专利名称：双功能特种电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型是属无级调速电动机及低转速大扭矩电动机技术领域。
目前常用的调速电动机有两种一种是通过电磁转差离合器来进行调速，另一种为变频调速。这两种调速方法，调速设备投资高，另调速时消耗大量电能，同时这两种调速方法都不能进行低速范围内调速。双功能特种电动机两种功能是一是无级调速，不需要外加调速设备，调速消耗电能极少；另一功能是当作低转速大扭矩电动机使用，省去了齿轮等降速加大力矩装置，这是个特大突破。
本实用新型的目的不仅提供一种新型的双功能特种电动机，而且电动机结构也作了重大改进，使电动机省材料，重量轻，可以制造大容量的电动机。这种双功能特种电动机是在圆盘式阀门电动装置(专利号89211407.X)、圆柱式特种电动机(专利号92218555.7)及无级调速特种电动机(专利1号94241682.1)的基础上，经过长期实践加以重大改进研制而成的。
双功能特种电动机与上述几种专利电动机结构不同，定子由多组磁极对组组成，这些磁极对组磁路各自独立，每组磁极对组上都缠有磁极绕组、并联续流二极管。通过前后两块联接板将定子磁极对组组成一个整体，在联接板中间装有轴承，转轴装配在轴承内孔中。在转轴上装有转子，转子由支架和极块组成。在一联接板上固定中间带有圆孔的整流盘，转轴穿过整流盘中间的圆孔。定子磁极绕组引线与整流盘上相应的整流片联接在一起，外加电压通过控制线路加到整流盘上的集流环，并通过随转轴转动的电刷将集流环上的外加电压引到与整流片对应相接的定子磁极绕组上。当定子绕组通电产生的磁场中心线与通过相应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，带动转轴旋转。当定子磁极后极边与对应的转子极块前极边相接近时，磁拉伸力最大，此时这组定子磁极绕组应该通电；当定子磁极与相应的感应的转子磁场中心线将近一致时，磁拉伸力为最小，此时该定子磁极绕组应该断电。如此，定子磁极绕组轮流通电形成人为旋转磁场，带动转子转动，转速决定于所带负载及外加电压大小。
本实用新型与前三项专利电动机相比，具有如下几个特点一、电动机结构尤其转子结构特别简单，因此这种新型双功能特种电动机重量轻、材料省；二、磁路短、效率高；三、电动机外型可制成扁平，适合一些负载需要；四、可以制造大容量的电动机；五。这种结构的新型电动机能很好地发挥双功能作用。
图1为双功能特种电动机原理结构图。
图2为多对极组双功能特种电动机原理结构图。
图3为双功能特种电动机位置力矩及合成力矩图。
图4为双功能特种电动机整流盘接线图。
图5为双功能特种电动机机械整流接线图。
图6为双功能特种电动机可控硅控制线路图。
图7为双功能特种电动机两种功能定子绕组接线特点。
图8为双功能特种电动机两种功能通电起始位置图。
参照附图1、2所示，由前后两块联接板4将六对定子磁极对组N1S1、N2S2、N3S3、 N4S4、N5S5、N6S6固定联接在一起，每对定子磁极对组是由极靴1、极身2、3构成，相互之间的间隔(定子磁极极距)τ1=360°÷6=60°，在极身2、3上都缠有定子磁极绕组10，极身2、3的长度决定于定子绕组匝数及铜线截面，极身2、3的截面积大约为极靴1面积的2/3，极身2、3的宽度为1/2τ1=30°，极靴1的宽度为1/2τ1＋(5°～10°)。在附图2中1＇为中间磁极对。联接板4中间装有轴承5，转轴6装配在轴承5内孔中，并穿过前后两块联接板4；四块转子极块9(即①、②、③、④)通过支架固定在转轴6上，每块转子板块9的宽度约等于1/2τ1=30°，长度等于定子磁极极靴1的长度，极距为360°÷4=90°。定子磁极对组数与转子极块数的关系为6∶4,12∶8,18∶12,24∶16…；或者8∶6,16∶12…。
如附图4所示，用螺钉通过垫片12固定在一联接板4上的整流盘7，是采用中间为圆孔15、厚约6mm的绝缘板，并在上面装有两个集流环20、21和由青铜制成的整流片16，对应六对定子磁极对组和四块转子极块，顺序排列一周的整流片16共12片，分成A、B、C四组与六对定子磁极对组的绕组首端相接。这里，各整流片之间间隔22相等，间隔宽度约为2～3mm，并用绝缘填料填得与整流片同平面。每片整流片的长度加上间隔宽度等于1/2τ1=30°所以整流片16的个数等于360°÷30°=12片。转轴6穿过整流盘7的中心孔15，刷由套23固定在转轴6上，在刷轴套23上固定着四个通过刷柄11连接的刷架，在各刷架内分别放置电刷8、17、18、19，并将与集流环21接触的电刷17和正向电刷19连接在一起，与集流环20接触的电刷18和反向电刷8连接在一起，电刷8与19按一定间隔排列分别与整流片16接触，电刷的宽度小于1/2的整流片宽度。
双功能特种电动机的位置力矩及合成力矩参见附图3所示在位置1(图中点1)，转子极块①、③前进边与相应的定子磁极N1、N4后边相距5～8mm时，定子磁极N1、N4产生的磁场与转子极块①、③感应的磁场两者磁拉伸力产生的力矩为最大力矩的60％左右。在位置2(图中点2)，转子极块①、③前进边与定子磁极N1、N4后边相重合时，两者磁拉伸力产生的力矩最大。在位置3(图中点3)，转子极块①、③前进边与定子磁极N1、N4中心线一致时，产生的力矩为最大力矩1/2左右。位置4，当转子极块①、③前进边到达定子磁极N1、N4“点4”附近时，定子磁极N1、N4绕组停电。此时定子磁极N1、N4绕组通过续流二极管开始放电，到达“点5”时，续流二极管放电完停止，转子极块①、③与定子磁极N1、N4两者磁拉伸力力矩为零。但在点4附近时，定子磁极N1、N4绕组尚未停电，定子磁极N3绕组已开始通电，转子极块②与定子磁组N3开始产生磁拉伸力矩，依此轮流不断，转子连续转动不停。在附图3中下图为合成力矩图。在此图中，力矩曲线F1(点线)为定子磁极N1绕组通电与转子极块①两者间产生的磁拉伸力力矩曲线，图中力矩曲线F2(长、点虚线)为定子磁极N3绕组通电与转子极块②两者产生的磁拉伸力力矩曲线。力矩曲线F1、F2中后段包含绕组断电后通过续流二极管放电电流产生的力矩，F3为合成力矩曲线(实线)，通过电容器滤波，合成力矩曲线波动不是太大。
双功能特种电动机机械控制线路如附图5所示，定子磁极对组为六对N1S1、N2S2、N3S3、N4S4、N5S5、N6S6，各缠有绕组a、b、c、a＇、b＇c＇，绕组a1a2与a3a4串联，a1＇a2＇与a3＇a4＇串联，然后两者并联；绕组b1b2与b3b4串联，b1＇b2＇与b3＇b4＇串联，然后两者并联；绕组c1c2与c3c4串联，c1＇c2＇与c3＇c4＇串联，然后两者并联，最后将a4、b4、c4、a4＇、b4＇、c4＇联在一起为公共端O＇，将a1与a1＇、b1与b1＇、c1与c1＇联在一起分别出三个端头接至整流盘7上的整流片A、B、C。电源变压器Z1的两个抽头分别经接触器K1、K2的常开结点后并接至整流桥Z2的输入端，Z2的输出端一端接公共端O＇，另一端经接触器K3的常开、常闭结点后分别接至电刷19和电刷8上。外加电压经接触器K1、K2、K3的结点选择后加至电刷19，使定子磁极c绕组通电，此时定子磁极b绕组将要断电，断电后b绕组通过续流二极管放电，依此，定子磁极a、b、c绕组顺序通电，转子顺时针连续转动。各外加电压经接触器K1、K2、K3的结点选择后加至电刷8，则使定子磁极a绕组通电，b绕组将要断电，断电后b绕组通过续流二极管放电，依此，定子磁极c、b、a绕组顺序通电，转子逆时针连续转动不停。
参见附图6，双功能特种电动机可控硅控制线路与机械控制线路(附图5)的主要区别在于整流桥Z2直流端电压一端接公共端O＇，另一端接Z3的输出端和通过可控硅3CT1、3CT2、3CT3直接接到定子磁极绕组a、b、c上，整流桥Z3的另一输出端经接触器K3的常开、常闭结点后分别接到集流环20、21上，再通过电刷19或8轮流接通整流片A、B、C或C、B、A，而整流片A、B、C分别经电阻R1、 R2、R3后接至可控硅3CT1、3CT2、3CT3的触发极。电阻R1、R2、R3用来调节三只可控硅的触发电流，保证可控硅正常触发。外加电压经接触器K1、K2、K3的结点选择后加至电刷8，整流片A加上触发电压，并经电阻R1加至可控硅3CT1触发极，使定子磁极a绕组有电，在磁拉伸力作用下，转子向逆时针方向转动。同理，外加电压经接触器K1、K2、K3的结点选择后加至电刷19，使转子向顺时针方向转动。
如附图7所示，双功能特种电动机用在无级调速及低转速大扭矩两种不同功能下，定子绕组及接法的特点。当双功能特种电动机用在无级调速时，如果定子绕组线径细，绕组需要串联，但在串联绕组中，适当抽出几个头，抽头间并接串有电阻的续流二极管(见附图7中a图)；如果外加电压低，定子绕组可采用并联，接法如附图7中c图。当双功能特种电动机当作低转速大扭矩电动机使用时，定子绕组串联(见附图7中b图)。
在附图8中解释双功能特种电动机作用于不同功能时，电刷位置以及说明附图7中定子绕组不同接法的理由。在附图8中a图，转子极块9前进边到达图中P1点位置时，对应的定子磁极绕组开始通电，转子极块9在磁拉伸力作用下向右转动，当转子极块9移动到P3点位置时(见附图8中b图)，定子磁极绕组断电，在点P3及P4间位置，定子磁极绕组通过续流二极管将储存的电能放完，否则转子极块前进受到阻力。在附图8中c图和d图，点P3和P4距离短，放电时间短，故这种位置电刷(见附图8中下图)，电动机只能用在低转速。用在高转速电动机，不但电刷放在如附图8中E图的位置，点P3、P4放电距离长，而且定子磁极绕组接法如附图7中a图及c图，加快定子磁极绕组储存电能放电结束。
参见附图2，在一端盖13上再装一个转轴14，转轴14与转轴6通过齿轮变更传动比，可以扩大双功能特种电动机功能使用范围。
权利要求1．一种新型的双功能特种电动机，它包括定子磁极对组、联接板、转子、整流盘和控制线路，其特征在于a．由前后两块联接板(4)将六对定子磁极对组N1S1、N2S2、N3S3、N4S4、N5S5、N6S6固定联接在一起，每对定子磁极对组是由极靴(1)、极身(2)、(3)构成，相互之间间隔即定子磁极极距τ1=360°÷6=60°；在极身(2)、(3)上都缠有定子磁极绕组(10)，极身(2)、(3)的长度决定于定子绕组匝数及铜线截面，极身(2)、(3)的截面积大约为极靴(1)面积的2/3，极身(2)、(3)的宽度为1/2τ1=30°，极靴(1)的宽度为1/2τ1+(5°～10°)；联接板(4)中间装有轴承(5)，轴承(6)装配在轴承(5)内孔中，并穿过前后联接板(4)；四块转子极块(9)即①、②、③、④通过支架固定在转轴(6)上，每块转子板块的宽度约等于1/2τ1=30°，长度等于定子磁极极靴(1)的长度，极距为τ2=360°÷4=90°；b．用螺钉通过垫片(12)固定在一联接板(4)上的整流盘(7)，是采用中间为圆孔(15)、厚约6mm的绝缘板，并在上面装有两个集流环(20)、(21)和由青铜制成的整流片(16)，顺序排列一周的整流片(16)共12片，分成A、B、C四组与六对定子磁极绕组的绕组首端相接，各整流片之间间隙(22)相等，间隔宽度约为2～3mm，并用绝缘填料填得与整流片同平面，每片整流片的长度加上间隔宽度等于1/2τ1=30°；转轴(6)穿过整流盘(7)的中心孔(15)，刷轴套(23)固宣战在转轴(6)上，在刷轴套(23)上固定着四个通过刷柄(11)连接的刷架，在各刷架内分别放置电刷(8)、(17)、(18)、(19)，并将与集流环(21)接触的电刷(17)和正向电刷(19)连接在一起，与集流环(20)接触的电刷(18)和反向电刷(8)连接在一起，电刷(8)与(19)按一定间隔排列分别与整流片(16)接触，电刷的宽度小于1/2的整流片宽度；c．机械控制线路的连接是将外加电压经电源变压器Z1、接触器K1、K2的常开结点和整流桥Z2后，由整流桥Z2的输出端一端接公共端O＇，另一端经接触器K3的常开、常闭结点后分别送至电刷(19)和电刷(8)上；定子磁极对组N1S1、N4S4的绕组为a绕组和a＇绕组，两者相互并联；N2S2、N5S5、的绕组为b绕组和b＇绕组，两者相互并联；N3S3、N6S6的绕组为c绕组和c＇绕组，两者相互并联，并将三对并联绕组的首端分别接整流片A、B、C，尾端接公共端O＇。
2．根据权利要求1所述的双功能特种电动机，其特征在于可控硅控制线路是将整流桥Z2的直流电压一端接公共端O＇，另一端接Z3的输出端和通过可控硅3CT1、3CT2、3CT3直接接到定子磁极绕组a、b、c上，整流桥Z3的另一输出端经接触器K3的常开、常闭结点后分别接到集流环(20)、(21)上，再通过电刷(19)或(8)轮流接通整流片A、B、C或C、B、A，而整流片A、B、C分别经电阻R1、R2、R3后接至可控硅3CT1、3CT2、3CT3的触发极。
3．根据权利要求1或2所述的双功能特种电动机，其特征在于定子磁极对组数与转子极块数的关系为6∶4,12∶8,18∶12,24∶16；或者8∶6,16∶12。
4．根据权利要求1或2所述的双功能特种电动机，其特征在于在本电动机的一端盖(13)上再装一个转轴(14)，该转轴(14)与转轴(6)通过一定比数的齿轮联接，可以扩大使用范围。
专利摘要双功能特种电动机，由前后两块联接板将缠有绕组的多对定子磁极对组固定联接在一起，每对磁极对组磁路独立，互不干扰。在前后联接板中间轴承内装配转轴，并将转子极块通过支架固定在转轴上。整流盘装在一联接板上，整流盘上引线、绕组引线和控制线路连接一起。外加电压通过电刷、整流片与激磁绕组接通，激磁绕组产生的磁场与相应转子极块感应的磁场产生的磁拉伸力，使转轴转动。本实用新型可当作无级调速电动机及低转速大扭矩电动机使用。
文档编号H02K1/12GK2336511SQ9822635
公开日1999年9月1日 申请日期1998年3月31日 优先权日1998年3月31日
发明者魏子良 申请人:魏子良