一種電機(jī)的能量環(huán)流電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種電機(jī)的能量環(huán)流電路，屬于電機(jī)工程【技術(shù)領(lǐng)域】。本實(shí)用新型所公開(kāi)的所述能量環(huán)流電路的輸入端連接電機(jī)的輸入部分，能量環(huán)流電路的輸出端連接電機(jī)的輸出部分，所述能量環(huán)流電路包括：三極管T1、三極管T2、電磁繞組L、開(kāi)關(guān)K、電容C、續(xù)流二極管D1、續(xù)流二極管D2、集成電路U。本實(shí)用新型所涉及的電機(jī)的能量環(huán)流電路使電機(jī)超低功耗的同時(shí)又能達(dá)到具有超高能效的目的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種電機(jī)的能量環(huán)流電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及電機(jī)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種電機(jī)控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換的一種電磁裝置，主要包括發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)有技術(shù)中典型的電機(jī)結(jié)構(gòu)通常包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分，定子包括定子鐵芯和定子線圈，定子鐵芯固定于電機(jī)的底座，定子線圈按照一定的規(guī)則繞于定子鐵芯上；轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子線圈，轉(zhuǎn)子鐵芯固定于轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子線圈繞于轉(zhuǎn)子鐵芯上。現(xiàn)有技術(shù)中，普通的永磁電機(jī)采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理、控制方式等均制約了電機(jī)的能效、功耗、節(jié)能、環(huán)保等性能，下面逐一進(jìn)行說(shuō)明。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，典型結(jié)構(gòu)的電機(jī)通常需要采用永磁材料，定子上的繞組某種情況下為9個(gè)，普通永磁電機(jī)兩相、三相都有，定子內(nèi)外徑和轉(zhuǎn)子內(nèi)外徑按具體設(shè)計(jì)而有所不同。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，常用電機(jī)的功率電流續(xù)流的工作原理描述如下:
[0005]在常規(guī)電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)電路中，通常采用續(xù)流二極管構(gòu)成續(xù)流電路，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)線圈儲(chǔ)能的泄放，在常規(guī)電機(jī)的電流斬波過(guò)程中，其功率電路的續(xù)流過(guò)程如圖1所示，有采用單管關(guān)斷或雙管關(guān)斷的二種方案，二者略有不同。圖1所示的電路為采用雙管斬波時(shí)的情形，雙管關(guān)斷時(shí)放電迅速，存儲(chǔ)的能量可以通過(guò)二個(gè)續(xù)流二極管回饋電源，適用于速度較高時(shí)應(yīng)用(如圖1所示，其電流波形為一下降波形)，而單管關(guān)斷其存儲(chǔ)的能量不會(huì)回饋電源，而是通過(guò)一個(gè)續(xù)流二極管自我續(xù)流，直至其存儲(chǔ)的能量消耗殆盡。
[0006]由前述續(xù)流過(guò)程可以看出，在常規(guī)電機(jī)的電流斬波過(guò)程中，電源輸入的電流在達(dá)到斬波設(shè)定值前，輸入電流的增量在做功，而達(dá)到斬波設(shè)定值時(shí)，由于斬波過(guò)程切斷了電源的輸入回路，因而在斬波的過(guò)程中電機(jī)并不做功，直至斬波過(guò)程結(jié)束重新接通電源為止。因此，此種普通的功率電流續(xù)流過(guò)程中，電機(jī)在放電過(guò)程中的泄放的電流也是白白損失了。
[0007]因此，現(xiàn)有技術(shù)中，常規(guī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)控制模式其實(shí)就是采用正激模式以及普通的功率電流續(xù)流，因而會(huì)出現(xiàn)能量損失的情況，一是因?yàn)轳詈洗艌?chǎng)內(nèi)儲(chǔ)能的增加部分不會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，二是電機(jī)在放電過(guò)程中的泄放的電流不能重復(fù)利用。具體地，常規(guī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)控制模式中，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，首先給某相電磁繞組通電，使其確定位置，然后在按轉(zhuǎn)動(dòng)方向的要求順序的給其它相的電磁繞組通電，再根據(jù)位置檢測(cè)信號(hào)來(lái)確定各相的依次導(dǎo)通和關(guān)斷。如當(dāng)光電信號(hào)a出現(xiàn)時(shí)，給繞組A通電，當(dāng)光電信號(hào)b出現(xiàn)時(shí)，給繞組B通電，繞組A斷電，以此類(lèi)推。因?yàn)檫@樣的結(jié)果就是能量的不斷輸入，沒(méi)有存儲(chǔ)能量和反激的過(guò)程導(dǎo)致能量不斷消耗。
[0008]因此，如何突破傳統(tǒng)的電機(jī)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，提高電能轉(zhuǎn)化率，提供電機(jī)能效，并且節(jié)約材料成本、節(jié)能減排、保護(hù)稀有資源等是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容[0009]本實(shí)用新型的目的是提供一種電機(jī)的能量環(huán)流電路，能使電機(jī)在放電的過(guò)程中其欲泄放的電流能夠被重復(fù)利用，以達(dá)到最大化的節(jié)能效果。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是:
[0011]一種電機(jī)的能量環(huán)流電路:所述能量環(huán)流電路的輸入端連接電機(jī)的輸入部分，能量環(huán)流電路的輸出端連接電機(jī)的輸出部分，所述能量環(huán)流電路包括:三極管Tl、三極管T2、電磁繞組L、開(kāi)關(guān)K、電容C、續(xù)流二極管D1、續(xù)流二極管D2、集成電路U，其中，所述能量環(huán)流電路的輸入端分別連接至三極管Tl的集電極，續(xù)流二極管Dl的正極以及集成電路U的第一端；三極管Tl的發(fā)射極分別連接至開(kāi)關(guān)K的一端，電磁繞組L的A端以及續(xù)流二極管D2的正極，開(kāi)關(guān)K的另一端連接至電容C的一端，電容C的另一端分別連接至續(xù)流二極管Dl的負(fù)極和電磁繞組L的B端，電磁繞組L的B端連接至三極管T2的集電極；二極管T2的發(fā)射極，續(xù)流二極管D2的負(fù)極和集成電路U的第二端三者均連接到能量環(huán)流電路的輸出端。
[0012]本實(shí)用新型專(zhuān)利所述的一種電機(jī)的能量回流電路的有益效果為:
[0013]對(duì)于常用電機(jī)的功率電流續(xù)流過(guò)程中，電源輸入的電流在達(dá)到斬波設(shè)定值前，輸入電流的增量在做功，而達(dá)到斬波設(shè)定值時(shí)，由于斬波過(guò)程切斷了電源的輸入回路，因而在斬波的過(guò)程中電機(jī)并不做功，直至斬波過(guò)程結(jié)束重新接通電源為止，而采用能量環(huán)流(再生)技術(shù)的目的就是要使電機(jī)在放電的過(guò)程中其欲泄放的電流能夠被重復(fù)利用，以達(dá)到最大化的節(jié)能效果。能量環(huán)流再生利用即使其實(shí)就是在電流斬波過(guò)程中將繞組中存儲(chǔ)的能量LC振蕩電路的能量交換方式加以循環(huán)再生利用，是要電路的結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)配置恰當(dāng)，即盡可能減少振蕩中的能量損耗，則可達(dá)到將電磁繞組L中所存儲(chǔ)的能量發(fā)揮到最大的作用效果和目的。因此，恰當(dāng)?shù)乩媚芰凯h(huán)流(再生)技術(shù)可以使超低功耗的同時(shí)又能達(dá)到具有超局能效的目的。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的功率電路續(xù)流過(guò)程。
[0015]圖2為本實(shí)用新型所述的電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為圖2的A-A向結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0017]圖4為本實(shí)用新型所述的能量環(huán)流電路的工作原理示意圖。
[0018]圖5為本實(shí)用新型所述的單管控制的能量環(huán)流電路原理圖。
[0019]圖6為本實(shí)用新型所述的能量環(huán)流過(guò)程的振蕩波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合較佳實(shí)施方式予說(shuō)明。
[0021]本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)的能量環(huán)流(再生)技術(shù)，在本實(shí)用新型中，電機(jī)采用的工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制方式等均不同于傳統(tǒng)的電機(jī)，其特性以及產(chǎn)生的效果也與傳統(tǒng)的電機(jī)有較大的差異，尤其是該電機(jī)可以不使用任何永磁材料，因而對(duì)于節(jié)能減排、保護(hù)稀有有資源均具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。
[0022]結(jié)合圖2和圖3，首先介紹本實(shí)用新型所述電機(jī)的具體結(jié)構(gòu):電機(jī)包括定子I和轉(zhuǎn)子2兩部分，定子I包括定子鐵芯11和定子線圈12，轉(zhuǎn)子2包括轉(zhuǎn)子鐵芯21和轉(zhuǎn)子線圈22，其中，
[0023]本電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)與常規(guī)永磁電機(jī)不同，其結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足下述條件:
[0024]相數(shù)q =定子的極軛數(shù)m/轉(zhuǎn)子的極軛數(shù)n，其中，轉(zhuǎn)子的極軛數(shù)η大于等于3:
[0025]其中，在一實(shí)施例中，相數(shù)q為3，定子的極軛數(shù)m為18，轉(zhuǎn)子的極軛數(shù)η為6，q包括A，B，C三相，；所述定子鐵芯11的內(nèi)、外徑相同，鐵芯11被設(shè)置為18個(gè)極軛111，每個(gè)極軛111上繞制的定子線圈12的線徑相同，依次按順序連接分成三相，每相中相鄰各極軛111上繞制的定子線圈12形成的各繞組頭尾反向連接；比如形成如圖2所示的B相繞組的極性，轉(zhuǎn)子鐵芯21上的圓周表面上均勻設(shè)置有6個(gè)凸型極軛211，每一凸型極軛211均與轉(zhuǎn)子鐵芯21的中軸線平行，每一凸型極軛211上繞制的轉(zhuǎn)子線圈22的線徑相同，相鄰各凸型極軛211上繞制的轉(zhuǎn)子線圈22形成的各繞組按順序依次連接，形成磁場(chǎng)的閉合回路。比如圖2中，A相和C相與B相相同。
[0026]在其他實(shí)施例中，定子的極軛數(shù)m為9，轉(zhuǎn)子的極軛數(shù)η為3，或者，定子的極軛數(shù)m為12，轉(zhuǎn)子的極軛數(shù)η為4，或者，定子的極軛數(shù)m為24，轉(zhuǎn)子的極軛數(shù)η為8，只要滿(mǎn)足上述的關(guān)系式既可，在此不一一列舉。
[0027]在某些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子和定子均采用硅鋼材料。
[0028]在某些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子和定子采用45#鋼。在某些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子采用硅鋼材料，所述定子采用45#鋼或其他普通鋼材。
[0029]在某些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子采用采用45#鋼或其他普通鋼材，所述定子采用硅鋼材料。
[0030]總之，所述轉(zhuǎn)子和定子可以采用特殊鋼種或普通鋼材，比如硅鋼材料甚至是普通的45#鋼，不再需要采用永磁材料，主要是因?yàn)椴捎蒙鲜龆ㄗ拥奶厥饨Y(jié)構(gòu)以及凸型極軛結(jié)構(gòu)等，所以可以去除永磁材料，使得用鐵量也獲得了降低，大約可節(jié)約12%?15%的用鐵量。
[0031]本實(shí)用新型所述的電機(jī)結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)對(duì)常規(guī)永磁電機(jī)的定子進(jìn)行改制，保持定子鐵芯的內(nèi)、外徑相同，比如將其定子鐵芯上的9個(gè)繞組改為18個(gè)繞組并采用相同的線徑使每相繞組的總?cè)?shù)不變，此時(shí)，由于定子上的極軛寬度變?yōu)樵瓉?lái)的1/2，而每個(gè)極軛上的繞組圈數(shù)也變?yōu)樵瓉?lái)的1/2，使線圈的中心高度減小，由此可節(jié)約15%?20%的用銅量。
[0032]同時(shí)由于轉(zhuǎn)子鐵芯去除永磁材料后采用圖2所示的凸型極軛結(jié)構(gòu)，使得用鐵量也獲得了降低，大約可節(jié)約12%?15%的用鐵量。
[0033]由圖2的結(jié)構(gòu)可以看出，該電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程與現(xiàn)有技術(shù)中的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相類(lèi)似，因而本電機(jī)結(jié)構(gòu)可使其保持了類(lèi)似于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)所具有的良好的啟動(dòng)特性。
[0034]并且，該電機(jī)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其可以采用全新概念的反激式電機(jī)控制方法，以及獨(dú)創(chuàng)的能量環(huán)流(再生)方法，使該電機(jī)成為具有超低功耗、超高能效的新型節(jié)能電機(jī)，下面逐一介紹這二種全新概念的獨(dú)創(chuàng)控制方法。
[0035]本實(shí)用新型所述的電機(jī)的反激式控制方法，主要是基于上述的電機(jī)結(jié)構(gòu)，首先來(lái)看正、反方向激勵(lì)控制模式的定義:
[0036]正向激勵(lì)控制模式:將外部電源提供能量時(shí)對(duì)外做功定義為正激式控制方法；
[0037]反激式(Flyback)控制模式:將關(guān)斷外部電源時(shí)利用存儲(chǔ)的能量來(lái)做功定義為反激式控制方法。[0038]下面重點(diǎn)分析反向激勵(lì)控制模式的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換
[0039]絕大多數(shù)常規(guī)的機(jī)電裝置都由電系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和聯(lián)系兩者的耦合磁場(chǎng)組成。根據(jù)能量守恒原理，有下式成立:
[0040]
,由電源輸耦合磁場(chǎng)內(nèi))+ f裝置內(nèi)部f輸出的)
、入的電能j—I儲(chǔ)能的增加j+l的能量損耗j+l機(jī)械能v
[0041]當(dāng)忽略損耗時(shí)，其能量傳遞關(guān)系如下式所示:
[0042]稱(chēng)合磁場(chǎng)
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種電機(jī)的能量環(huán)流電路，其特征在于:所述能量環(huán)流電路的輸入端連接電機(jī)的輸入部分，能量環(huán)流電路的輸出端連接電機(jī)的輸出部分，所述能量環(huán)流電路包括:三極管Tl、三極管T2、電磁繞組L、開(kāi)關(guān)K、電容C、續(xù)流二極管D1、續(xù)流二極管D2、集成電路U,其中，所述能量環(huán)流電路的輸入端分別連接至三極管Tl的集電極，續(xù)流二極管Dl的正極以及集成電路U的第一端；三極管Tl的發(fā)射極分別連接至開(kāi)關(guān)K的一端，電磁繞組L的A端以及續(xù)流二極管D2的正極，開(kāi)關(guān)K的另一端連接至電容C的一端，電容C的另一端分別連接至續(xù)流二極管Dl的負(fù)極和電磁繞組L的B端，電磁繞組L的B端連接至三極管T2的集電極，三極管T2的發(fā)射極，續(xù)流二極管D2的負(fù)極和集成電路U的第二端三者均連接到能量環(huán)流電路的輸出端。
【文檔編號(hào)】H02P29/00GK203608135SQ201320850006
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月22日
【發(fā)明者】黃長(zhǎng)明, 繆希澤, 黃耿民 申請(qǐng)人:寧德獅虎能源科技有限公司