專利名稱：數(shù)控孿生型稀土永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型結(jié)構(gòu)的電機(jī)，確切地說(shuō)，涉及一種把稀土永磁同步電機(jī)和鼠籠感應(yīng)異步電機(jī)復(fù)合于一體的孿生型電機(jī)。
在抽油機(jī)、電梯、卷?yè)P(yáng)機(jī)等機(jī)械裝置里，驅(qū)動(dòng)電機(jī)所帶的負(fù)載是一種重力負(fù)荷。在負(fù)荷被提升時(shí)，電機(jī)對(duì)負(fù)荷作功，這時(shí)，它不僅作功，使機(jī)器完成特定功能，而且還有一部分能量(有時(shí)是很大一部分能量)被負(fù)荷以自身的位能形式存儲(chǔ)吸收。在負(fù)荷下降時(shí)，該負(fù)荷所存儲(chǔ)的位能就被釋放出來(lái)。但是由于普通電機(jī)不具備電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的雙重功能，這種負(fù)載不均衡的機(jī)器運(yùn)行時(shí)所釋放的能量不能被吸收而白白浪費(fèi)了，且不利于電機(jī)的均衡運(yùn)行。以抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為例，通常狀態(tài)其功率因素只有0.3～0.7，驢頭上升時(shí)電機(jī)耗能劇烈，其中有相當(dāng)一部分能量轉(zhuǎn)化為驢頭的位能。而當(dāng)驢頭下降時(shí)，其存儲(chǔ)的位能既沒(méi)有得到很好的吸收利用，還因負(fù)荷的不均衡，使電機(jī)的負(fù)載呈劇烈變化的沖擊型，相關(guān)另部件也受到?jīng)_擊載荷，影響其使用壽命，檢修周期短而頻繁。
為了能吸收負(fù)荷下降時(shí)釋放的位能，可以使用兩種電機(jī)一種是直流電機(jī)，在其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)定子線圈里產(chǎn)生平衡感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所需的額定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能被轉(zhuǎn)換成電能反饋送回直流電網(wǎng)，具有很好的能量利用率。但直流電機(jī)必須使用直流電網(wǎng)供電，吸收的電能也必須由直流電網(wǎng)承受。而直流電網(wǎng)的應(yīng)用范圍比較狹窄，一般工礦企業(yè)大都使用普通工頻交流電，使用直流電機(jī)的機(jī)會(huì)是極少的。另一種是交流電機(jī)，當(dāng)交流同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有超過(guò)電網(wǎng)頻率的同步轉(zhuǎn)速的趨勢(shì)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在定子線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)會(huì)反向施動(dòng)電網(wǎng)，把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。如果電網(wǎng)有足夠的容量，就可以在不改變電網(wǎng)周波參數(shù)的條件下把轉(zhuǎn)換的電能吸收。但是，交流同步電機(jī)起動(dòng)困難，起動(dòng)周期長(zhǎng)，還要求操作人員有較高的技術(shù)水平和操作技巧，實(shí)際應(yīng)用相當(dāng)困難。
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)新型的電動(dòng)機(jī)，它尤其適用于重力負(fù)荷的工作機(jī)械，能夠最大限度地利用電能，且起動(dòng)簡(jiǎn)便迅速，由計(jì)算機(jī)執(zhí)行數(shù)字控制，是一種機(jī)電一體化的基礎(chǔ)裝備。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括有殼體、定子、定子線圈、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸，其特征在于在轉(zhuǎn)軸上軸向分別裝有用稀土永磁材料制成的同步稀土永磁轉(zhuǎn)子和用高導(dǎo)磁材料制造、并鑲嵌有鼠籠線圈的異步感應(yīng)轉(zhuǎn)子，在定子槽里，對(duì)應(yīng)每個(gè)轉(zhuǎn)子的外側(cè)裝有各自的定子線圈；在兩個(gè)定子線圈的端口分別引出交流感應(yīng)電機(jī)接觸器和同步電機(jī)接觸器，在交流接觸器的輸入端接有交流供電電網(wǎng)，同步電機(jī)接觸器的輸入端接有可變頻電源變換器，這兩個(gè)回路中分別裝有各自的電流傳感器，在電機(jī)近旁安設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面中，插有與兩個(gè)接觸器相連并對(duì)其監(jiān)測(cè)的敏感模塊以及與檢測(cè)工作機(jī)極限位置的傳感器相連的敏感模塊，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面通過(guò)串行通訊接口與可以和其他裝置共用的計(jì)算機(jī)相連接。
本實(shí)用新型把起動(dòng)特性優(yōu)良的異步鼠籠交流電機(jī)和具有電動(dòng)機(jī)／發(fā)電機(jī)雙重功能的稀土永磁同步電機(jī)匯集于同一轉(zhuǎn)軸上和同一殼體內(nèi)，使其特性互補(bǔ)，既充分利用鼠籠電機(jī)起動(dòng)方便、迅速、功耗小的優(yōu)點(diǎn)，又兼具稀土永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍廣、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、能在適當(dāng)時(shí)候自動(dòng)切換成發(fā)電機(jī)狀態(tài)工作，以便回收能量?？傊緦?shí)用新型是申請(qǐng)人的融交流鼠籠電機(jī)和稀土永磁電機(jī)特性于一體的新創(chuàng)造。起動(dòng)時(shí)，使用本實(shí)用新型的異步感應(yīng)鼠籠電機(jī)部分，使起動(dòng)迅速、方便，工作時(shí)，則由稀土永磁同步電機(jī)承擔(dān)驅(qū)動(dòng)，不僅具有驅(qū)動(dòng)剛性好，可以工作在大負(fù)荷狀態(tài)，且在負(fù)載呈交變狀態(tài)時(shí)，能吸收由于負(fù)載變化所產(chǎn)生的能量反向傳輸，從而大大提高設(shè)備的能量利用率，實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能。還因各部分機(jī)械零件的沖擊負(fù)荷大大減少，使其使用壽命得到延長(zhǎng)，乃至抽油機(jī)的容積效率也會(huì)明顯改善，延長(zhǎng)抽油泵的使用壽命。而利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)控，可以很好地完成電機(jī)起動(dòng)的入網(wǎng)自動(dòng)切換，無(wú)須操作人員的參與，使該項(xiàng)設(shè)備和技術(shù)有可能得到普及推廣。
以下結(jié)合附圖具體介紹本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和工作原理。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1是電機(jī)殼體，2是定子，定子2中分別嵌裝有異步鼠籠定子線圈3和同步稀土永磁電機(jī)的定子線圈5，在轉(zhuǎn)軸7的軸向，每個(gè)定子線圈所對(duì)應(yīng)的位置上也分別裝有用稀土永磁材料制成的同步稀土永磁轉(zhuǎn)子6和用高導(dǎo)磁材料制造的、鑲嵌有鼠籠線圈的異步感應(yīng)轉(zhuǎn)子4、8是電機(jī)的冷卻風(fēng)扇，在兩個(gè)定子線圈的端口分別引出交流感應(yīng)電機(jī)接觸器9和同步電機(jī)接觸器10。這就是在同一殼體里安裝有兩組不同類型定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組而構(gòu)成的復(fù)合型孿生電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。此外，本實(shí)用新型還配有數(shù)控裝置在同步電機(jī)接觸器10的輸入端接有可變頻電源變換器13，可變頻電源變換器13和交流電機(jī)接觸器9的輸入端都接入交流供電電網(wǎng)14。在上述兩個(gè)供電線路中分別裝有各自的電流傳感器11和12，在電機(jī)近旁安設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15中，插有與上述兩個(gè)接觸器9、10相連并對(duì)其實(shí)行控制的控制模塊19、20，插有與兩個(gè)電流傳感器11、12相連并對(duì)其監(jiān)測(cè)的敏感模塊16、17，以及與檢測(cè)工作機(jī)械極限的兩個(gè)傳感器21、22相連的敏感模塊18，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15則通過(guò)串行通訊接口與可以和其他裝置共用的計(jì)算機(jī)23相連接。
實(shí)質(zhì)上，本實(shí)用新型是申請(qǐng)人的發(fā)明專利申請(qǐng)“一種異步感應(yīng)起動(dòng)的稀土同步電機(jī)”(申請(qǐng)?zhí)朇N92104740.1)的改進(jìn)。
本實(shí)用新型在起動(dòng)時(shí)，首先由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面選通交流接觸器9的控制模塊17，使其吸合動(dòng)作接通電源。由交流電機(jī)接觸器9把市電饋入異步電機(jī)的定子線圈3，電網(wǎng)的交流電在定子線圈3中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)軸7上的鼠籠轉(zhuǎn)子4作用產(chǎn)生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)又與定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用而使轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)，其起動(dòng)原理與普通鼠籠電機(jī)的工作原理一樣。因感應(yīng)電機(jī)主要用于承擔(dān)起動(dòng)功能(需要時(shí)也可拖動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn))，故它的磁極數(shù)可以與同步電機(jī)的磁極數(shù)目一樣，也可以較后者大許多。另外，它在殼體中只占很小的體積，所以實(shí)際上本實(shí)用新型只比原稀土同步電機(jī)稍長(zhǎng)而已，與同功率的感應(yīng)電機(jī)的體積大小基本一樣。一旦以感應(yīng)異步方式起動(dòng)后，通過(guò)兩個(gè)電流傳感器11、12，以及接口介面15上的監(jiān)測(cè)模塊17、16的傳遞，把起動(dòng)狀態(tài)的信息傳給計(jì)算機(jī)23，計(jì)算機(jī)可以按照預(yù)先設(shè)定的起動(dòng)要求，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子由異步起動(dòng)后轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，切斷交流接觸器9的饋電和接通同步電機(jī)的接觸器10和可變頻電源變換器13的供電，同時(shí)可以根據(jù)需要改變可變頻電源變換器的輸出頻率，使本實(shí)用新型的電機(jī)以同步電機(jī)方式工作。上述工作都是由計(jì)算機(jī)23通過(guò)其檢測(cè)敏感器件進(jìn)行定時(shí)掃描方式，不斷選通各傳感器敏感數(shù)值進(jìn)行采樣比較，達(dá)到并網(wǎng)條件后才能使同步電機(jī)切入并網(wǎng)的。而一旦轉(zhuǎn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，計(jì)算機(jī)23又在工作機(jī)械處在重力負(fù)荷上升或下降的兩個(gè)不同行程狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)控制本實(shí)用新型電機(jī)在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩個(gè)狀態(tài)下運(yùn)行，并將該電機(jī)在重力負(fù)荷(位能)釋放時(shí)產(chǎn)生的電能經(jīng)可變頻逆變器的電子開關(guān)切換后饋回交流電網(wǎng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了在交流電網(wǎng)供電條件下吸收由于負(fù)荷周期變化而產(chǎn)生的能量反向傳輸，大大提高了整個(gè)工作裝置的能量利用。
由于稀土永磁轉(zhuǎn)子的磁能積高，磁矯頑力強(qiáng)，剩余磁場(chǎng)強(qiáng)度大，有很好的同步電機(jī)性能，可以在大負(fù)荷負(fù)載情況下工作。而可變頻逆變器的變頻方便，起動(dòng)迅速，起動(dòng)力矩大，又使用計(jì)算機(jī)實(shí)行數(shù)字測(cè)控情況下的入網(wǎng)切換和轉(zhuǎn)換，可以無(wú)須人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。總之，本實(shí)用新型在油田的采油機(jī)，電梯等工作機(jī)械上有良好的應(yīng)用前景。
本實(shí)用新型中的稀土永磁結(jié)構(gòu)同步電機(jī)可以選用專利號(hào)為CN91203427的稀土永磁電機(jī)，其轉(zhuǎn)子可以使用專利號(hào)為92202811.5的“用于電機(jī)轉(zhuǎn)子的稀土永磁體部件”。
電網(wǎng)電流傳感器11、12可以是普通電流互感器，也可采用如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N90100002或CN90100006的專利申請(qǐng)產(chǎn)品。
可變頻電源變換器可以使用日本富士公司的G5或G7系列逆變器，也可使用如專利號(hào)CN89209067的“一種大功率數(shù)控調(diào)壓與交流裝置”。
標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15可以選用美國(guó)ME公司(MECHATRONIC EQUIPMENTINC.)的I／O 32或美國(guó)OPTO 22公司的PB16AH產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)可以選用普通PC計(jì)算機(jī)，但以美國(guó)ME公司的PCS－1工業(yè)過(guò)程控制工作站為宜。
權(quán)利要求1.一種數(shù)控孿生型稀土永磁電機(jī)，包括有殼體、定子、定子線圈、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸，其特征在于在轉(zhuǎn)軸上軸向分別裝有用稀土永磁材料制成的同步稀土永磁轉(zhuǎn)子和用高導(dǎo)磁材料制造、并鑲嵌有鼠籠線圈的異步感應(yīng)轉(zhuǎn)子，在定子槽里，對(duì)應(yīng)每個(gè)轉(zhuǎn)子的外側(cè)裝有各自的定子線圈；在兩個(gè)定子線圈的端口分別引出交流感應(yīng)電機(jī)接觸器和同步電機(jī)接觸器，在交流接觸器的輸入端接有交流供電電網(wǎng)，同步電機(jī)接觸器的輸入端接有可變頻電源變換器，這兩個(gè)回路中分別裝有各自的電流傳感器，在電機(jī)近旁安設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面中，插有與兩個(gè)接觸器相連并對(duì)其監(jiān)測(cè)的敏感模塊以及與檢測(cè)工作機(jī)極限位置的傳感器相連的敏感模塊，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面通過(guò)串行通訊接口與可以和其他裝置共用的計(jì)算機(jī)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控孿生型稀土永磁電機(jī)，其特征在于鼠籠感應(yīng)電機(jī)的磁極數(shù)目可以與稀土同步永磁電機(jī)的磁極數(shù)相同，也可以比稀土同步永磁電機(jī)的磁極數(shù)多。
專利摘要一種數(shù)控孿生型稀土永磁電機(jī)，是在轉(zhuǎn)軸上分別裝有用稀土永磁材料制成的同步永磁轉(zhuǎn)子和用高導(dǎo)磁材料制造并鑲嵌有鼠籠線圈的異步感應(yīng)轉(zhuǎn)子，在定子槽里對(duì)應(yīng)每個(gè)轉(zhuǎn)子的外側(cè)裝有各自的定子線圈，從兩個(gè)定子線圈分別引出各自的接觸開關(guān)，并由計(jì)算機(jī)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面中所插的各個(gè)傳感器的敏感模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制模塊，對(duì)該電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)控操作和入網(wǎng)自動(dòng)切換，起動(dòng)方便迅速，功耗小和驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，特別適宜于重力負(fù)荷的工作機(jī)械。
文檔編號(hào)H02K16/00GK2150665SQ93210319
公開日1993年12月22日 申請(qǐng)日期1993年4月23日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月23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