專利名稱：雙轉子調速電動機裝置及其調速方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到調速電動機裝置及其調速方法，具體說涉及到雙轉子調速電動機裝置及其調速方法。
眾所周知，在工、農(nóng)業(yè)及其它領域中廣泛使用各種型式的交、直流電動機，由于其負載機械的要求，需要對電動機的轉速進行調節(jié)。特別是隨著現(xiàn)代生產(chǎn)過程自動化的發(fā)展，要求電動機能在很寬范圍內調速。
由于感應電動機的調速性能不如直流電動機，所以，盡管感應電動機具有重量輕、成本低、節(jié)約有色金屬材料、維護簡便、節(jié)能效果顯著等許多優(yōu)點，其應用范圍仍受到限制;尤其在對調速性能要求高的設備中，不能代替直流電動機，因此提高感應電動機的調速性能就成為一個重要課題。以前采用的各種直流電動機調速手段中，調磁調速的調速范圍較大，調速平滑，但仍不能在某些負載要求的低轉速額定負載工況下長時間運行，所以在應用條件要求必須使用直流電動機的場合，進一步提高其調速性能也是實際的需要。
近代發(fā)展較快的交流感應電動機的變頻調速，其調速范圍大，平滑性好，但需要專門的復雜的變頻設備，價格昂貴且可靠性不高，其應用受到很大限制。還有人提出采用轉差變頻實現(xiàn)交流電機的調速，如在題為“交流電機無級調速的方法和這種電機”的中國專利申請(申請?zhí)朇N85 1 00607)中已有敘述。這種調速方案是將轉差電機，變頻電機等多臺異步機組合在一起，使轉差電機轉子帶動變頻電機轉子轉動，且使該轉差電機轉子的感應電流在變頻電機內產(chǎn)生一個旋轉磁場，該旋轉磁場頻率與變頻電機轉子機械轉動頻率疊加，又對另一個轉子產(chǎn)生適當頻率的旋轉磁場，以達到對電機調速。這種調速方法改善了電機調速性能，但結構復雜、成本高，從而也給生產(chǎn)廠家制造工藝帶來一定困難。
本發(fā)明的目的是提供一種雙轉子結構的調速電動機裝置，該型電動機裝置可以做成在寬轉速范圍內平滑調速，且使電動機能在低轉速拖動額定負載工況下長時間正常運行;同時可達到高效率。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種雙轉子結構的調速電動機裝置，該型電動機裝置結構簡單、成本低，且適于制造廠家利用現(xiàn)有的制造設備進行各種容量的該型交、直流調速電動機的制造。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種雙轉子結構的電動機調速的方法，該方法使調節(jié)平滑，且能夠使電動機在寬轉速范圍內調速，并能在低轉速下拖動額定負載長時間運行。
本發(fā)明的雙轉子調速電動機裝置及其調速方法，不但性能優(yōu)良且結構簡單、成本低廉，易于制造廠家利用現(xiàn)有制造設備進行產(chǎn)品更新，所以可廣泛采用;尤其是該型電動機裝置在很大程度上可以取代直流調速電動機，因而可以獲得很大經(jīng)濟效益。另外，某些工、農(nóng)業(yè)領域中，由于大量使用的感應電動機調速性能差而限制了對生產(chǎn)設備的改造;因此，采用本發(fā)明的電動機裝置有助于消除這種限制，從而推動技術革新進程。
本發(fā)明的雙轉子結構調速電動機裝置包括第一轉子、第二轉子和一個電動機外殼。第一轉子位于外殼內中心部位，可圍繞軸線轉動;第二轉子位于第一轉子外側圍繞著第一轉子，并與其按同一軸線可轉動地安裝，此二轉子之間有一定間隙并存在電磁耦合。電動機外殼位于第二轉子外側圍繞著第二轉子，并與其按同一軸線可轉動地安裝。第二轉子可相對于外殼轉動，外殼通過其底座可固定在裝設處。在兩個轉子的端軸上設有將轉子繞組連至外部電源的集電裝置;對直流電動機，在第一轉子的軸上設有換向器，第二轉子端段上設有滑環(huán)，以使該兩個轉子上的繞組通過分別它們中的一個連至外部直流電源;對交流鼠籠型感應電動機，在第二轉子的端段上設有滑環(huán)，以將第二轉子的繞組通過它連至外部交流電源。其中一個轉子與一個調速裝置在機械上連接;而另一個轉子的軸端連接外部機械負載，或同時也與調速裝置在機械上連接。該調速裝置可以包括齒輪傳動裝置和轉速控制裝置;該齒輪傳動裝置分別與第二轉子及第一轉子在機械上連接，以使得兩個轉子按照該齒輪傳動裝置的傳動比以彼此相及的方向轉動;該轉速控制裝置與電動機外殼固定安裝，并在機械上與齒輪傳動裝置可轉動地連接，以控制齒輪傳動裝置的傳動比。上述調速裝置也可以只包括與電動機外殼固定的轉速控制裝置，該轉速控制裝置直接與第二轉子在機械上連接，以控制兩個轉子轉速的比例關系。
本發(fā)明的第一轉子和第二轉子的電磁結構可分別與現(xiàn)有技術一般電動機(例如鼠籠式交流感應電動機、直流電動機等)的轉子和定子相同;此二轉子之間的電磁作用關系亦與現(xiàn)有技術一般電動機轉子與定子間的電磁作用關系相同;其不同點是在機械結構上，第二轉子可相對于外殼及第一轉子轉動。通過轉速控制裝置調節(jié)齒輪傳動裝置的傳動比，或直接對兩個轉子轉速的比例關系進行調節(jié)，從而也就調節(jié)了連接外部機械負載的轉子的轉速。
本發(fā)明的優(yōu)點及特征，通過對下邊列舉的最佳實施例的描述將更易于明了;附圖中示出了各實施例，其中

圖1為本發(fā)明的第一個實施例縱向剖面示意圖，示出一臺雙轉子交流感應調速電動機裝置，其中的調速裝置包括一個控制電動機和齒輪傳動裝置;
圖2為圖1中沿A-A線的側視剖面示意圖，示出了齒輪傳動裝置;
圖3為本發(fā)明的第二個實施例縱向剖面示意圖;示出一臺雙轉子交流感應調速電動機裝置，其中的調速裝置包括一個電磁離合器和齒輪傳動裝置;
圖4為本發(fā)明的第三個實施例縱向剖面示意圖，示出一臺雙轉子交流感應調速電動機裝置，其中的調速裝置包括一個電磁離合器;
圖5為本發(fā)明的第四個實施例縱向剖面示意圖，示出一臺雙轉子直流調速電動機裝置。
圖6為本發(fā)明的第五個實施例縱向剖面示意圖，它是將圖3中的轉速控制裝置(電磁離合器)換為一個液力泵。
各圖中，相同部件都以相同的編號表示。
圖1示出了本發(fā)明的第一個最佳實施例。圖中，本發(fā)明的雙轉子調速電動機裝置20包括鼠籠式第一轉子10和具有三相平衡繞組的第二轉子9，以及電動機外殼2。其中，第一轉子10及第二轉子9在電磁結構上分別與現(xiàn)有技術的三相鼠籠式交流感應電動機轉子和定子相同。第二轉子9位于第一轉子10的外側圍繞著第一轉子，并與其為同一軸線;第二轉子9的軸向兩個端環(huán)繞著第一轉子10的軸18，并靠兩側的軸承裝置12與軸18可轉動地安裝;該第一和第二轉子之間有一定間隙并存在電磁耦合;外殼2位于第二轉子9的外側圍繞著第二轉子，并靠其兩端的軸承裝置16與第二轉子按同一軸線可轉動地安裝;在第二轉子9的一個端段上，裝有風葉14;且在該風葉14的軸向附近還裝有用于將外部三相交流電源連至第二轉子9上三相平衡繞組的三相滑環(huán)裝置13。第一轉子10的軸18從外殼2的軸向的一側開口延伸到外殼2以外，以連接外部機械負載;在外殼2內與該側軸向相對的另一側，第二轉子9的一端與調速裝置19的圓筒形側壁21為固定安裝。為了提高第二轉子9的強度，以耐受在旋轉時的離心力，在該轉子鐵心外周面上裝有套箍(未示出)。圖中編號3、8、11、15、17為各端蓋。
圖2的側示剖面圖示出了調速裝置19中齒輪傳動裝置的傳動關系。與側壁21固定裝接的齒圈6與四個外齒輪22嚙合，而外齒輪22與固定裝接在第一轉子軸18上的中心齒輪7嚙合，這樣的嚙合關系保證了與齒圈6剛性固定的第二轉子9及與中心齒輪7剛性固定的第一轉子軸18的旋轉方向相反。四個外齒輪22與圓筒形齒輪架5為樞軸連接。圖1的調速裝置19中的轉速控制裝置為一個控制電動機23，它固定在外殼2的端蓋1內側，且該電動機23的軸與齒輪架5剛性連接。
現(xiàn)在說明利用控制電動機23控制電動機裝置20轉速的過程。該電動機23可以選擇為低轉速的電動機，當電動機23與外部電源斷開時，第一轉子10所連接的額定的外部機械負載轉矩足以對第一轉子10制動，使其處于靜止狀態(tài)，而兩個轉子間旋轉磁場產(chǎn)生的相互作用力只是使第二轉子9通過齒圈6帶動外齒輪22、齒輪架5及電動機23轉動，此時第二轉子9與第一轉子10正常轉向相反，而內齒輪7靜止不動;這個負載很小，電動機裝置20消耗的功率接近于第二轉子9靜止而第一轉子10空載轉動狀態(tài)下的空載損耗。
當電動機23加上外部電源且調節(jié)其輸出轉矩(用現(xiàn)有技術的方法)時，則電動機23的輸出軸對齒輪架5施加與其轉動方向F相反的轉矩，從而使其轉速下降，隨著電動機23輸出的反向轉矩上升，使齒輪架的轉速減到零進而變?yōu)槿鐖D2所示G方向的轉動。由于電動機23輸出的反向轉矩通過齒輪架5、外齒輪22作用到齒圈6上，所以在齒輪架5轉速下降同時，齒圈6轉速也下降，而按照兩個轉子之間旋轉磁場的頻率，第一轉子10要維持與第二轉子9一定速度的相對轉動，因此，第一轉子10開始以與第二轉子9相反的方向轉動，待齒輪架5在電動機23作用下以G方向轉動并增加到一定轉速時，齒圈6轉速減到零，第一轉子10升到額定轉速。此時電動機裝置20的運行工況與現(xiàn)有技術三相鼠籠式感應電動機完全相同。可見，通過電動機23對齒輪架6的控制而改變齒圈6對中心齒輪7的傳動比，實現(xiàn)了對第一轉子10從零到額定轉速的調節(jié)，且在低轉速下無過載問題。另外，第一轉子10低轉速時，它和第二轉子9之間仍然維持相對高速旋轉，所以保證了運行的穩(wěn)定性。而且在旋轉磁場力作用下兩個轉子旋轉都通過第一轉子10的軸18向機械負載輸出功率。
圖3示出了本發(fā)明的第二個最佳實施例。圖中，調速裝置19中的轉速控制裝置為一個電磁離合器4，通過改變外加電流(未示出)來調節(jié)對齒輪架5所施加的阻尼轉矩，以改變齒輪架5的轉速。當外加電流足夠大時，使齒輪架5停止轉動，此時的第一轉子達到最高轉速，該轉速值取決于齒輪架5停止轉動時齒輪傳動裝置的傳動比。在齒輪傳動裝置中各外齒輪和中心齒輪均采用斜齒輪且外齒輪22的安裝要使其有一定軸向移動量。當?shù)谝晦D子10外部負載減小時，第一轉子10的轉速趨向上升，此時斜齒的方向是使中心齒輪7對外齒輪22的軸向作用力加大，因而使外齒輪22帶動電磁離合器4的外套向著遠離電磁部件方向移動，使阻尼轉矩減小，則使第二轉子9轉速上升，而使第一轉子10轉速下降，反之當?shù)谝晦D子10外部負載加大而使其轉速為下降趨勢時，也通過斜齒輪作用又使其轉速恢復上升;也就是說構成一個機械負反饋系統(tǒng)，起到穩(wěn)定轉速的作用。
圖4示出了本發(fā)明第三個最佳實施例，與第二個最佳實施例不同點在于其中的調速裝置19僅包括轉速控制裝置，且該轉速控制裝置為一個電磁離合器24。控制該電磁離合器的外加電流，改變它產(chǎn)生的對第二轉子阻尼可以使第二轉子9的轉速從零到最大，從而實現(xiàn)第一轉子10的轉速從額定到零全范圍的調節(jié)。該實施例中，由于去掉齒輪傳動裝置，第一轉子10輸出功率只由旋轉磁場的電磁作用供給。
圖5為本發(fā)明第四個最佳實施例，示出為一臺雙轉子直流調速電動機。圖中，電動機裝置20包括的第一轉子10及第二轉子9在電磁結構上分別與現(xiàn)有技術的直流電動機的轉子和定子相同。第一轉子10、第二轉子9和外殼2在機械結上的相互關系與第一實施例中相應的這三個部件的描述相同。第一轉子連接外部機械負載，第二轉子連接調速裝置19。在第一轉子10的軸18上，裝設有將外部直流電源連至第一轉子10的電樞繞組的換向器裝置25。在第二轉子9的端段上，裝設有將外部直流電源連至第二轉子9的磁場繞組的滑環(huán)裝置24。
圖6為本發(fā)明第五的實施例，其中的轉速控制裝置為一個液力泵26。該液力泵具有高壓液管27和低壓液管28，且在高低壓液管之間通過一個截流閥29進行液路連接;當將截流閥29完全關閉時，液力泵26對齒輪架5呈現(xiàn)最大阻尼轉矩，使齒輪架5處于靜止狀態(tài)，第一轉子10為最大轉速;當逐漸打開截流閥29時，其所呈現(xiàn)的阻尼轉矩減小，齒輪架5轉速上升;當閥29完全打開到無截流狀態(tài)時，其所呈現(xiàn)的阻尼轉矩最小，此時第一轉子10被外部機械負載制動而停止轉動。
盡管以上通過所列舉的實施例對本發(fā)明進行了敘述，但很顯然，本專業(yè)技術領域內的技術人員可作出各種改動或改型，而不脫離本發(fā)明的精神實質;如將第二轉子連接外部機械負載，而將第一轉子連接調速裝置，將電磁離合器換為永磁耦合器，通過調整耦合間隙控制電動機轉速等等;凡屬這些改動或改型仍屬本發(fā)明范圍之內。
權利要求
1.一種雙轉子調速電動機裝置20，其特征在于包括第一轉子10、第二轉子9、電動機外殼2；第一轉子10位于外殼2內中心部位，可圍繞軸線轉動；第二轉子9位于第一轉子10外側以一定間隙圍繞著該第一轉子，并與其按同一軸線可轉動地安裝；外殼2位于第二轉子9的外側圍繞著該第二轉子，并與其按同一軸線可轉動地安裝；在兩個轉子的軸上分別設有將轉子繞組連至外部電源的集電裝置；上述第和第二轉子10、9中至少一個轉子與調速裝置在機械上連接。
2.根據(jù)權利要求1的一種雙轉子調速電動裝置20，其特征在于上述第一轉子10的電磁結構為現(xiàn)有技術交流感應電動機轉子的電磁結構;上述第二轉子9的電磁結構為與上述第一轉子10相對應的現(xiàn)有技術交流感應電動機定子的電磁結構;上述集電裝置為裝設在第二轉子9上的一個滑環(huán)裝置13，以通過它將第二轉子9上的繞組連至外部交流電源。
3.根據(jù)權利要求1的一種雙轉子調速電動裝置20，其特征在于上述第一轉子10的電磁結構為現(xiàn)有技術直流電動機轉子的電磁結構;上述第二轉子9的電磁結構為與上述第一轉子10相對應的現(xiàn)有技術交流感應電動機定子的電磁結構;上述集電裝置為裝設在第一轉子10軸18上的一個換向器裝置25以及在第二轉子9上的滑環(huán)裝置24，以將兩個轉子上的繞組分別通過它們中的一個連至外部直流電源。
4.根據(jù)權利要求2或3的一種雙轉子調速電動裝置20，其特征在于上述調速裝置19包括齒輪傳動裝置，該裝置分別與第二及第一轉子在機械上連接，以使得兩個轉子按照該齒輪傳動裝置的傳動比以彼此相反的方向轉動;轉速控制裝置，該裝置與電動機外殼2固定安裝，并在機械上與齒輪傳動裝置可轉動地連接，通過控制該裝置產(chǎn)生的對齒輪傳動裝置轉動的阻尼轉矩，控制齒輪傳動裝置的傳動比。
5.根據(jù)權利要求2或3的一種雙轉子調速電動裝置20，其特征在于上述電磁裝置19包括轉速控制裝置，該裝置與電動機外殼2固定安裝，并對第二轉子9的轉動產(chǎn)生阻尼轉矩，通過改變阻尼轉矩大小控制第二轉子9的轉速。
6.根據(jù)權利要求4的一種雙轉子調速電動裝置20，其特征在于上述轉速控制裝置為一個電動機23。
7.根據(jù)權利要求4的一種雙轉子調速電動裝置20，其特征在于上述轉速控制裝置為一個電磁離合器4。
8.根據(jù)權利要求4的一種雙轉子調速電動裝置20，其特征在于上述轉速控制裝置為一個液力泵26，該液力泵具有高壓液管27和低壓液管28，且在此高、低壓液管之間通過一個可以調節(jié)截流狀態(tài)的截流閥29進行液路連接。
9.根據(jù)權利要求5的一種雙轉子調速電動裝置20，其特征在于上述轉速控制裝置為一個電磁離合器24。
10.一種雙轉子調速電動機的調速方法;該電動機包括第一轉子10、第二轉子9、電動機外殼2;第一轉子10位于外殼2內中心部位，可圍繞軸線轉動;第二轉子9位于第一轉子10外側以一定間隙圍繞著該第一轉子，并與其按同一軸線可轉動地安裝;外殼2位于第二轉子9的外側圍繞著該第二轉子，并與其按同一軸線可轉動地安裝;在兩個轉子端軸上設有將轉子繞組連至外部電源的集電裝置;該調速方法的特征在于將上述第一及第二轉子10、9中至少一個在機械上與一個調速裝置在機械上連接，通過控制該調速裝置產(chǎn)生的對其中一個轉子轉動的阻尼轉矩，改變其轉速，從而平滑調節(jié)連至外部機械負載的另一個轉子的轉速。
全文摘要
一種雙轉子調速電動機裝置及其調速方法。該電動機包括第一轉子、第二轉子和外殼；第二轉子圍繞著第一轉子并可相對第一轉子及外殼轉動。該兩個轉子中至少有一個在機械上連至一個調速裝置，通過控制該調速裝置產(chǎn)生的對其中一個轉子轉子轉動的阻尼轉矩改變其轉速，從而平滑調節(jié)另一個連至外部機械負載轉子的轉速。該電動機第一、二轉子與現(xiàn)存技術交或直流電動機轉、定子電磁結構相同，適于制造廠產(chǎn)品更新。
文檔編號H02K16/00GK1055627SQ9010204
公開日1991年10月23日 申請日期1990年4月13日 優(yōu)先權日1990年4月13日
發(fā)明者康彥生, 沈太福 申請人:沈太福