(xiàn)智能電動(dòng)機(jī)的智能化。
權(quán)利要求
1．可粗分為智能交流電動(dòng)機(jī)和智能直流電動(dòng)機(jī)的智能電動(dòng)機(jī)其特征為由相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)和無(wú)觸點(diǎn)控制門電路組成，並可以共同組裝于一個(gè)機(jī)殼之中。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能交流電動(dòng)機(jī)其特征為在智能交流電動(dòng)機(jī)(包括同步電動(dòng)機(jī)、繞線式電動(dòng)機(jī)、鼠籠式電動(dòng)機(jī)、單相電動(dòng)機(jī)等)中，控制門電路擔(dān)負(fù)著依次輪流及周期地將電動(dòng)機(jī)的定子繞組換接電源相序的任務(wù)；由于這依次輪流及周期換接，造成了一個(gè)附加的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，才能達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)特性和調(diào)速的目的。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能直流電動(dòng)機(jī)其特征為在智能直流電動(dòng)機(jī)中，控制門電路擔(dān)負(fù)著依次輪流及周期地將電動(dòng)機(jī)的定子繞組換接電源極性的任務(wù)；由于這依次輪流及周期換接，造成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，才能達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)特性和調(diào)速的目的。
4．根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的智能直流電動(dòng)機(jī)其特征還在于智能直流電動(dòng)機(jī)可采用籠型轉(zhuǎn)子，因而能實(shí)現(xiàn)智能直流電動(dòng)機(jī)的異步運(yùn)行。
5．根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的智能直流電動(dòng)機(jī)其特征還在于智能直流電動(dòng)機(jī)可采用同步電動(dòng)機(jī)的永磁或直流勵(lì)磁轉(zhuǎn)子，因而能實(shí)現(xiàn)智能直流電動(dòng)機(jī)的同步運(yùn)行。
全文摘要
智能電動(dòng)機(jī)是這樣實(shí)現(xiàn)的:在原有電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上引入控制門電路,構(gòu)成了相應(yīng)的智能電動(dòng)機(jī)。智能交流電動(dòng)機(jī)的原理圖中,ax/by/cz為接成Y形的三相定子繞組。方塊1—9為控制門,給信號(hào)時(shí)導(dǎo)通,無(wú)信號(hào)時(shí)關(guān)閉。當(dāng)使控制門順序周期并輪轉(zhuǎn)地導(dǎo)通時(shí),三相電源被以轉(zhuǎn)速δ依次輪轉(zhuǎn)地接到三相定子繞組,使智能電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在原有的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n
文檔編號(hào)H02P6/00GK1284783SQ9911143
公開(kāi)日2001年2月21日 申請(qǐng)日期1999年8月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月16日
發(fā)明者黃群 申請(qǐng)人:黃群