專利名稱：一種全數(shù)控電力拖動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種全數(shù)控電力拖動(dòng)裝置，它屬于原動(dòng)力機(jī)械，用于做各種機(jī)械的動(dòng)力源，特別適用于需要對(duì)輸出轉(zhuǎn)速、運(yùn)動(dòng)方向、扭矩和行程進(jìn)行控制的系統(tǒng)。如起重機(jī)械、運(yùn)輸、無(wú)軌電車及各種風(fēng)機(jī)和液泵的動(dòng)力源。它屬于電動(dòng)機(jī)類。
現(xiàn)在已有的電動(dòng)機(jī)，主要有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)兩大類。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的建立是通過(guò)定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)感應(yīng)的電流產(chǎn)生，而勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)是通過(guò)外電流產(chǎn)生或使用永磁材料產(chǎn)生。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作原理簡(jiǎn)單，制造方便，被廣泛采用。但是，現(xiàn)在已有的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)都是不可變工況的，而且它的設(shè)計(jì)工作點(diǎn)范圍很窄，偏離這個(gè)范圍時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作效率大大降低，所以在工況變動(dòng)較大的場(chǎng)合使用時(shí)，能量浪費(fèi)較大。對(duì)主動(dòng)工況調(diào)節(jié)也很困難。特別是要求控制電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩是很困難的。使用外電流勵(lì)磁的電動(dòng)機(jī)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)外電流大小，主動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的工況，因此適應(yīng)于變工況工作(很多直流電機(jī)就是這樣工作的)?，F(xiàn)在對(duì)外電流大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法是使用外電阻箱變阻(如無(wú)軌電車等)。由于電阻箱要消耗一定的能量，產(chǎn)生效率下降，而且還要解決外電阻箱的散熱問題，外電阻箱的體積也很龐大。更重要的是，使用改變勵(lì)磁電流的方法，雖然可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的功況，但是它的輸出轉(zhuǎn)速與負(fù)載有關(guān)，隨負(fù)載的改變而改變，因而對(duì)轉(zhuǎn)速的控制精度很低。由于用外電流給轉(zhuǎn)子供電時(shí)必須使用電刷(不管是環(huán)形電刷還是換向電刷)，這樣，一方面的問題是電刷的磨損需要經(jīng)常維護(hù)和更換；另一方面，電刷接觸并不可靠，容易產(chǎn)生電火花等，這對(duì)在特殊條件下使用電機(jī)時(shí)的防爆是十分不利的。此外，電刷也是這類電機(jī)運(yùn)行中容易出故障的地方?，F(xiàn)在的機(jī)械設(shè)備都向機(jī)電一體化發(fā)展，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)量和控制。而上述所說(shuō)的電動(dòng)機(jī)都是不可直接數(shù)控的。
本實(shí)用新型目的提供一種全數(shù)控電力拖動(dòng)裝置，它包括電力執(zhí)行部分和數(shù)字控制部分。結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，有較高的效率，而且可以直接使用數(shù)字控制，適合于各種變工況場(chǎng)合使用。用于做各種機(jī)械的動(dòng)力源，特別適用于需要對(duì)輸出轉(zhuǎn)速、運(yùn)動(dòng)方向、扭矩和行程進(jìn)行控制的系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如附

圖1所示，它包括定子1，定子線圈2，轉(zhuǎn)子3，轉(zhuǎn)子支承4，其特征在于在轉(zhuǎn)子3外緣有稀土材料永磁體5，在稀土材料永磁體5外包有護(hù)環(huán)6，在定子線圈2外接有可變頻逆變電源7，有對(duì)可變頻逆變電源7進(jìn)行控制的、并可以和其它設(shè)備共有的可編程控制器8。
由定子1，定子線圈2，轉(zhuǎn)子3和轉(zhuǎn)子支承4組成了本實(shí)用新型的電力與機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)換部分。由于轉(zhuǎn)子3外緣固定有稀土材料永磁體5，使轉(zhuǎn)子3成為了永磁轉(zhuǎn)子。當(dāng)在定子線圈2之中通入交變電流時(shí)，交變電流產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的永磁場(chǎng)相互作用，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生輸出扭矩。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與交變電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度相同，因而電力與機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)換部分的作用與同步電動(dòng)機(jī)相同。本實(shí)用新型使用可變頻逆變電源7給定子線圈2供電，可變頻逆變電源7把普通定頻交流電或直流電變成頻率和相位都可變的交流電輸出，它不僅可以被控改變輸出電流的頻率和相位關(guān)系，還可以被控改變輸出電流的大小。通過(guò)控制改變可變頻逆變電源7的輸出電流頻率和相位關(guān)系就可控制轉(zhuǎn)子3的輸出轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，通過(guò)控制改變可變頻逆變電源7的輸出電流大小還可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子3的輸出扭矩，從而控制它的工況。本發(fā)明的可變頻逆變電源7由可編程控制器8控制，通過(guò)數(shù)字控制的方法控制了本實(shí)用新型的輸出轉(zhuǎn)速、運(yùn)動(dòng)方向和扭矩。由于使用了可編程控制器8進(jìn)行控制，通過(guò)可編程控制器8對(duì)被控的可變頻逆變電源7輸出電流頻率進(jìn)行積分，從而得到對(duì)行程的控制。
在本實(shí)用新型中的轉(zhuǎn)子3外緣有稀土材料永磁體5，在稀土材料永磁體5外包有護(hù)環(huán)6，稀土材料永磁體5可以是分成數(shù)塊，分別固定。也可以是環(huán)形的，套在轉(zhuǎn)子3外。在稀土材料永磁體5外包有護(hù)環(huán)6，護(hù)環(huán)6應(yīng)使用高強(qiáng)度順磁性材料制造，如碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)塑料、不銹鋼等?？梢圆捎美p繞方法，在稀土材料永磁體5固定后，再把護(hù)環(huán)6纏繞固定在稀土材料永磁體5外。也可以把護(hù)環(huán)6先加工成筒形，套在稀土材料永磁體5外。護(hù)環(huán)6的作用是加強(qiáng)轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度，使之能承受轉(zhuǎn)子3高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的作用力。轉(zhuǎn)子3使用鐵磁性材料(如矽鋼片、玻莫合金或純鐵)制造，以利于導(dǎo)磁，使稀土材料永磁體5形成的磁場(chǎng)強(qiáng)度較高。由于稀土材料永磁體5有較高的磁能積，因而可以使得轉(zhuǎn)子3的體積較小，起動(dòng)力矩較大。
本實(shí)用新型使用可編程控制器8對(duì)其輸出轉(zhuǎn)速、運(yùn)動(dòng)方向、扭矩和運(yùn)動(dòng)行程進(jìn)行控制，可編程控制器8根據(jù)本實(shí)用新型當(dāng)時(shí)工作的狀況和輸出要求給出控制可變頻逆變電源7控制信號(hào)?？删幊炭刂破?的控制策略和要求可以存在它的存儲(chǔ)器中，也可以使用其它上層控制計(jì)算機(jī)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口給可編程控制器8輸入要求設(shè)定的數(shù)字量，由可編程控制器8根據(jù)工作狀況給出相應(yīng)的可變頻逆變電源7控制信號(hào)。
本實(shí)用新型使用由定子，定子線圈，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子支承組成的本實(shí)用新型的電力與機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)換部分只完成電力與機(jī)械力的轉(zhuǎn)換，由可變頻逆變電源與可編程控制器組成的控制部分完成對(duì)本實(shí)用新型的輸出轉(zhuǎn)速、運(yùn)動(dòng)方向、扭矩和運(yùn)動(dòng)行程的控制。由于可編程控制器使用數(shù)字量進(jìn)行控制，因而本實(shí)用新型是全數(shù)控的。轉(zhuǎn)子使用永磁結(jié)構(gòu)，可以不用使用任何電刷，沒有磨損，也不產(chǎn)生任何粉塵，特別是不會(huì)產(chǎn)生電火花，因此可以用在有防爆要求的場(chǎng)合。
本實(shí)用新型所用的可調(diào)逆變電源7可以使用如專利號(hào)為CN90202757和專利號(hào)為CN90203323的專利，也可以使用日本富士公司的G7系列逆變器，本實(shí)用新型無(wú)特殊要求。本實(shí)用新型中的可編程控制器8可以是普通工業(yè)過(guò)程控制器，也可以是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，甚至可以是與其它控制部分或其它油井共有的中央控制計(jì)算機(jī)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面，使用分時(shí)分址的方法對(duì)各傳感器和控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量和控制。
權(quán)利要求1.一種全數(shù)控電力拖動(dòng)裝置，它包括定子1，定子線圈2，轉(zhuǎn)子3，轉(zhuǎn)子支承4，其特征在于在轉(zhuǎn)子3外緣有稀土材料永磁體5，在稀土材料永磁體5外包有護(hù)環(huán)6，在定子線圈2外接有可變頻逆變電源7，有對(duì)可變頻逆變電源7進(jìn)行控制的、并可以和其它設(shè)備共有的可編程控制器8。
專利摘要一種全數(shù)控電力拖動(dòng)裝置，它屬于原動(dòng)力機(jī)械，用于做各種機(jī)械的動(dòng)力源，特別適用于需要對(duì)輸出轉(zhuǎn)速、運(yùn)動(dòng)方向、扭矩和行程進(jìn)行控制的系統(tǒng)。它包括定子，定子線圈，轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子支承，其特征在于在轉(zhuǎn)子外緣有稀土材料永磁體，在稀土材料永磁體外包有護(hù)環(huán)，在定子線圈外接有可變頻逆變電源，有對(duì)可變頻逆變電源進(jìn)行控制的、并可以和其它設(shè)備共有的可編程控制器?？墒褂脭?shù)字對(duì)本實(shí)用新型的輸出轉(zhuǎn)速、運(yùn)動(dòng)方向、扭矩和運(yùn)動(dòng)行程的控制。
文檔編號(hào)H02K21/14GK2113566SQ9220000
公開日1992年8月19日 申請(qǐng)日期1992年1月3日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月3日
發(fā)明者石行 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開通用試驗(yàn)廠