專利名稱：非接觸可旋轉(zhuǎn)電能傳送裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電能傳送技術(shù)，尤其涉及一種向作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部分提供電能的非接觸可旋轉(zhuǎn)電能傳送裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件供電的裝置，一般采用如下幾種設(shè)計(jì)(1)用有觸點(diǎn)的方式通過電刷與轉(zhuǎn)軸上的滑環(huán)接觸以把電能傳送到軸上。該裝置由于有觸點(diǎn)故容易產(chǎn)生火花，不適用于防曝環(huán)境及其他惡劣的環(huán)境，且有磨損。
(2)通過電刷與轉(zhuǎn)盤平面上的金屬環(huán)接觸以傳送電能，缺點(diǎn)同(1)。
(3)已有的無接觸點(diǎn)的裝置如旋轉(zhuǎn)變壓器，主要用于轉(zhuǎn)角測(cè)量，因?yàn)殡S轉(zhuǎn)角變化，其耦合到旋轉(zhuǎn)側(cè)的電壓幅值將改變，但不能保證電壓幅值的恒定。
(4)采用兩個(gè)罐形鐵氧體磁心上面各套一個(gè)線圈。原邊通電后，副邊可獲得電勢(shì)，但該方案受鐵氧體材料限制，僅能用于小功率、高頻電壓的傳送，且機(jī)械強(qiáng)度差。
(5)直接用柔性導(dǎo)線連接旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械兩邊，該原始方案限制了轉(zhuǎn)角，導(dǎo)線易于損壞，安全性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題在于提供一種非接觸可旋轉(zhuǎn)電能傳送裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中通過電刷與導(dǎo)電滑環(huán)接觸或通過柔性導(dǎo)線連接以及旋轉(zhuǎn)變壓器等方式供電從而造成容易產(chǎn)生火花、轉(zhuǎn)動(dòng)角度受限、功率小、機(jī)械強(qiáng)度差和電壓幅值不恒定等缺陷。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下包括機(jī)殼、轉(zhuǎn)軸、定子、轉(zhuǎn)子、輸入電源和輸出電路，定子和轉(zhuǎn)子上均嵌有三相繞組，其特征在于定、轉(zhuǎn)子分上下兩套并同軸安裝于機(jī)殼內(nèi)，轉(zhuǎn)軸中空，機(jī)殼和轉(zhuǎn)軸側(cè)壁上均設(shè)有穿線孔，輸入輸出電路的三相引出線從穿線孔引出；兩定子內(nèi)通以相序相反的交流電，兩轉(zhuǎn)子輸出分別經(jīng)整流電路后串聯(lián)疊加。
由于對(duì)兩個(gè)定子通以相序相反的交流電，使兩定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相反，從而使兩個(gè)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相反的轉(zhuǎn)矩，兩轉(zhuǎn)子電勢(shì)相位不同，如果兩轉(zhuǎn)子輸出電勢(shì)直接串聯(lián)后，電壓幅值將隨轉(zhuǎn)角變化，即在不同的位置電勢(shì)不同。設(shè)兩轉(zhuǎn)子電勢(shì)分別為U1＝Sin(ωt+θ)U2＝Sin(ωt-θ)(θ即為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角)串聯(lián)疊加后的電勢(shì)為U＝U1+U2＝Sin(ωt+θ)+Sin(ωt-θ)＝Sin(ωt)Cosθ可見該電勢(shì)幅值隨轉(zhuǎn)角變化。
為此不采用轉(zhuǎn)子回路直接串聯(lián)(即交流電疊加)，而將兩個(gè)轉(zhuǎn)子電勢(shì)分別經(jīng)三相整流成為直流電壓，再串聯(lián)疊加，(如圖一所示)從而保證輸出直流電壓不隨轉(zhuǎn)角變化，而兩轉(zhuǎn)子電流又完全相同。
所述定子的供電電源采用中頻階梯三相電源，即輸入電源經(jīng)過中頻階梯波逆變器向定子供電。由于兩轉(zhuǎn)子交流電勢(shì)的相位與轉(zhuǎn)角有關(guān)，當(dāng)采用正弦波供電時(shí)，整流后殘留的脈動(dòng)也會(huì)因轉(zhuǎn)角而變化，從而引起直流電壓的小波動(dòng)，因而定子采用中頻階梯三相電源后，耦合到轉(zhuǎn)子的電勢(shì)也為三相階梯波電壓，這種三相階梯波電壓整流后為平直的直流，不會(huì)出現(xiàn)正弦波電壓整流后出現(xiàn)的脈動(dòng)，保證了輸出電壓的平直穩(wěn)定。
本發(fā)明的有益效果是由于采用了同軸雙定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，對(duì)定子通以相序相反的交流電，兩轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相反的轉(zhuǎn)矩而達(dá)到平衡，從而不會(huì)自行轉(zhuǎn)動(dòng)，而由外驅(qū)動(dòng)機(jī)械自由轉(zhuǎn)動(dòng)角度；轉(zhuǎn)子輸出電勢(shì)直流串聯(lián)疊加不僅使得兩轉(zhuǎn)子電流完全相同，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反，轉(zhuǎn)子不會(huì)自行轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又避免了交流串聯(lián)疊加時(shí)因兩電勢(shì)相位不同，疊加后電勢(shì)幅值隨轉(zhuǎn)角變化引起的電壓不穩(wěn)；而定子三相中頻階梯波的輸入電源，則解決了一般正弦波供電整流后發(fā)生的電壓波動(dòng)現(xiàn)象；本發(fā)明可根據(jù)需要非接觸地提供大到幾千瓦甚至幾十千瓦的電能，裝置本身結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可達(dá)到全封閉，因而可用于惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為定子輸入的三相階梯波形；圖3為本發(fā)明輸出電壓進(jìn)行整流的波形疊加過程，uo為疊加后的輸出電壓波形。
圖1中，1表示整流濾波及直流輸出電壓Uo；2表示轉(zhuǎn)子2引線(三相)；3表示轉(zhuǎn)子1引線(三相)；4定位槽；5上蓋軸承；6穿線孔；7上端蓋；8定子2線圈；9定子2鐵芯；10定子1線圈；11定子1鐵芯；12殼體；13下端蓋；14下端蓋軸承；15轉(zhuǎn)軸(空心)；16定位槽；17穿線孔；18安裝孔(4孔均勻分布)；19轉(zhuǎn)子1鐵芯；20轉(zhuǎn)子1線圈；21穿線孔；22轉(zhuǎn)子2鐵芯；23轉(zhuǎn)子2線圈；24定子2引線(相序?yàn)锽、A、C)；25定子1引線(相序?yàn)锳、B、C)；26三相輸入電源及中頻階梯波逆變器。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
如圖，本發(fā)明包括機(jī)殼、轉(zhuǎn)軸、定子、轉(zhuǎn)子、輸入電源和輸出電路，定子和轉(zhuǎn)子上均嵌有三相繞組，定、轉(zhuǎn)子分上下兩套并同軸安裝于機(jī)殼內(nèi)，兩定子通以相序相反的交流電，兩轉(zhuǎn)子輸出分別經(jīng)整流電路后串聯(lián)疊加。
圖1中裝置上下有上端蓋和下端蓋，蓋上安裝有固定轉(zhuǎn)子用的軸承；轉(zhuǎn)軸兩端的內(nèi)壁上均開有穿線孔，供轉(zhuǎn)子的三相引出線通過，在上下兩套定、轉(zhuǎn)子之間的殼體內(nèi)壁也開有穿線孔，供定子的三相引出線通過；轉(zhuǎn)軸的上下兩端均設(shè)有定位槽。
本發(fā)明采用硅鋼片加工后疊成圓筒形定子，有軸向齒槽，槽內(nèi)嵌入線圈，構(gòu)成三相原邊繞組，而用硅鋼片加工后疊成圓柱形轉(zhuǎn)子，外側(cè)設(shè)有齒槽，嵌入線圈，構(gòu)成三相副邊繞組，原副邊繞組分別連結(jié)成三相星形(Y形)從而構(gòu)成定子和轉(zhuǎn)子，類似三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)然原副邊繞組可倒置。兩定子的三相引出線從機(jī)殼引出，而兩轉(zhuǎn)子的三相引出線從軸孔引出，轉(zhuǎn)子兩端出軸通過軸承支撐，出軸指轉(zhuǎn)子軸伸出殼體部分，可連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)和被驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)裝置，上述如圖1。
將三相交流電通入定子繞組可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子線圈中感應(yīng)出三相轉(zhuǎn)子電勢(shì)，轉(zhuǎn)子電勢(shì)通過軸孔引出線可向安裝在軸上的設(shè)備供電。通常一旦轉(zhuǎn)子與外部設(shè)備構(gòu)成回路并有電流流過，轉(zhuǎn)子線圈就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)作用形成轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子自行轉(zhuǎn)動(dòng)起來，但本發(fā)明采用了雙定、轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，對(duì)兩定子通以相序相反的交流電，兩定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相反，從而使兩轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相反的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩抵消，不自行轉(zhuǎn)動(dòng)。為保證兩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩恰好平衡，需保證兩轉(zhuǎn)子負(fù)載狀態(tài)完全一致且不隨轉(zhuǎn)角變化，因此便有了兩轉(zhuǎn)子輸出電勢(shì)整流再串聯(lián)疊加的電路結(jié)構(gòu)，其中整流電路為兩組三相二極管橋電路，外界驅(qū)動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為任意角度，這樣將輸出電路安裝在與轉(zhuǎn)軸相連接的機(jī)械部分，比如機(jī)械手或機(jī)器人的轉(zhuǎn)臂上、金屬切削組合機(jī)床的旋轉(zhuǎn)刀架或加工頭上、電鏟斗的轉(zhuǎn)臂上等，便能廣泛地用于非接觸可旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，特別適用于如向焊接機(jī)器人手部供電的工業(yè)機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。
圖2、圖3波形圖可清楚地說明整個(gè)電壓變化過程。圖2中，uAB、uBC、uCA為階梯波逆變電源輸給定子的線電壓波形，其中定子1的相序?yàn)閡AB、uBC、uCA，定子2的相序?yàn)閡BC、uAB、uCA。兩定子輸入電壓相序相反。
圖3中，uab、ubc、uca為轉(zhuǎn)子輸出線電壓波形，uo1、uo2分別為兩轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)過整流以后的輸出電壓波形，uo為uo1、uo2經(jīng)過串聯(lián)疊加后的輸出電壓波形。
權(quán)利要求
1.一種非接觸可旋轉(zhuǎn)電能傳送裝置，包括機(jī)殼、轉(zhuǎn)軸、定子、轉(zhuǎn)子、輸入電源和輸出電路，定子和轉(zhuǎn)子上均嵌有三相繞組，其特征在于定、轉(zhuǎn)子分上下兩套并同軸安裝于機(jī)殼內(nèi)，轉(zhuǎn)軸中空，機(jī)殼和轉(zhuǎn)軸側(cè)壁上均設(shè)有穿線孔，輸入輸出電路的三相引出線從穿線孔引出；兩定子內(nèi)通以相序相反的交流電，兩轉(zhuǎn)子輸出分別經(jīng)整流電路后串聯(lián)疊加。
2.如權(quán)利要求1所述的非接觸可旋轉(zhuǎn)電能傳送裝置，其特征在于所述輸入電源為三相中頻階梯波逆變交流電源。
3.如權(quán)利要求2所述的非接觸可旋轉(zhuǎn)電能傳送裝置，其特征在于所述中頻階梯波頻率為400-1000HZ。
4.如權(quán)利要求1或2所述的非接觸可旋轉(zhuǎn)電能傳送裝置，其特征在于所述整流電路為兩組三相二極管橋電路。
5.如權(quán)利要求4所述的非接觸可旋轉(zhuǎn)電能傳送裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)任意角度。
6.如權(quán)利要求1或2所述的非接觸可旋轉(zhuǎn)電能傳送裝置，其特征在于所述定、轉(zhuǎn)子均由硅鋼片沖制成型并軸向疊成。
7.如權(quán)利要求1或2所述的非接觸可旋轉(zhuǎn)電能傳送裝置，其特征在于所述機(jī)殼側(cè)壁上的穿線孔位于上下兩套定、轉(zhuǎn)子之間，定子三相引出線從機(jī)殼側(cè)壁上的穿線孔引出，轉(zhuǎn)子三相引出線從轉(zhuǎn)軸側(cè)壁的穿線孔引出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非接觸可旋轉(zhuǎn)電能傳送裝置，包括機(jī)殼、轉(zhuǎn)軸、定子、轉(zhuǎn)子、輸入電源和輸出電路，定子和轉(zhuǎn)子上均嵌有三相繞組，其特征在于定、轉(zhuǎn)子分上下兩套并同軸安裝于機(jī)殼內(nèi)，轉(zhuǎn)軸中空，機(jī)殼和轉(zhuǎn)軸側(cè)壁上均設(shè)有穿線孔，輸入輸出電路的三相引出線從穿線孔引出；兩定子內(nèi)通以相序相反的交流電，兩轉(zhuǎn)子輸出分別經(jīng)整流電路后串聯(lián)疊加。其有益效果是同軸雙定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子輸出電勢(shì)直流串聯(lián)疊加以及對(duì)定子通以相序相反的交流電，不僅使得兩轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反，相互抵消，不會(huì)自行轉(zhuǎn)動(dòng)，可以由外驅(qū)動(dòng)機(jī)械自由轉(zhuǎn)動(dòng)角度，而且避免了因交流串聯(lián)疊加引起的電壓不穩(wěn)和一般正弦波供電整流后發(fā)生的電壓波動(dòng)現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)了把定子側(cè)的電能非接觸地傳送到可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子側(cè)。
文檔編號(hào)H02K16/00GK1556582SQ200410015640
公開日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2004年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者吳慶彪, 孫培德 申請(qǐng)人:東華大學(xué)