專利名稱：可控硅換向推斥電動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到推斥電動機。
現有的推斥電動機，其定子上有激磁線圈和兩個相距180°位置角度的電刷安裝支承，該支承是固定的或是可以移動的。其轉子上有繞組和換向器。轉子繞組是由多個元件串聯而成的閉合回路，該閉合回路通過換向片、電刷和導線將其聯成兩個并聯支路。推斥電動機具有良好的開動轉矩和變速特性，改變激磁線圈的工作電壓就可以改變其轉速，改變激磁線圈的接線就可以改變其轉動方向。對于只有一個定子線圈的推斥電動機，可以移動電刷至中性位置另一邊的對應位置來改變轉動方向。同直流電機不同，推斥電動機換向元件中不可避免地存在較大的切割電勢和變壓器電勢，其換向問題較直流電機更為復雜和困難，推斥電動機的應用因此受到極大的限制。
本實用新型的目的是克服推斥電動機換向困難的問題，以便在較廣的生產和生活領域內發揮其優良特性。
這個目的是這樣實現的，即在轉子繞組閉合回路中設置單向或雙向可控硅，每一只可控硅的兩個主電極同閉合回路的兩個接點相連接。閉合回路的每一個接點均連接一只可控硅的一個主電極，且每隔數個便有相等個數的接點均連接單向可控硅的陽極或雙向可控硅的第二陽極，或者閉合回路的每一個接點均連接兩只可控硅的各一個主電極，且每一個接點均連接單向可控硅的陽極或雙向可控硅的第二陽極。閉合回路中各單向可控硅的陽極或各雙向可控硅的第二陽極沿閉合回路的同一方向到其陰極或第一陽極之間串聯的元件數相等。
各可控硅分別設置有觸發電路，觸發電路的輸出端連接可控硅的控制極，其輸入端連接閉合回路的某對應接點。各觸發電路的輸入端沿閉合回路的同一方向到其被控可控硅的同名主電極之間串聯的元件數相等。觸發電路是電極片或電極片及其限流電阻組成的有觸點電路，或是光控電路、磁控電路、或者接近感應電路等無觸點電路。
各觸發電路的電極片或其無觸點電路中的敏感元件依被控可控硅的同名主電極在閉合回路中的連接順序和間隔位置角度安裝在轉子組件的某一圓周面或端面上，與該圓周面或端面相對，在定子的安裝支承上設置與電極片或無觸點電路中敏感元件相適應的電刷、光源、磁塊、或者感應塊等控制裝置。設置控制裝置的安裝支承是一個或者是相距180°位置角度的兩個。其中光源是普通光源，或者是由其電源與定子激磁電源同頻、同相，以雙向可控硅及移相觸發電路組成的單向交流調壓器為控制，以限流電路和兩組串聯后反向并聯的發光二極管為負載的可控光源。兩組發光二極管分別安裝在定子的兩個相距180°位置角度的安裝支承上。
這樣，電動機運轉時，當設在轉子上的電極片或無觸點電路的敏感元件轉至定子安裝支承上電刷或光源等控制裝置的控制范圍內時，由該電極或無觸點電路控制的可控硅便會觸發導通。轉子繼續轉動，當下一個可控硅被觸發導通時，在換向元件感應電動勢的作用下，后一可控硅的導通電流逐漸增加，前一可控硅的導通電流逐漸減小并截止，換向元件的換流過程結束。本實用新型由轉子上可控硅的順次導通與關斷實現換向元件電流的換向，徹底擺脫了換向器換流的各種困難，同時，本實用新型具有改變定子激磁線圈工作電壓調速、相對中性位置改變可移動安裝支承的位置角度調速、以及改變發光二極管可控光源的移相角調速等十分簡便的調速方式，再加上其良好的機械特性和較高的效率，能夠替代繞線式異步電機、力矩電機、電磁調速電機并獲得顯著的節能效果。
以下借助于附圖對本實用新型加以說明。
圖1所示是單向可控在元件數為單數的轉子繞組閉合回路中的連接實施例。閉合回路的每一個接點連接兩只單向可控硅的一個陽極和一個陰極。
圖2和圖3的每一個都是雙向可控硅在元件數為雙數的轉子繞組閉合回路中的連接實施例。閉合回路的每一個接點連接一只可控硅的一個主電極。
圖4是電極片有觸點觸發電路和電刷觸發可控硅的一個實施例。
圖5是光控觸發電路的一個實施例。
圖6是光控可控硅代替單向可控硅和光控觸發電路的一個實施例。
圖7是磁控電路的一個實施例。
圖8是接近感應觸發電路的一個實施例。
圖9是控制光控觸發電路的可控光源電路。
圖1所示轉子繞組閉合回路的元件數為單數，單向可控硅數等于閉合回路元件數。每只可控硅的兩個主電極均有規律地連接在閉合回路的兩個接點上，閉合回路的每個接點連接一只單向可控硅的陽極和另一只單向可控硅的陰極。任意兩只單向可控硅的陽極沿閉合回路的同一方向到其陰極間串聯的元件數相等。由于元件數為單數，任一可控硅將閉合回路連成的兩并聯支路的元件數不可能相等，至少要相差一個元件。一般地，兩并聯支路的元件數之差應盡可能地少。另外，轉子繞組閉合回路元件數越多，轉矩隨轉角變化的波動越小，反之越大。為了圖面清晰，圖1中示出的元件數量較少，實際上轉子繞組閉合回路元件數往往比較多。若轉矩的波動對負載的影響不重要，轉子繞組元件數也可以更少。
圖1中的單向可控硅也可用雙向可控硅按相同的規律代換，區別在于一只單向可控硅不能通過閉合回路兩并聯支路的交變電流，需要兩只單向可控硅各自通過半個周波的電流。每只可控硅有各自的觸發電路，所述兩只單向可控硅及其觸發電路在位置上相差接近180°位置角度，各自需要一個觸發控制，定子上需要安裝兩個相差180°位置角度的觸發控制裝置。雙向可控硅能夠雙向導電，一只雙向可控硅只有一個觸發電路，只需一個觸發控制，定子上可以只安裝一個觸發控制裝置。
圖2和圖3所示，轉子繞組閉合回路元件數為雙數，由雙向可控硅將閉合回路連成的兩并聯支路的元件數可以相等并且以相等為最佳。閉合回路中，雙向可控硅數等于元件數的二分之一，閉合回路的每一個接點只連接一只可控硅的一個主電極，并且各可控硅的同名主電極沿閉合回路的同一方向到其另一主電極之間串聯的元件數相等。
圖3所示閉合回路中每隔一個接點便有一個接點連接雙向可控硅的第二陽極，反過來說則是每隔一個接點便有一個接點連接雙向可控硅的第一陽極。圖2中，間隔接點數是兩個。若閉合回路的元件數是其它某數的整數倍，還可能會有更多個接點的間隔數，也就是每隔數個便有相等個數的接點連接雙向可控硅的第二陽極，或者說第一陽極也是一樣。由雙向可控硅的雙向導電性可知，圖2、圖3中任意雙向可控硅的兩個主電極對換連接點，轉子繞組閉合回路的換向特生不會改變，但仍以圖2、圖3的對稱分布連接為好，便于雙向可控硅及其觸發電路的安裝，有利于轉子的平衡。本兩例雖然在閉合回路中設置的是雙向可控硅，但雙向可控硅數等于元件數的二分之一，觸發電路也減少二分之一，如仍在定子上設一個觸發控制裝置，對于圖3例，轉子每轉一周，雙向可控硅的觸發次數減少，轉子繞組的換流次數也減少，轉矩波動將增加。對于圖2例，在某些轉角位置，雙向可控硅可能不被觸發。為了避免上述情況，定子上需要設置兩個位置相距180°的觸發控制裝置。
圖2、圖3例的雙向可控硅可用單向可控硅依同樣的規律代換，因其單向導電性，轉子繞組換流次數減少，轉矩波動也會增加。
圖4所示閉合回路各接點串聯限流電阻均接至電極片，因為閉合回路各接點均與可控硅主電極相連接，可稱為主極電極片。各可控硅控制極均串聯電阻接至控制極電極片。各主極電極片順序間隔排列。各控制極電極片也按相同順序間隔排列，其兩側與主極電極片相鄰。當安裝于定子上的電刷將控制極電極片和與其相鄰的主極電極片連接以后，由該主極電極片、控制極電極片和限流電阻組成的觸發電路被接通，由該觸發電路控制的可控硅將可以觸發導通。從閉合回路接點到主極電極片、電刷、控制極電極片和可控硅控制極的電流通路中需設置限流電阻。限流電阻可有多種設置方式。若電刷在圓周方向的長度大于主極電極片或控制極電極片在同樣方向的長度，應分別在閉合回路接點與電極片之間和控制極與電極片之間設限流電阻，對于單向可控硅的觸發電路，其中閉合回路接點到電極片之間的限流電阻以二極管代之更好。若電刷在圓周方向的長度分別小于主極和控制極電極片在相同方向的長度，可只在閉合回路接點與電極片之間或控制極與電極片之間設置限流電阻或限流電阻和二極管。限流電阻也可設置在電刷上，方法是用低電導率的材料制成電刷，電刷本身就是一個電阻。也可以使主極電極片和控制極電極片之間離開較大距離，中間隔以絕緣層，再用兩個厚度分別不大于絕緣層厚度的小電刷，串聯電阻或電阻和二極管后代替一個電刷作為觸發控制。
圖4例，設有電刷和電極片，普通推斥電動機有電刷和換向片。但電極片的通電回路中串聯有限流電阻，通過的只是很小的觸發電流，而換向片通過的則是較大的工作電流，兩者有質的區別。
觸發電路，無論是有觸點電路或是無觸點電路，其一端可稱為輸出端，連接可控硅控制極，另一端可稱為輸入端，連接閉合回路的某一對應接點。各觸發電路輸入端在閉合回路中的連接順序和間隔的元件數與其被控可控硅在閉合回路中的連接順序和間隔的元件數相同，也即閉合回路中各可控硅的同名主電極沿閉合回路的同一方向到各自的觸發電路輸入端之間串聯的元件數相同。通常，輸入端可連接閉合回路與被控可控硅陰極相連接的接點以外的其余各接點。所連接的接點不同，電動機的運轉特性也不盡相同。參照圖4，如果觸發電路輸入端連接在閉合回路與被控可控硅陽極相連接的接點上，通過移動定子上觸發控制裝置，電動機可以在正反兩個方向的速度范圍內調速。如果輸入端連接點自被控可控硅陽極沿閉合回路的順時針方向前移，觸發電路工作電壓發生變化，若從中性位置逆時針方向移動觸發控制裝置，起初電動機不會起動，只有當觸發控制裝置移動角度大于某一角度值，觸發電路工作電壓增加到足以觸發可控硅時，電動機才能順時針方向起動，起動后的最低運轉速度已經大于某一數值。輸入端連接點順時針方向前移越多，電動機順時針方向起動時，觸發控制裝置逆時針方向移動角度越大，電動機運轉的速度下限越高。輸入端連接點順時針方向前移到同閉合回路與被控可控硅陰極相連接的接點相鄰或接近相鄰時，電動機實際上已不能順時針方向起動運轉。輸入端連接點順時針方向移動后，如果觸發控制裝置自中性位置順時針方向移動，電動機即逆時針方向起動運轉，可在整個速度范圍內調速，并且切割電勢加在觸發電路兩端的電壓減小，輸入端連接點順時針方向前移越多，切割電勢加在觸發電路兩端的電壓越小，當該電壓不足以觸發可控硅導通時，切割電勢在并聯支路產生的制動電流減小，電動機的運轉速度可以更高。同樣，如果輸入端連接點是由被控可控硅陽極逆時針方向前移，得出的結果是相似的，僅是各種方向相反而已。以上所述，均是針對單向可控硅連接的轉子繞組閉合回路。如果轉子繞組閉合回路是雙向可控硅連接的，觸發電路輸入端連接點一般取閉合回路與被控可控硅陽極相連接的接點或與其陰極相連接點的鄰近接點，電動機正反向運轉生能相同。如果將觸發電路輸入端連接點取在兩并聯支路的中間區域，會出現定子上觸發控制裝置自中性位置向某一方向移動到某個較小區域范圍內，電動機不能起動，而在該區域的兩側以外的區域，電動機可以起動運轉的情況。
圖5所示為光控觸發電路的一個實施例。有光照時，光電開關二極管接通，可控硅可被觸發導通。無光照時，可控硅不能觸發。該觸發電路工作電壓較低，限流電阻另一端可接在陰極與閉合回路連接點的鄰近接點上。
圖6所示是光控可控硅的一個實施例，相當于一個單相可控硅與其光控觸發電路的結合。連結在光控可控硅控制極和陰極間的電阻是靈敏度電阻，改變其阻值可改變光控可控硅觸發導通的光照強度。
圖7所示是磁控觸發電路的一個實施例。圖中H是霍爾集成電路，整流二極管、限流電阻、電容和穩壓二極管為電路提供工作電源，若有磁場接近霍爾電路敏感表面，可控硅被觸發導通。
圖8是交流雙線制接近感應開關觸發雙向可控硅導通的一個實施例。當感應塊接近時，開關接通，可控硅被觸發導通。
電刷、光源、磁塊、或感應塊等觸發控制裝置均可以安裝在定子的可移動安裝支承上。轉子繞組中可控硅觸發電路的電極片或敏感元件依被控可控硅的同名主電極在閉合回路中的連接順序和間隔位置角度順序安裝在轉子組件的某一圓周面或端面上，且與控制裝置相對。改變可移動安裝支承相對中性位置的偏離方向可改變電動機的轉向，改變安裝支承相對中生位置的偏離角度可改變電動機的轉速。若安裝支承由中性位置向某一方向移動，轉子則向安裝支承移動的相反方向起動運轉，安裝支承偏離的位置角度加大，轉速上升，反之則下降。
圖9所示是光控觸發電路的一種控制電路。其中雙向可控硅及其移相觸發電路組成單相交流調壓器，整流器和其輸出端的三極管、穩壓二極管及電阻組成一恒流源，相當于一動態電阻，起限流作用。負載是兩組串聯后反向并聯的發光二極管。每組發光二極管安裝在定子的一個安裝支承上，兩組相距180°位置角度，各組只在半個周波內通電點亮。所用電源與定子激磁電源同頻同相。電動機工作時，定子激磁線圈通電，若圖9中雙向可控硅不導通，發光二極管不亮，轉子上光控觸發電路或光控可控硅不導通，電動機不轉。若調節電位器，使發光二極管點亮，并逐漸改變移相角，增加發光二極管的平均工作電壓，電動機起動并逐漸升速。電動機轉動后，如切斷發光二極管電源，轉子在慣性作用下減速。此時，如果仍使發光二極管點亮，但通過轉換開關，令發光二極管工作電源反相，亦即使兩組發光二極管的點亮時間各自提前、延后180°時間角度，電動機為發電制動狀態快速制動。容易看出，再增加兩組發光二極管，同前兩組發光二極管相對中性位置對稱地安裝。再用一轉換開關，共兩個轉換開關，其中一個轉換開關選擇前兩組或后兩組發光二極管點亮，另一個轉換開關選擇每一組發光二極管是正半周還是負半周點亮，就很容易地使電機實現正轉、反轉和發電制動的四象限運行，并且可用電位器十分方便地調速。
安裝于固定安裝支承上的觸發控制裝置，如電刷、光源、磁塊、或感應塊等，應使其在圓周方向的控制尺寸不小于電極片的同方尺寸或兩觸發電路敏感元件之間的尺寸，使得無論轉子轉角如何，至少有一只或一只以上的可控硅可以觸發導通，以免出現轉子不能起動的情況。如果定子上的安裝支承是可以移動的，雖然可以通過移動安裝支承避免不能起動的問題，但在極低速運轉時，轉矩波動將增加，所以對于要求在極低速下運轉的電動機，仍需要注意定子上控制裝置的控制范圍。
本實用新型不限于在此提出的實施例，在本實用新型的范圍內，本領域技術人員可以想出若干改型，如發光二極管可控光源用的轉換開關，可以用無觸點電子開關，將更有利于自動控制。另外，也可將閉合回路、可控硅和觸發電路設置在定子上而將激磁線圈和感應塊、磁塊等設置在轉子上等等。
權利要求1．可控硅換向推斥電動機，有定子和轉子，其定子上有激磁線圈和安裝支承，安裝支承是固定的或是可以移動的，其轉子上有繞組，繞組是由多個元件串聯而成的閉合回路，其特征是在轉子繞組閉合回路中設置有單向或雙向可控硅，每一只可控硅的兩個主電極同閉合回路的兩個接點相連接；閉合回路的每一個接點均連接一只可控硅的主電極，且每隔數個便有相等個數的接點均連接單向可控硅的陽極或雙向可控硅的第二陽極，或者閉合回路的每一個接點均連接兩只可控硅的各一個主電極，且每一個接點均連接有單向可控硅的陽極或雙向可控硅的第二陽極；閉合回路中各單向可控硅的陽極或各雙向可控硅的第二陽極沿閉合回路的同一方向到其陰極或第一陽極之間串聯的元件數相等；各可控硅分別設置有觸發電路，觸發電路的輸出端連接可控硅的控制極，其輸入端連接閉合回路中的某對應接點，各觸發電路的輸入端沿閉合回路的同一方向到其被控可控硅的同名主電極之間串聯的元件數相等，觸發電路是電極片或電極片和其限流電阻組成的有觸點電路，或是光控電路、磁控電路、或者接近感應電路等無觸點電路；各觸發電路的電極片或其無觸點電路中的敏感元件依被控可控硅的同名主電極在閉合回路中的連接順序和間隔位置角度安裝在轉子組件的某一圓周面或端面上，與該圓周面或端面相對，在定子的安裝支承上設置有與電極片或無觸點電路中敏感元件相適應的電刷、光源、磁塊、或者感應塊等控制裝置，設置控制裝置的安裝支承是一個或者是相距180°位置角度的兩個。
專利摘要可控硅換向推斥電動機,在轉子繞組閉合回路中有規律地設置有等于閉合回路元件數或等于閉合回路元件數二分之一的可控硅。每只可控硅分別設置有觸發電路。在定子上安裝有固定的或可移動的觸發控制裝置。本實用新型解決了推斥電動機換向困難的問題,電動機正反轉及調速控制簡單、方便,運轉速度可以更高。
文檔編號H02K29/00GK2321163SQ9724517
公開日1999年5月26日 申請日期1997年9月15日 優先權日1997年9月15日
發明者崔寶林 申請人:崔寶林