專利名稱：用于旋轉(zhuǎn)裝置的非接觸式電能供應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種的非接觸式電能供應(yīng)系統(tǒng)，尤其是一種用于機(jī)械手臂上 旋轉(zhuǎn)裝置的供電非接觸裝置。
背景技術(shù)：
目前，機(jī)械手臂以及類似裝置主要采用的供電方式是通過柔性電線供電和滑 環(huán)供電。前者的缺點(diǎn)在于旋轉(zhuǎn)角度受到了電線纏繞的制約，而且使用壽命也受到 電線機(jī)械疲勞壽命的制約。而后者，盡管旋轉(zhuǎn)角度不受限制，但由于屬于有觸點(diǎn) 范圍，其應(yīng)用范圍和使用壽命也受到較大的限制。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用范圍廣，使用壽命長的用于旋 轉(zhuǎn)裝置的非接觸式電能供應(yīng)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種用于旋轉(zhuǎn)裝置的非接觸式電能供應(yīng)系統(tǒng)，采 用繞線式異歩電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式，定子側(cè)為電能輸入側(cè)，轉(zhuǎn)子側(cè)為電能輸出 側(cè)；轉(zhuǎn)子與負(fù)載同軸，轉(zhuǎn)子軸上的導(dǎo)線直接連接至負(fù)載，在定子側(cè)上與轉(zhuǎn)子同軸 安裝有檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的光電旋轉(zhuǎn)碼盤和能夠根據(jù)轉(zhuǎn)子位置自動(dòng)改變定子 磁場(chǎng)的可控電源裝置。轉(zhuǎn)子軸上安裝有三組上述供電系統(tǒng)，并予以同步控制，實(shí)現(xiàn)PWM形式的三相 對(duì)稱正弦交流電壓輸出，且基波頻率和幅值可控。本實(shí)用新型的有益效果是，由于非接觸、旋轉(zhuǎn)角度不受限、傳輸功率的過程 不產(chǎn)生額外的電磁轉(zhuǎn)矩、效率高、功率范圍大且機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固，可以在機(jī)械 手臂的供電系統(tǒng)、以及有類似功能的裝置的供電系統(tǒng)中，取代現(xiàn)有的技術(shù)。


圖l是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是分析定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)所用的矢量轉(zhuǎn)換圖，其圖2-a為三相靜止坐標(biāo)系A(chǔ)、 B、 C轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系a 、 e的示意圖，圖2-b為兩相靜止坐標(biāo)a 、 轉(zhuǎn)換 到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系M、 T的示意圖；圖3是運(yùn)行結(jié)果示意圖，其中圖3-a為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速波形(200rptn/div),圖3-b為 轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩波形(10"Nm/div)，圖3-c為轉(zhuǎn)子繞組輸出電流波形(A/div)，時(shí)間軸單位是ms/div。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施方式
眾所周知，感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間的能量傳輸就是非接觸式的，其 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度又是任意的，而且在一定的負(fù)載范圍內(nèi)具有較高的傳輸效率。但 是必須解決的問題是，定子電源將電能通過空氣隙非接觸地傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子，向與轉(zhuǎn) 子同軸的用電設(shè)備供電，但是這個(gè)過程不能對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子的的旋轉(zhuǎn) 只能由其軸上的驅(qū)動(dòng)裝置來控制。如圖1所示，本實(shí)用新型利用繞線式異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式，三相進(jìn)線 電源1連接可控電源2，定子6側(cè)為電能輸入側(cè)，轉(zhuǎn)子7側(cè)為電能輸出側(cè)；由于 負(fù)載8與轉(zhuǎn)子7同軸，所以不需要滑環(huán)，可直接將轉(zhuǎn)子軸上的導(dǎo)線連接到負(fù)載8; 安裝在定子側(cè)的光電旋轉(zhuǎn)碼盤3與光電旋轉(zhuǎn)碼盤與轉(zhuǎn)子的連接軸5同軸，能夠檢 測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，并通過光電旋轉(zhuǎn)碼盤信號(hào)線4將旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)傳送至可控電 源2;在定子6側(cè)有一個(gè)能夠根據(jù)轉(zhuǎn)子7位置自動(dòng)改變定子6磁場(chǎng)的可控電源裝 置2，該電源裝置2—方面能夠使定子磁場(chǎng)軸線與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，另一方面能夠 使定子磁場(chǎng)在該軸線上以要求的頻率作正弦規(guī)律變化；在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出幅值 和頻率都與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)無關(guān)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而向負(fù)載提供單相PWM形式的正弦交 流電壓，該電壓的基波幅值和頻率都可以在可控電源裝置中設(shè)定。在同一個(gè)旋轉(zhuǎn) 軸上安裝三組這樣的供電系統(tǒng)，并予以同步控制，就能實(shí)現(xiàn)P^1形式的三相對(duì)稱 正弦交流電壓輸出，且基波頻率和幅值可控。圖2中的可控電源2，將三相交流電源1在A、 B、 C三相繞組中產(chǎn)生的磁場(chǎng)分解為兩相靜止繞組a、 e中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，再將兩相靜止繞組a、 e產(chǎn)生的磁場(chǎng)分解為兩相旋轉(zhuǎn)繞組M、 T產(chǎn)生的磁場(chǎng)，并令其中T軸分量為零，而M軸分量以正弦規(guī)律 變化，且M軸旋轉(zhuǎn)速度和方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與方向完全一致，這樣便可實(shí)現(xiàn) 預(yù)期目的。其中的變換式如下式所示，L和f為預(yù)期的定子繞組M軸電流分量的幅 值和頻率。丌<formula>formula see original document page 4</formula>
可控電源2通過光電旋轉(zhuǎn)碼盤3檢測(cè)轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)角度e ，經(jīng)過矩陣運(yùn)算得到 當(dāng)前時(shí)刻滿足公式(l)的各相電流給定值，由此便可通過SVP観方式驅(qū)動(dòng)逆變器，以實(shí)現(xiàn)各相電流的期望值(圖3所示)。由于定子繞組側(cè)的三相對(duì)稱性，在負(fù)載阻抗角固定的情況下，可采月電壓控 制的方法使控制手段更加簡便。即將公式(1)中的i" iB、 ic換成UA、 Ub、 lu，即 可得到三相定子電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式，只需SVPWM電壓開環(huán)控制即可得到所期望的各相電壓。通過對(duì)檢測(cè)到的旋轉(zhuǎn)角度e疊加一個(gè)初值，就可調(diào)節(jié)定子M軸的初相位，若M軸與輸出相繞組重合時(shí)，便可得到最大的輸出電壓。采用電壓開環(huán)控制方案時(shí)，輸出電壓的幅值會(huì)因?yàn)樨?fù)載的變化而略有變化，可根據(jù)可控直流電源直流側(cè)電流的變化情況，采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償方案予以解決。 實(shí)施例示意圖與圖l相似，定子與轉(zhuǎn)子組成了機(jī)械手臂的一個(gè)關(guān)節(jié)，該關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度不受限制，電能從固定臂以非接觸方式和單相正弦形式傳輸給旋轉(zhuǎn)臂上的用電設(shè)備。
權(quán)利要求1. 一種用于旋轉(zhuǎn)裝置的非接觸式電能供應(yīng)系統(tǒng)，釆用繞線式異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié) 構(gòu)形式，其特征在于，定子(6)側(cè)為電能輸入側(cè)，轉(zhuǎn)子(7)側(cè)為電能輸出側(cè)； 轉(zhuǎn)子(7)與負(fù)載(8)同軸，轉(zhuǎn)子(7)軸上的導(dǎo)線直接連接至負(fù)載(8)，在定 子(6)側(cè)上與轉(zhuǎn)子(7)同軸安裝有檢測(cè)轉(zhuǎn)子(7)旋轉(zhuǎn)角度的光電旋轉(zhuǎn)碼盤(3) 和能夠根據(jù)轉(zhuǎn)子(7)位置自動(dòng)改變定子磁場(chǎng)的可控電源裝置(2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于旋轉(zhuǎn)裝置的非接觸式電能供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子(7)的連接軸(5)上安裝有三組所述供電系統(tǒng)，并予以同步控制，實(shí) 現(xiàn)PWM形式的三相對(duì)稱正弦交流電壓輸出，且基波頻率和幅值可控。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于旋轉(zhuǎn)裝置的非接觸式電能供應(yīng)系統(tǒng)，采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式，定子側(cè)為電能輸入側(cè)，轉(zhuǎn)子側(cè)為電能輸出側(cè)；轉(zhuǎn)子與負(fù)載同軸，轉(zhuǎn)子軸上的導(dǎo)線直接連接至負(fù)載，在定子側(cè)上與轉(zhuǎn)子同軸安裝有檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的光電旋轉(zhuǎn)碼盤和能夠根據(jù)轉(zhuǎn)子位置自動(dòng)改變定子磁場(chǎng)的可控電源裝置。本實(shí)用新型由于非接觸、旋轉(zhuǎn)角度不受限、傳輸功率的過程不產(chǎn)生額外的電磁轉(zhuǎn)矩、效率高、功率范圍大且機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固，可以在機(jī)械手臂的供電系統(tǒng)、以及有類似功能的裝置的供電系統(tǒng)中，取代現(xiàn)有的技術(shù)。
文檔編號(hào)H02K17/00GK201038953SQ200620047218
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月27日
發(fā)明者吳慶彪, 孫培德, 陳國平 申請(qǐng)人:東華大學(xué)