專利名稱:交流電度表的制作方法
本發(fā)明涉及電度表，特別涉及交流電度表。
現(xiàn)有的電度表，各主要元件的結(jié)構(gòu)未臻完善。例如永久磁鐵的結(jié)構(gòu)，使其“阻力矩系數(shù)”K(K為阻力矩與轉(zhuǎn)速的比值)與轉(zhuǎn)速有關(guān)，K既非常數(shù)，便引起誤差、降低準(zhǔn)確度;感應(yīng)系的結(jié)構(gòu)，未使其轉(zhuǎn)矩更大，則為獲得所需轉(zhuǎn)矩，所需活性材料更多;嚙合處有摩擦力，感應(yīng)系所產(chǎn)生的力矩，須大于摩擦力矩，則感應(yīng)系元件不能縮小，電度表外形尺寸較大;該摩擦力還導(dǎo)致附加誤差(降低準(zhǔn)確度)、感應(yīng)元件拒動(dòng)(于電功率較低時(shí))。
本發(fā)明的目的在于一.提供永久磁鐵，其阻力矩系數(shù)K更接近于常數(shù);二.提供感應(yīng)系較佳結(jié)構(gòu)，提高“比轉(zhuǎn)矩”(即轉(zhuǎn)矩與所耗材料的比值);三.提供磁性元件，使轉(zhuǎn)動(dòng)部件沒有機(jī)械摩擦。
為敘述簡便，把電度表中標(biāo)有數(shù)字(數(shù)字代表電度值)的圓柱輪稱為“字輪”、(感應(yīng)元件)軸上附加的螺紋或齒輪，統(tǒng)稱嚙合件、帶有電壓線圈的鐵心稱為“電壓圈鐵心”、帶有電流線圈的鐵心稱為“電流圈鐵心”、所生轉(zhuǎn)矩正比于電功率的部件(交流電度表中為感應(yīng)系部件)稱為“積算部件”。交直流電度表的區(qū)別，僅僅在于積算部件不同。各種交流電度表所需積算部件的數(shù)量，依其功能而異單相交流電度表-組積算部件;三相三線有功(或無功)電度表二組;三相四線有功電度表-三組?？梢姼鞣N交流電度表的主要部件，除底座與外殼外，還有甲.一至三組積算部件，每組部件皆用一只感應(yīng)元件、一只電壓圈鐵心、二只電流圈鐵心，乙.固定上述各感應(yīng)元件的軸一根、用以產(chǎn)生阻力矩的永久磁鐵一至若干只，丙.軸上有嚙合件，軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由該嚙合件帶動(dòng)齒輪，該齒輪又帶動(dòng)其下級齒輪組，丁.齒輪組中相關(guān)的齒輪(以其旋轉(zhuǎn)的角度，表示電度值)與字輪共軸，戊.各轉(zhuǎn)動(dòng)件的軸承。與本發(fā)明相關(guān)的方案為一、阻力矩只與穿過感應(yīng)元件的磁力線-其方向、位置、密度-有關(guān)，亦即阻力矩只與感應(yīng)元件導(dǎo)體內(nèi)的磁場有關(guān)，阻力矩所需的最佳磁場，并不對應(yīng)著唯一的永久磁鐵結(jié)構(gòu)-不同的結(jié)構(gòu)，可獲局部范圍內(nèi)相同的磁場(詳本段末);所以本發(fā)明所要提供的永久磁鐵，須以感應(yīng)元件導(dǎo)體內(nèi)的磁場描述。在描述前，考察以下情況空心正圓柱形永久磁鐵，其兩端平面為N、S極面，該圓柱體的中心線與感應(yīng)元件的中心線重合(則感應(yīng)元件的導(dǎo)體內(nèi)，為圓環(huán)形單極磁場)。-這樣的磁場，不可能產(chǎn)生阻力矩;因?yàn)樵趯?dǎo)體表面，任意畫出閉合曲線，感應(yīng)元件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該閉合曲線內(nèi)的磁力線的數(shù)目沒有改變。而如果在該磁極上開一個(gè)槽，槽口處的磁密有變化，則可產(chǎn)生阻力矩?？梢?，只須一個(gè)有缺口的磁極，便可產(chǎn)生阻力矩。感應(yīng)元件轉(zhuǎn)動(dòng)而切割磁力線-產(chǎn)生切割電勢-產(chǎn)生切割電流(又名渦流)。感應(yīng)元件的電抗，使其渦流峰(即切割電流密度最大處)偏離上述槽口。而且(切割電勢的頻率正比于轉(zhuǎn)速)，轉(zhuǎn)速越高，渦流峰偏離得越遠(yuǎn)。若欲渦流峰的位置不同、不改變阻力矩系數(shù)，須滿足以下兩條件，在所考慮的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，渦流峰所在之處，處處甲.磁密B相等(則阻力更嚴(yán)格地正比于轉(zhuǎn)速);乙.(渦流峰與磁密B所產(chǎn)生的阻力，其)力臂相等(則阻力矩更嚴(yán)格地正比于轉(zhuǎn)速)。
上述兩條件，以(一個(gè)磁極的)多個(gè)缺口、或多個(gè)磁極(即相鄰磁極的極性相反、可視為多個(gè)永久磁鐵)為前提，可描述于下一只至若干只永久磁鐵，在感應(yīng)元件的導(dǎo)體內(nèi)、所構(gòu)成的磁場甲.形成一個(gè)至若干個(gè)磁極(不計(jì)邊緣磁通，由中部磁通形成磁極，又不必限制相鄰磁極的極性須否相反)，乙.各磁極的邊緣，可延長成為兩條“平行”的閉合曲線(在閉合曲線上以垂直于曲線的兩平面截取它們?yōu)閮尚《?，視為直線段，兩閉合曲線上有無窮長個(gè)這樣的線段，兩兩平行-例如兩個(gè)同心圓、或圓柱面與兩平行平面的兩條相交線，即此種曲線。亦即本發(fā)明所提供的永久磁鐵，有兩類一類是磁極面為圓環(huán)面的一部份、磁力線穿過感應(yīng)元件的平面，另一類是磁極面為正圓柱面的一部份、磁力線穿過感應(yīng)元件的圓柱面。丙.該兩條“平行”的閉合曲線，以感應(yīng)元件上軸的中心線為對稱軸，丁.就每個(gè)磁極而言磁極內(nèi)部，處處磁通密度相等。(不必限制各個(gè)磁極的磁密相等)。
缺口之間的間隙、在感應(yīng)元件上所占的角度，如下確定所考慮的最低轉(zhuǎn)速下，渦流峰偏離缺口最近，此時(shí)渦流峰應(yīng)處于“相等的”(即最大的)磁密之下，(由此可定出缺口-或兩磁極間-間隙的角度);渦流峰在阻力矩中起主要作用，上述方法定出的結(jié)構(gòu)，可有效地減少誤差。若用一個(gè)缺口的單個(gè)磁極，且令其缺口很小，固然可做到誤差很小，或覺察不出誤差，但制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)性，(在本方案的情況下)須作為合理性的尺度，所以宜采取按上述方法確定的、磁極相反的結(jié)構(gòu)。同樣理由，本發(fā)明不以誤差甚小為目的，而以誤差符合要求為目的。永久磁鐵的其他參數(shù)(如磁極極數(shù)、磁極面積等)，由所需阻力矩確定。
二.對感應(yīng)系元件的改進(jìn)甲.感應(yīng)元件由紫銅制成，則同等結(jié)構(gòu)尺寸下，轉(zhuǎn)矩為鋁制的1.57倍。乙.感應(yīng)元件具有裙邊-其整體形狀是圓柱形容器，沒有蓋子(又名杯式結(jié)構(gòu))。此方案可縮小其外形，繼之縮小電度表的外形尺寸。丙.電壓圈鐵心與電流圈鐵心，均有兩個(gè)工作氣隙，-以各鐵心所在的位置為準(zhǔn)，均在感應(yīng)元件的異側(cè)，置導(dǎo)磁件。亦即不要求各導(dǎo)磁件在同側(cè)。其他因素相同，僅僅氣隙數(shù)量不同的兩種電度表，兩者氣隙總數(shù)量之比值，約等于轉(zhuǎn)矩的倍數(shù)。丁.提供選用的參數(shù)感應(yīng)元件直徑40～60毫米、厚度0.5～2毫米;電壓圈鐵心與電流圈鐵心的氣隙與極面分別相等，它們的數(shù)值取氣隙1～2.5毫米、極面寬(即疊片厚度)6～9毫米、深12～16毫米。戊.與感應(yīng)元件的軸上嚙合件相嚙合的齒輪嚙合時(shí)，嚙合面與齒輪的軸線處于相同的平面。-則該嚙合件向該齒輪傳遞的力，垂直于嚙合面、即所獲的力臂最大，因之力矩最大。已.齒輪組中各對齒輪的嚙合面，與該齒輪的軸線處于相同的平面。-同理所獲力矩最大。
三.轉(zhuǎn)動(dòng)件沒有機(jī)械摩擦的方案甲.與感應(yīng)元件的軸上嚙合件嚙合的齒輪，其嚙合表面，為同性的磁極面。乙.齒輪組中各對齒輪的嚙合面，為同性的磁極面。(亦即上列兩條中兩另件嚙合間隙，有同性磁力線。)丙.轉(zhuǎn)動(dòng)件配備磁性軸承-該軸承由易于分離的兩另件組成，兩另件合在一起A.有轉(zhuǎn)動(dòng)所須的間隙，B.間隙處兩另件的表面(靜止件為內(nèi)表面，轉(zhuǎn)動(dòng)件為外表面)。-為相似的旋轉(zhuǎn)面、且磁性相同。為調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)件的軸向位置，靜止件上有螺紋，安裝時(shí)擰入螺孔、調(diào)節(jié)時(shí)擰動(dòng)。丁.磁性軸承的較好結(jié)構(gòu)是磁性軸承間隙處的兩另件表面，為圓柱面接合直徑更大的圓環(huán)平面。此方案可獲較大的軸向斥力，從而降低充磁要求。雖然上述各項(xiàng)無摩擦的措施，相互獨(dú)立(即某一措施不必連帶另一措施)，但上述措施全部采用后，所有轉(zhuǎn)動(dòng)件因磁性斥力而懸空(傳遞力矩時(shí)嚙合面也不接觸)，完全免除了機(jī)械摩擦;則感應(yīng)系統(tǒng)只須微小的轉(zhuǎn)矩M，就足以帶動(dòng)字輪，-既大幅度降低所需的M值，又提高靈敏度(設(shè)有摩擦力矩m，則與M成正比的電功率，若低到M＜m，感應(yīng)元件就不能轉(zhuǎn)動(dòng)，從而不能積算低數(shù)值的電功率;而本發(fā)明提供的電度表，其轉(zhuǎn)動(dòng)條件僅為克服空氣阻力，因之可積算出更低的電功率)。本發(fā)明的嚙合處有間隙，降低準(zhǔn)確度否？-關(guān)鍵在于該間隙屬自由間隙或約束間隙。如果屬自由間隙(齒無磁性、上級齒輪觸及下級齒輪時(shí)才帶動(dòng)后者)，則間隙所對應(yīng)的電度值，為誤差數(shù)值。本發(fā)明屬約束間隙(轉(zhuǎn)動(dòng)部份，不加外力時(shí)，各另件處于斥力之和為零的唯一位置、即唯一角度)，偏離該“唯一位置”，必受到外力，既無摩擦，外力作用下必定轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢?，本發(fā)明的間隙，只是表面現(xiàn)象，實(shí)際的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，與無間隙相同?！敖Y(jié)構(gòu)不同、局部磁場相同”的例子甲.一只有幾個(gè)缺口的正圓柱形空心永久磁鐵、可用幾只極性相同的永久磁鐵(磁鐵間的間隙，相當(dāng)于缺口)替代。乙.兩個(gè)異性單極磁鐵、置于感應(yīng)元件同側(cè)-兩個(gè)同性的、置異側(cè)-一只永久磁鐵的兩極，這三種結(jié)構(gòu)，可以形成相同的局部磁場。
以功能相同的現(xiàn)有電度表為基準(zhǔn)，上述各方案均予實(shí)施(實(shí)施細(xì)則詳下段)后，可把電度表制成甲.準(zhǔn)確度更高(本發(fā)明達(dá)0.5級，而絕大多數(shù)現(xiàn)有產(chǎn)品為2.0級，因之本發(fā)明提高準(zhǔn)確度二級);乙.靈敏度更高(更低的電功率，仍能積算);丙.用料更省(總重量僅 2/3 );丁.外形尺寸更小(單相的安裝面積僅60厘米2、體積僅630厘米3，兩者均為現(xiàn)有產(chǎn)品的 1/3 ，三相的安裝面積與體積，亦為現(xiàn)有產(chǎn)品的 1/3 );戊.齒輪的工藝要求更低，進(jìn)一步降低成本;已.轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩小，電度表耗能低;庚.轉(zhuǎn)動(dòng)件不發(fā)出聲響;辛.無機(jī)械磨損，產(chǎn)品的壽命長;壬.加工精度及裝配精度較低，生產(chǎn)率高、產(chǎn)品合格率高。
為詳細(xì)表達(dá)，繪圖表示實(shí)施例。圖1至圖3，均為磁性軸承結(jié)構(gòu)圖。表示不同的結(jié)構(gòu)(圖6左右兩端，還表示出兩種，圖6右側(cè)三另件共軸的短軸，與安裝長軸間有磁性斥力，也是一種磁性軸承的結(jié)構(gòu);圖11標(biāo)號(3)表示另一種)。圖4圓柱齒輪的齒形圖。圖中每個(gè)齒由折線與根部的圓弧組成。注意其嚙合面軸線處于相同的平面(圖中嚙合面為通過圓心的線段)。同理，圓錐齒輪的齒形可選為通過軸線的平面(它是嚙合面)、與軸線平行而與嚙合面接合的斜面、垂直于嚙合面的平面(或圓柱面)，由這三個(gè)面接合而成。絕大多數(shù)電度表，均單方向轉(zhuǎn)動(dòng)(只有聯(lián)絡(luò)兩個(gè)電源的變電站中，其電度表才雙向轉(zhuǎn)動(dòng))，單向傳動(dòng)時(shí)，采用上述結(jié)構(gòu)，既能最有效地傳遞轉(zhuǎn)矩(其力臂最大)、(該齒輪帶有磁性后，嚙合時(shí)不相接觸)又可降低齒的精度與光潔度、圓柱齒輪可沖壓制成(材料鐵鉻鈷變形永磁合金)、圓錐齒輪可鑄造而成。(附帶說明以上多處述及的“嚙合”、“嚙合面”，本發(fā)明已賦予“沒有接觸”的新概念，為理解容易，引用之)。圖5A向視圖(參見圖13)。圖6齒輪組裝配圖。圖中長軸為安裝軸，插入各短軸。長、短軸的材料鐵鉻鈷變形永磁合金(薄片)，充磁后剪為條狀、捲為圓管，且令插入短軸后有磁斥力;短軸的端部再充磁一次，令相鄰的端部有斥力。擰動(dòng)左端的磁性軸承，可調(diào)節(jié)各短軸之間的間隙。圖7三只感應(yīng)元件(其標(biāo)號為(2A)、(2B)、(2C)共軸的裝配圖。用于需要三組積算部件的場合。圖8磁通方向圖。表示各氣隙所生的轉(zhuǎn)矩，方向取得一致的條件。該圖中間的上下兩極為電壓圈產(chǎn)生的磁通，其兩旁為電流圈產(chǎn)生的磁通。各磁通的正方向須如圖示，則小圓圈所表示的“變壓電流”、與磁通的作用力，才能構(gòu)成方向一致的轉(zhuǎn)矩。圖示磁通方向，可確定兩電流圈的接線。圖9及圖10電流圈鐵心配置圖。它們均可代替圖5的配置。圖11及圖12總裝配圖、圖13及圖14另一裝配圖。為減少線條，圖11至圖14未表示出倒角。為表示感應(yīng)元件，圖11把遮擋感應(yīng)元件的部份剖去。圖11及圖13均為主視圖，圖12是主視圖中剖去右邊四個(gè)接線柱后的俯視圖，圖14A-A剖面。圖5至圖14中，同名另部件的結(jié)構(gòu)不必相同，只要名稱相同，標(biāo)號就一致。命名各圖標(biāo)號、兼述圖11至圖14的裝配順序如下圖11及圖13中，標(biāo)號(13)是支架，它裝入導(dǎo)磁件(14)、擰入永久磁鐵(7、8)后，須先插入感應(yīng)部件(其軸(1)上裝有感應(yīng)元件(2)、磁性軸承(3)的轉(zhuǎn)動(dòng)件-圖13中還有嚙合件(10));待軸(1)上、磁性軸承(3)的轉(zhuǎn)動(dòng)件插入(圖13為對準(zhǔn))底座的兩螺孔后，把支架(13)固定在底座上。擰入磁性軸承(3)的靜止件(上下兩只)。把電流圈鐵心(12、11)先后裝在底座上、把電壓圈鐵心(4)裝在底座上。圖11中裝上嚙合件(10)。齒輪(6)及其所帶動(dòng)的各齒輪，均安裝在齒輪組(5)的外殼。對準(zhǔn)齒輪組(5)與嚙合件(10)的相互位置、把齒輪組(5)固定在底座上。-齒輪組中還有字輪(9)。導(dǎo)磁件(14)的結(jié)構(gòu)圖11中為各圓環(huán)疊成所需厚度、圖13中為環(huán)形鐵心。為留有齒輪組所須空間，圖11中電流線圈宜自后部移至前端。兩種裝配圖中分別表示兩種永久磁鐵(7、8)的結(jié)構(gòu)。圖11至圖14均用兩只，局部磁場與之相同的其他結(jié)構(gòu)，可以是四只(極面在兩端、稱之單極)永久磁鐵、也可以是一只兩極的兩只單極的。各永久磁鐵由非磁性材料結(jié)合成一體，并帶有螺紋。調(diào)節(jié)圖11中擰動(dòng)導(dǎo)磁件(14)、改變永久磁鐵的氣隙，從而調(diào)節(jié)阻力矩;圖13中擰動(dòng)永久磁鐵、改變其磁通，也能調(diào)節(jié)阻力矩。擰動(dòng)磁性軸承，改變感應(yīng)元件的軸向位置，則調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩。
上述兩結(jié)構(gòu)，加上相同的積算部件，就成為三相電度表。圖5及圖9中，電流圈鐵心(11)的制件先由帶狀磁性材料捲成“回”字形，經(jīng)膠合劑(例如環(huán)氧樹脂)膠合后，斜切為兩個(gè)相同的另件。齒輪置陰模中充磁。磁性軸承的充磁與配對機(jī)加工完竣后，轉(zhuǎn)動(dòng)件插入靜止件成套。各套重疊為串聯(lián)磁路、充磁。充磁后，每套均拆為兩件，重新組合為相斥的兩件。本發(fā)明未述部份，參照現(xiàn)有電度表及GG-10系列功率繼電器。
權(quán)利要求
1、電度表，特別是交流電度表，其底座與外殼以外的部件有甲.一至三組積算部件，每組部件皆用一只感應(yīng)元件(2)、一只電壓圈鐵心(4)、二只電流圈鐵心(11、12)，乙.固定上述各感應(yīng)元件(2A、2B、2C)的軸(1)一根、產(chǎn)生阻力矩的永久磁鐵(7、8)一只至若干只，丙.軸(1)上有嚙合件(10)，軸(1)旋轉(zhuǎn)時(shí)，由嚙合件(10)帶動(dòng)齒輪(6)，齒輪(6)又帶動(dòng)其下級齒輪組(5)，丁.齒輪組(5)中相關(guān)的齒輪，與字輪(9)共軸，戊.各轉(zhuǎn)動(dòng)件的軸承，其特征是，該一只至若干只永久磁鐵(7、8)在感應(yīng)元件的導(dǎo)體內(nèi)、所構(gòu)成的磁場甲.形成一個(gè)至若干個(gè)磁極，乙.各磁極的邊緣，可延長成為兩條“平行”的閉合曲線，丙.該兩“平行”的閉合曲線，以軸(1)的中心線為對稱軸，丁.磁極內(nèi)部，處處磁通密度相等。
2、按權(quán)利要求
1所述的電度表，其特征在于感應(yīng)元件(2)由紫銅制成。
3、按權(quán)利要求
1所述的電度表，其特征在于感應(yīng)元件(2)具有裙邊-整體形狀是圓柱形容器。
4、按權(quán)利要求
1所述的電度表，其特征在于電壓圈鐵心(4)及電流圈鐵心(11、12)，均有兩個(gè)工作氣隙，-以各鐵心所在的位置為準(zhǔn)，均在感應(yīng)元件(2)的異側(cè)，置導(dǎo)磁件(14)。
5、按權(quán)利要求
1所述的電度表，其特征在于齒輪(6)與嚙合件(10)嚙合時(shí)，嚙合面與齒輪(6)的軸線處于相同的平面。
6、按權(quán)利要求
1所述的電度表，其特征在于齒輪組(5)中各對齒輪的嚙合面，與該齒輪的軸線處于相同的平面。
7、按權(quán)利要求
5所述的電度表，其特征在于齒輪(6)與嚙合件(10)的嚙合表面，為同性的磁極面。
8、按權(quán)利要求
6所述的電度表，其特征在于齒輪組(5)中各對齒輪的嚙合面，為同性的磁極面。
9、按權(quán)利要求
1至8，其中任一要求所述的電度表，其特征在于轉(zhuǎn)動(dòng)件配備磁性軸承-該軸承由易于分離的兩另件組成，兩另件合在一起甲.有轉(zhuǎn)動(dòng)所須的間隙，乙.間隙處兩另件的表面-為相似的旋轉(zhuǎn)面、且磁性相同。
10、按權(quán)利要求
9所述的電度表，其特征在于磁性軸承(3)間隙處兩另件的表面，為圓柱面接合直徑更大的圓環(huán)平面。
專利摘要
本發(fā)明涉及交流電度表。1.提供磁性軸承與磁性齒輪，使所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件均在磁性斥力作用下而懸空，免除機(jī)械摩擦、降低所需轉(zhuǎn)矩、提高準(zhǔn)確度；2.分析現(xiàn)有產(chǎn)品誤差的另一根源——永久磁鐵的結(jié)構(gòu)欠佳提供低誤差的結(jié)構(gòu)，它結(jié)合無摩擦方案后，產(chǎn)品的準(zhǔn)確度達(dá)0.5級；3.各鐵心均有兩個(gè)工作氣隙、感應(yīng)元件為杯式且用紫銅制成，由此提高“比轉(zhuǎn)矩”。加上無摩擦因素，本發(fā)明提供的單相及三相電度表的安裝面積與體積，均只有現(xiàn)有同類產(chǎn)品的1/3。
文檔編號G01R11/00GK86103887SQ86103887
公開日1986年11月12日 申請日期1986年6月6日
發(fā)明者孔令如 申請人:孔令如導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan