專利名稱：一種高轉(zhuǎn)矩高效率高電壓變功率智能驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明申請，涉及一種高轉(zhuǎn)矩高效率高電壓變功率智能驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成方法；并 進(jìn)一步可以構(gòu)成電動汽車輪轂電機(jī)車輪動力系統(tǒng)、電卡盤新機(jī)床、等機(jī)電控制一體化系統(tǒng)。
技術(shù)背景傳統(tǒng)的常規(guī)電動機(jī)"轉(zhuǎn)矩不夠大、效率不夠高"的顯著不足，在用來制造電動汽車時(shí)， 使它不得不依賴變速機(jī)械來驅(qū)動車軸，再帶動車輪旋轉(zhuǎn)前進(jìn)；或者是把小功率電機(jī)安裝在車 底盤上，以旋轉(zhuǎn)的電機(jī)軸直接驅(qū)動車輪轂旋轉(zhuǎn)來推動車輪前進(jìn)。顯然，大電機(jī)加上機(jī)械變速 箱、聯(lián)軸器、傳動軸等機(jī)械傳動系統(tǒng)，既大又笨重，既占用了車內(nèi)的寶貴空間，又白白消耗 浪費(fèi)了寶貴的車載電能。小功率電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不夠用，大功率電機(jī)又受體積限制而無法安 裝在車底盤上使用。這就是目前制約電動汽車動力系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)技術(shù)難點(diǎn)之一，它極大地 阻礙了電動汽車的迅速發(fā)展、進(jìn)步和推廣使用。通用機(jī)床也是不得不使用機(jī)械變速主軸箱來 增大電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，而機(jī)床主軸箱既占了機(jī)床造價(jià)的一大半，又耗費(fèi)了70%以上的電能， 故近年來國際機(jī)床市場上，又開始流行了無機(jī)床主軸箱的電主軸機(jī)床的新浪潮。同理，在許 多需要輸出大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械設(shè)備中，也都存在有類似的電機(jī)"輸出轉(zhuǎn)矩不夠用，效率不夠高" 的障礙情況。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明申請，就是發(fā)明了一種對傳統(tǒng)常規(guī)電動機(jī)的"轉(zhuǎn)矩、效率、功率"三個(gè)變量一體 化改造的新方法，將完全可以把傳統(tǒng)的常規(guī)電動機(jī)，改造成為一種能夠"輸出高轉(zhuǎn)矩、運(yùn)行 高效率、使用高電壓、輸出變功率、控制智能化"的新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)，這就是要極大地提高傳統(tǒng)常規(guī)電機(jī)的使用電壓，并增大它的輸出功率，就可以使這樣構(gòu) 成的新驅(qū)動電動機(jī)輸出極高的轉(zhuǎn)矩。只要是對這個(gè)新改造制作出來的高電壓的大功率新驅(qū)動 電動機(jī)，再分別輸入相對應(yīng)小功率時(shí)的各種數(shù)值的低電壓，新驅(qū)動電動機(jī)就完全可以是運(yùn)行 在各種數(shù)值的滿功率的高效率區(qū)了。而這樣改造、制作出來的新驅(qū)動電動機(jī)，顯然就已經(jīng)是 徹底地變成為了一個(gè)變功率電機(jī)，也就是已經(jīng)變成了一個(gè)可以輸出各種不同數(shù)值的功率，并 同時(shí)可以輸出各種不同數(shù)值的轉(zhuǎn)矩的新驅(qū)動電動機(jī)。與該新驅(qū)動電動機(jī)配套使用的新電機(jī)電 子控制器系統(tǒng)是一個(gè)人工智能控制系統(tǒng)，它能夠產(chǎn)生、輸出、供給新驅(qū)動電動機(jī)一系列不同 數(shù)值的階梯電壓，來滿足和控制新驅(qū)動電動機(jī)的運(yùn)行。由此兩個(gè)部分系統(tǒng)構(gòu)成的新驅(qū)動電動 機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成特點(diǎn)，可以簡略地概括為"輸入高電壓，輸出大功率，獲取高轉(zhuǎn)矩；輸入低電 壓，輸出小功率，獲取高效率；控制智能化，運(yùn)行滿功率，電機(jī)變功率"。這種改造傳統(tǒng)的常規(guī)電動機(jī)，來構(gòu)成新的機(jī)電控制一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造方法，構(gòu)思新 穎，設(shè)計(jì)巧妙，技術(shù)先進(jìn)，非常實(shí)用；將可以極大地推動現(xiàn)代電動汽車、電卡盤新機(jī)床、無 機(jī)軸孔泵、等等現(xiàn)代裝備制造新業(yè)的迅猛發(fā)展與進(jìn)步。 技術(shù)方案本發(fā)明申請是要把傳統(tǒng)的常規(guī)電機(jī)，改造成為一種能夠"輸出大轉(zhuǎn)矩，運(yùn)行高效率"的 新驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)，就是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的常規(guī)電動機(jī)——這個(gè)舊工業(yè)社會時(shí)代的優(yōu)秀產(chǎn)物，是為滿 足舊工業(yè)的通用機(jī)械設(shè)備使用需要設(shè)計(jì)的。遇有需要輸出大轉(zhuǎn)矩時(shí)，都以添加變速機(jī)械來輕 松解決。故傳統(tǒng)電機(jī)的運(yùn)行工況簡單，過載系數(shù)一般為2 3，繞組導(dǎo)線的過流能力一般也 不過2倍，這樣就已經(jīng)是完全滿足了舊工業(yè)社會整個(gè)時(shí)代的各類機(jī)械設(shè)備的廣泛使用需求。 但是現(xiàn)代電動汽車——這個(gè)充分具備了信息網(wǎng)絡(luò)先進(jìn)特征的新時(shí)代的驕子，已不再允許有多 余的變速機(jī)械等，來消耗寶貴的車載電能和擠占僅有的車內(nèi)空間。它的啟動、加速、減速、 制動、爬坡、高速行駛、低速行駛、坑洼溝壑路、深水路、暴風(fēng)驟雨、天寒地凍、極高極低 溫度驟變的惡劣環(huán)境、等等復(fù)雜變化工況的各種使用需求，也都不是傳統(tǒng)常規(guī)電機(jī)的技術(shù)與 指標(biāo)，所能夠完全直接滿足的。這就是說，我們必須依據(jù)現(xiàn)代電動汽車自身的原理特征和其 復(fù)雜變化工況的各種使用需求，來把傳統(tǒng)的常規(guī)電機(jī)，改造成為能夠滿足現(xiàn)代電動汽車使用 基本需求——"過載系統(tǒng)達(dá)到IO 15以上，并能在所有變化工況中都處于高效率的運(yùn)行狀 態(tài)"的新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)；以及能夠滿足電卡盤新機(jī)床、無機(jī)軸孔泵等其它各種需要輸出大 轉(zhuǎn)矩的機(jī)械設(shè)備的使用需要。這里提出的對傳統(tǒng)常規(guī)電動機(jī)的"轉(zhuǎn)矩、效率、功率"三個(gè)變量一體化改造的方法，是沖破了過去的"只提高一個(gè)變量的技術(shù)指標(biāo)時(shí)，電機(jī)系統(tǒng)就會因?yàn)槭艿狡渌鄠€(gè)變量的相互牽制和影響——結(jié)果總是'顧此失彼'無法成功"的舊框框，而設(shè)計(jì)出來的一-種電機(jī)改造新方法。下面就以傳統(tǒng)的三相感應(yīng)電動機(jī)為例，對這個(gè)創(chuàng)新改造電機(jī)新方法的設(shè)計(jì)原理和突破要點(diǎn)進(jìn)行簡單扼要的分析和說明。如圖1示，這是傳統(tǒng)三相感應(yīng)電動機(jī)的特性曲線，即是三相感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系曲線。這就是說，三相感應(yīng)電動機(jī)的瞬間最大電流達(dá)到其額定電流值2倍的瞬間時(shí)，可瞬間輸出最大轉(zhuǎn)矩T一，且為其額定轉(zhuǎn)矩T。的2 3倍；即是電機(jī)的過載系統(tǒng)為2 3，這里可以暫時(shí)設(shè)定T。max = 2.5 T。。但是在此時(shí)此條件下，再要增大該電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩己經(jīng)是絕無可能了。如圖2示，我們設(shè)置了第l個(gè)假設(shè)條件"電機(jī)電阻在電機(jī)運(yùn)行中保持不變。" 由基本公式電阻R = U / I ，額定功率P。 = U。 X I。和最大轉(zhuǎn)矩T。自oc p。_可知，
當(dāng)把電壓U提升2倍時(shí)，即U( = 2 U(,時(shí)，電流I也會增大2倍，即I, = 2 1 ， 則有新電壓U,條件下，新的最大功率P^ =仏X I, = 2 U。 X2 1 = 4 P。。 即在電壓提升2倍的條件下，電機(jī)最大輸出功率P^可增大為原來的額定電壓U,條件下的額定功率P。的4倍。此時(shí)則有，與P』對應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩T, = 4 T。max = 4 X 2.5 T = 10 T。。 即此時(shí)電機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩T,,，已增大為原來的電機(jī)額定電壓U。條件下的額定輸出轉(zhuǎn)矩L的10倍。即在第l假設(shè)條件成立、突破額定電壓U。的限制、即提升2倍輸入電壓的條件下，電機(jī) 的過載系統(tǒng)可以達(dá)到10。我們再設(shè)置第2個(gè)假設(shè)條件"運(yùn)行中的電機(jī)電流可以超過瞬間極限值，且電機(jī)不致過熱0 ，，故伎重演，再提升輸入電壓U2 = 2 U,時(shí)，則有I^ = 2 ，即達(dá)到新電壓U2條件下的 瞬間電流的極限值I一 。電機(jī)瞬間輸出的最大功率值P^^U2 X 1^ = 2" X 21^ = 4 X U, X I =4P, ,X 。此時(shí)與其對應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩T。自^ P。max， 則有L腿=4 L謹(jǐn)=4 X 10 T。 = 40 T。。即此時(shí)已使電機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩T^ ,增大為原來的電機(jī)額定電壓U。條件下的額定輸出 轉(zhuǎn)矩T。的40倍。即在第l、第2兩個(gè)假設(shè)條件都成立、再次突破額定電壓U,的限制、即再次提升2倍輸 入電壓的條件下，電機(jī)的過載系統(tǒng)就可以再提高并達(dá)到40?？梢姡谏鲜鎏厥獾臈l件下，電機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，是完全可以滿足和超出電動汽車"過 載系統(tǒng)達(dá)到10 15以上"的基本要求。上述2個(gè)假設(shè)條件，是從低電壓端往高電壓端來觀看和設(shè)置的，或者是從小功率端往大 功率端來觀看和設(shè)置的；顯然，這些都是傳統(tǒng)電機(jī)無法具體實(shí)現(xiàn)并制作出來的，即在以往的 現(xiàn)實(shí)中是不可能成立的。但是反過頭來一看，即從高電壓端往低電壓端來觀看和從大功率端 往小功率端來觀看，即是對高電壓的大功率電機(jī)輸入低電壓以使該電機(jī)輸出小功率，上述2 個(gè)假設(shè)條件就都是很正確而完全成立；顯然，這種電機(jī)就是完全能夠具體實(shí)現(xiàn)并制作出來的 了。這種電機(jī)唯一的先天不足，就是電機(jī)在輸入額定的高電壓下運(yùn)行時(shí)，只要是低速運(yùn)行和 輸出低轉(zhuǎn)矩，就是在輸出小功率，也就是運(yùn)行在電機(jī)的低效率區(qū)，這是很浪費(fèi)電能的。但是，正如上述例子分析中的那樣，只要是能對新改造制作出來的高電壓的大功率新驅(qū) 動電動機(jī)，分別輸入相對應(yīng)小功率時(shí)的各種數(shù)值的低電壓，新驅(qū)動電動機(jī)就完全可以是運(yùn)行 在各種數(shù)值的滿功率的高效率區(qū)了。也就是完全使新驅(qū)動電動機(jī)的"高轉(zhuǎn)矩"與"高效率" 相互協(xié)調(diào)一致，亦即達(dá)到了使新驅(qū)動電動機(jī)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 "高轉(zhuǎn)矩"與"高效率"的統(tǒng)一目標(biāo)。 顯然，這樣改造、制作出來的新驅(qū)動電動機(jī)，已經(jīng)徹底地變成為了一個(gè)變功率電機(jī)，也就是 已經(jīng)變成了一個(gè)可以輸出各種不同數(shù)值的功率，并可以同時(shí)輸出各種不同數(shù)值的轉(zhuǎn)矩的新驅(qū) 動電動機(jī)。新驅(qū)動電動機(jī)與眾不同的最基本特點(diǎn)，就是要由新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)產(chǎn)生、輸出、供 給新驅(qū)動電動機(jī)一系列不同數(shù)值的輸入電壓，新驅(qū)動電動機(jī)就是在這一系列不同數(shù)值的輸入 電壓——序列群的階梯電壓下運(yùn)行工作，而能夠變化輸出一系列不同數(shù)值的瞬間輸出功率， 并能夠相應(yīng)地輸出一系列不同數(shù)值的瞬間最大輸出轉(zhuǎn)矩——序列群的階梯輸出轉(zhuǎn)矩；因而新 驅(qū)動電動機(jī)始終是工作在一系列不同數(shù)值的滿功率、高效率的運(yùn)行狀態(tài)。這種新驅(qū)動電動機(jī)， 也就完全滿足和超出了電動汽車"過載系統(tǒng)達(dá)到IO 15以上，并能在所有變化工況中都處 于高效率的運(yùn)行狀態(tài)"的基本要求。故由此總結(jié)得出來的新驅(qū)動電動機(jī)的改造設(shè)計(jì)方案，其 特點(diǎn)也可以簡略地描述為"輸入高電壓，輸出大功率，獲取高轉(zhuǎn)矩；輸入低電壓，輸出小功 率，獲取高效率；控制智能化，運(yùn)行滿功率，電機(jī)變功率"?？梢姡@種高轉(zhuǎn)矩高效率高電壓 變功率智能驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)，就是由新驅(qū)動電動機(jī)和新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)兩個(gè)部分系統(tǒng)共同構(gòu)成，而成為機(jī)電控制一體化的一個(gè)新系統(tǒng)。由于新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)是一個(gè)人工智能 控制系統(tǒng)，故此新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)，也就可以稱為智能驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)。新驅(qū)動電動機(jī)整個(gè)電氣結(jié)構(gòu)的具體數(shù)值，都將會被重新設(shè)計(jì)改進(jìn)，以充分滿足新驅(qū)動電 動機(jī)新的使用功能需求。相對于傳統(tǒng)的常規(guī)舊電動機(jī)來說，改造制作出來的新驅(qū)動電動機(jī)系 統(tǒng)，將要求是能長期在極寬范圍的、并含有極高的輸入電壓下運(yùn)行工作。新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng) 的最高使用電壓值，既可以就是一般的高壓電機(jī)的常用電壓值，也可以是成倍地超出傳統(tǒng)的 常規(guī)低壓電機(jī)的常用電壓值。故新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的絕緣強(qiáng)度將被大大地提高，以使新驅(qū)動 電動機(jī)能適應(yīng)極高電壓的長期反復(fù)沖擊。同時(shí)還需要適當(dāng)?shù)丶哟笮买?qū)動電動機(jī)繞組導(dǎo)線的橫 截面積，以使新驅(qū)動電動機(jī)能承受住大電流的長期沖擊。也還需要適當(dāng)?shù)卦黾有买?qū)動電動機(jī) 的鐵心總質(zhì)量，以增加新驅(qū)動電動機(jī)的最大輸出功率和最大輸出轉(zhuǎn)矩。新驅(qū)動電動機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，既可以保留傳統(tǒng)的常規(guī)舊電機(jī)的通用機(jī)械結(jié)構(gòu)形式來使 用，又可以適當(dāng)?shù)馗淖冃买?qū)動電動機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式來使用，以便進(jìn)一步構(gòu)成其它各類機(jī)電 一體化的工作機(jī)械設(shè)備。比如可以去掉傳統(tǒng)的常規(guī)舊電機(jī)的鑄鐵外殼，并改變電機(jī)初級定 子、電機(jī)次級轉(zhuǎn)子的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，把新結(jié)構(gòu)的電機(jī)初級定子用銷、鍵等方式，安裝在靜止 不動的車軸上，而把新結(jié)構(gòu)的電機(jī)次級轉(zhuǎn)子安裝在車軸承上的車輪轂里面的，或者是安裝在 車軸軸瓦上的車輪轂里面的，即可構(gòu)成電動汽車的輪轂電機(jī)車輪動力系統(tǒng)；并由新電機(jī)電子 控制器系統(tǒng)與汽車電子控制器系統(tǒng)組合成新的總控制器系統(tǒng)，來控制驅(qū)動電動汽車的行駛。 又比如把現(xiàn)代舊機(jī)床的主軸箱整個(gè)去掉不要，而僅僅是把其中主軸的一部分(肉為無須使 用原來的長度而裁掉了一截)留下來作為電卡盤新機(jī)床的主軸使用，或者是新制作一個(gè)電卡 盤新機(jī)床主軸來使用。同時(shí)把該機(jī)床卡盤外圓鑄鐵殼向后面延伸長一段，并安裝在靜止不動 的電卡盤新機(jī)床主軸上的軸承上，或者是軸瓦上。還要新裝一個(gè)小功率電機(jī)，來驅(qū)動絲杠旋 轉(zhuǎn)工作。同時(shí)去掉傳統(tǒng)的常規(guī)舊電機(jī)的鑄鐵外殼，并改變電機(jī)初級定子、電機(jī)次級轉(zhuǎn)子的機(jī) 械結(jié)構(gòu)形式，把新結(jié)構(gòu)的電機(jī)初級定子用銷、鍵等方式，安裝在靜止不動的電卡盤新機(jī)床主 軸上，而把新結(jié)構(gòu)的電機(jī)次級轉(zhuǎn)子，安裝在電卡盤新機(jī)床卡盤外圓鑄鐵殼向后面延伸長的一 段里面，即可構(gòu)成無主軸箱的電卡盤新機(jī)床；并由新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)與機(jī)床電子控制器 系統(tǒng)組合成新的總控制器系統(tǒng)，來控制驅(qū)動電卡盤新機(jī)床的工作。新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)是一個(gè)人工智能控制系統(tǒng)，它是由現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、逆變技術(shù)、變頻技術(shù)、調(diào)壓技術(shù)、等等最新的高科技技術(shù)構(gòu)成；也就是由微電腦或單片機(jī)，以及各類傳感器、各類執(zhí)行機(jī)電設(shè)備、各種專用功能電路、等等的硬件和軟件組成。在新驅(qū)動電動機(jī)系 統(tǒng)與其它各種機(jī)電設(shè)備，共同構(gòu)成其它種類的機(jī)電控制一體化新系統(tǒng)時(shí)，其新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)，將可以與其它機(jī)電設(shè)備的電子控制器系統(tǒng)，組合成一個(gè)總控制性質(zhì)的、綜合性的、 新系統(tǒng)的電機(jī)電子控制器系統(tǒng)。新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)，將能夠依據(jù)從新驅(qū)動電動機(jī)處采集 到的信息，即由各種傳感器反饋回來的信息——亦即新驅(qū)動電動機(jī)在各種復(fù)雜變化工況下運(yùn) 行時(shí)的各種不同的電壓需求，來自動產(chǎn)生、輸出、供給新驅(qū)動電動機(jī)一個(gè)很寬范圍的、高、 低電壓數(shù)值各不相同的、即是有著很多個(gè)檔次的階梯電壓序列群。當(dāng)新驅(qū)動電機(jī)在運(yùn)行中遇 有需要高電壓輸入時(shí)，新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)立即可以把高電壓輸入新驅(qū)動電動機(jī)，以使新 驅(qū)動電動機(jī)立刻輸出大功率，并同時(shí)輸出很高的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)新驅(qū)動電動機(jī)在運(yùn)行中遇有需要各 種不同數(shù)值的低電壓輸入時(shí)，新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)立即可以各種不同數(shù)值的低電壓輸入新 驅(qū)動電動機(jī)，以使新驅(qū)動電動機(jī)立刻輸出各種不同數(shù)值的小功率，即滿足各種不同數(shù)值的小 功率工況運(yùn)行時(shí)，輸出各種不同數(shù)值的小轉(zhuǎn)矩的使用需要，也即是使新驅(qū)動電動機(jī)在各種不 同數(shù)值的低電壓下輸出各種不同數(shù)值的滿功率，即使新驅(qū)動電動機(jī)始終是運(yùn)行在各種不同數(shù) 值的高效率的狀態(tài)。根據(jù)使用需要的不同，不同的新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)，其產(chǎn)生、輸出、供給新驅(qū)動電動 機(jī)的序列群階梯電壓的檔次數(shù)目，也不會完全相同。它們各自確定輸出的階梯電壓的檔次數(shù)
目，可以分別是多達(dá)幾十個(gè)、以至于幾百個(gè)，或者是上千個(gè)。每相鄰兩個(gè)階梯電壓檔次的差 值，可以是相同的固定數(shù)值，也可以是向階梯電壓上、下兩端變化的不同數(shù)值。這樣就可以 充分地滿足新驅(qū)動電動機(jī)更多的變換功率使用需要，以及充分地滿足新驅(qū)動電動機(jī)高效率的 運(yùn)行需求。新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)，可以很精確地產(chǎn)生、輸出任何一個(gè)預(yù)先設(shè)定好了的數(shù)值 的電壓，以使新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)也能精確地輸出相應(yīng)的功率和轉(zhuǎn)矩，并處于高效率的運(yùn)行狀 態(tài)。對于每一個(gè)新驅(qū)動電動機(jī)而言，其使用序列群階梯電壓各個(gè)檔次電壓的方法規(guī)律，是可 以山新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)設(shè)定為固定不變，并完全為其所操作控制的。新驅(qū)動電動機(jī)在仟 何復(fù)雜變化工況下啟動運(yùn)行時(shí)，當(dāng)其瞬間電流值剛剛超過該電壓下的額定電流值2倍時(shí)，新 電機(jī)電子控制器系統(tǒng)就會立即向新驅(qū)動電動機(jī)輸入一個(gè)比該電壓高一個(gè)檔次的新電壓，以使 新驅(qū)動電動機(jī)自動升入到比該電壓高一個(gè)檔次的階梯電壓下繼續(xù)運(yùn)行。而當(dāng)電機(jī)瞬間電流值 剛剛低過該電壓下額定電流值的某一個(gè)特別設(shè)定的倍數(shù)數(shù)值——門坎電流值時(shí)，新電機(jī)電子 控制器系統(tǒng)就會立即向新驅(qū)動電動機(jī)輸入一個(gè)比該電壓低一個(gè)檔次的新電壓，以使新驅(qū)動電 動機(jī)自動降入到比該電壓低一個(gè)檔次的階梯電壓下繼續(xù)運(yùn)行。這就實(shí)現(xiàn)了在設(shè)計(jì)很寬電壓范 圍內(nèi)的新驅(qū)動電動機(jī)智能性質(zhì)的變功率輸出，即使新驅(qū)動電動機(jī)完全滿足了各種復(fù)雜變化工 況運(yùn)行下的各種輸出轉(zhuǎn)矩、各種輸出功率的實(shí)際需要，并使新驅(qū)動電動機(jī)始終是穩(wěn)定地運(yùn)行 在各種不同的大、小滿功率狀態(tài)——即高效率的狀態(tài)。新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)，可以為新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)特殊的電壓、電流結(jié)構(gòu)，以 使該新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)輸出變化的、序列群的階梯轉(zhuǎn)矩值，實(shí)現(xiàn)平滑的無縫連接，即呈現(xiàn)線 性的曲線關(guān)系(圖3示)。當(dāng)新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)產(chǎn)生、供給和輸入新驅(qū)動電動機(jī)的序列群 階梯電壓各個(gè)檔次電壓之間的差值，恰好是使新驅(qū)動電動機(jī)在每一個(gè)階梯電壓值下的額定電 流值，正好就等于比該電壓低一個(gè)檔次的階梯電壓值下的額定電流值的2倍；也就是說，當(dāng) 新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)產(chǎn)生、供給和輸入新驅(qū)動電動機(jī)的序列群階梯電壓各個(gè)檔次電壓之間 的差值,是使新驅(qū)動電動機(jī)在每一個(gè)階梯電壓值下的額定電流值的2倍，正好就等于比改電壓高一個(gè)檔次的階梯電壓值下的額定電流值；這就可以使新驅(qū)動電動機(jī)所有變化的序列輸出 轉(zhuǎn)矩值實(shí)現(xiàn)了平滑的無縫連接——線性變化，其變化輸出的各個(gè)不同數(shù)值的功率值，則是跟 隨著輸入新驅(qū)動電動機(jī)的序列群階梯電壓各個(gè)檔次電壓之間的升降變化而實(shí)時(shí)地相應(yīng)跳變。 這也就是使新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)，始終是處于一種輸出連續(xù)線性變化的轉(zhuǎn)矩和輸出平穩(wěn)恒定的 滿功率、高效率的運(yùn)行狀態(tài)?！词沁_(dá)到了我們改造傳統(tǒng)舊電機(jī)、設(shè)計(jì)制造新驅(qū)動電動機(jī) 系統(tǒng)的最高、最完美的理想境界。
至此，我們這樣設(shè)計(jì)、改造、制造出來的新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)，就完全充分地達(dá)到了預(yù)定 的能夠同時(shí)輸出"高轉(zhuǎn)矩"和"高效率"的最終目標(biāo)。也就是實(shí)現(xiàn)了新驅(qū)動電動機(jī)輸出"高 轉(zhuǎn)矩"、"高效率"和"變功率"的三個(gè)變量一體化改造成功的最高境界——控制智能化，即 把傳統(tǒng)的常規(guī)舊電動機(jī)，改造成為了一個(gè)智能型的新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)。我們把其功能特點(diǎn)歸 納起來，即把"輸出高轉(zhuǎn)矩、使用高電壓、運(yùn)行高效率、輸出變功率、控制智能化"概括為 新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的名稱，即是構(gòu)成了 "一種高轉(zhuǎn)矩高效率高電壓變功率智能驅(qū)動電動機(jī)系 統(tǒng)"。它將可以直接使用構(gòu)成電動汽車專用的輪轂電機(jī)車輪動力系統(tǒng)，直接構(gòu)成電卡盤新機(jī)床 等，也可以直接使用它來構(gòu)成其它急需輸出大轉(zhuǎn)矩的各種機(jī)電設(shè)備。發(fā)明優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明申請的優(yōu)點(diǎn)1、輸出高轉(zhuǎn)矩，可以取消傳統(tǒng)電機(jī)必須依賴的拐棍——變速機(jī)械等， 而可以節(jié)省大量的材料、空間、能源，等等。2、運(yùn)行高效率，顯然是可以節(jié)省大量韻電能。 3、使用高電壓，電機(jī)體積小，功率大，可以輸出極大轉(zhuǎn)矩，完全能滿足機(jī)電設(shè)備對大轉(zhuǎn)矩的使用需求。4、輸出變功率，在復(fù)雜變化的工況下，可輸出適合的功率，以節(jié)省電能。5、控 制智能化，以新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)來操縱控制新驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行，顯然是要比人工、或機(jī) 械的控制要可靠、方便、準(zhǔn)確、及時(shí)和效率高。6、用本發(fā)明新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)直接構(gòu)成電動 汽車輪轂電機(jī)車輪動力系統(tǒng)，將可以完全消除電動汽車動力系統(tǒng)與內(nèi)燃機(jī)汽車動力系統(tǒng)，在 輸出總功率方面、在汽車行駛速度方面、在汽車行駛距離等等方面的所有差距。7、用本發(fā)明 新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)直接構(gòu)成的電卡盤新機(jī)床，將完全去掉機(jī)床主軸箱，而可以降低機(jī)床生產(chǎn)成本、節(jié)省大量的材料和能源等；不僅是比國際上目前剛剛興起的、R本發(fā)明的電主軸機(jī)床，精度要高一個(gè)數(shù)量級，而且還彌補(bǔ)了其天生的缺陷~"其機(jī)床主軸孔被堵死而不能使用——即其缺少了一個(gè)傳統(tǒng)機(jī)床必需的、最基本、最常用的主軸孔"給送工料"的使用功能。8、用 本發(fā)明新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)來構(gòu)成新的泵機(jī)，將會是一個(gè)無機(jī)軸孔的新結(jié)構(gòu)泵，不僅可以完全 無需、即節(jié)省了密封件，而且將永無機(jī)軸孔泄漏。


圖1所示，是傳統(tǒng)的三相感應(yīng)電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系曲線示意圖；亦即是 三相感應(yīng)電動機(jī)的特性曲線示意圖。圖2所示，是對設(shè)計(jì)改造中的新驅(qū)動電動機(jī)輸入電壓提升2倍時(shí)，該電機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn) 矩T,, = 10 T。的曲線關(guān)系示意圖。圖3所示，既是對新驅(qū)動電動機(jī)輸入多檔次階梯電壓時(shí)，該電機(jī)變功率輸出多檔次轉(zhuǎn)矩 值T與其對應(yīng)的轉(zhuǎn)速n的關(guān)系曲線示意圖，又是特殊電壓、電流結(jié)構(gòu)下變化的序列輸出轉(zhuǎn)矩
值T的線性曲線示意圖。
具體實(shí)施方式
下面再結(jié)合附圖，對本發(fā)明申請的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一歩的詳細(xì)說明 附圖3所示，也可以被看作是本發(fā)明申請的一個(gè)實(shí)施例。按上述技術(shù)方案要求改造制作出來的新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)，即經(jīng)過大大地提高其絕緣強(qiáng)度， 適當(dāng)?shù)丶哟笃淅@組導(dǎo)線的橫截面積，適當(dāng)?shù)卦黾悠滂F心總質(zhì)量，等等工序，即制造出一個(gè)使用交流電壓范圍為1520V 380V，最大輸出功率為88kw的新驅(qū)動電動機(jī)。并加工制作、或 者是向?qū)I(yè)廠商訂購一個(gè)與該新驅(qū)動電動機(jī)配套使用的、合乎要求的、高質(zhì)量的新電機(jī)電子 控制器系統(tǒng)。在新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)向該新驅(qū)動電動機(jī)輸入1520V以下寬范圍的序列群的多檔次階 梯電壓，新驅(qū)動電動機(jī)輸出的多檔次轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系曲線，就如圖3中所示。其中， 與各特定轉(zhuǎn)矩值相對應(yīng)的多檔次階梯電壓值如下(其中下標(biāo)n、 k、 j等只表示階梯電壓相應(yīng) 的檔次數(shù))即設(shè)其最高電壓值為1520V對應(yīng)于瞬間最大轉(zhuǎn)矩值乙k+j,; 設(shè)其中電壓值為760V對應(yīng)于瞬間最大轉(zhuǎn)矩值TVk max ;設(shè)其低電壓值為380V對應(yīng)于瞬間最大轉(zhuǎn)矩值Tn,，當(dāng)輸入380V時(shí)有額定輸出轉(zhuǎn)矩T。， 且其瞬間最大轉(zhuǎn)矩值1_ = 2.5 T。。因?yàn)?60V = 2 X 380V，所以TVk啦x = 4 T ax = 4 X2.5 T。 = 10 T。。即此時(shí)新驅(qū)動電 機(jī)在輸入中電壓下的輸出轉(zhuǎn)矩，可為低壓電機(jī)輸出額定轉(zhuǎn)矩的10倍，亦即過載系統(tǒng)為IO。因?yàn)?520V = 2 X 760V，所以Tn+k+jM = 4 T +k隨=4 X10 Tfl = 40 T。。即此時(shí)新驅(qū)動 電機(jī)在輸入高電壓下的輸出轉(zhuǎn)矩，可為低壓電機(jī)輸出額定轉(zhuǎn)矩的40倍，亦即過載系統(tǒng)為40。與上述情況相對應(yīng)的該新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的輸出功率分別為-輸入1520V時(shí)，電機(jī)輸出功率為88kw;輸入760V時(shí)，電機(jī)輸出功率為22kw;輸入380V時(shí)，電機(jī)輸出功率為5.5kw。顯然，向該新驅(qū)動電動機(jī)輸入該電壓范圍內(nèi)的任何一個(gè)電壓數(shù)值時(shí)，該電機(jī)都會有一個(gè) 相對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩值和輸出功率值。本發(fā)明申請的最佳實(shí)施方案之一，就是上述的這個(gè)實(shí)施例。
權(quán)利要求
1、一種高轉(zhuǎn)矩高效率高電壓變功率智能驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成方法，是用傳統(tǒng)常規(guī)電動機(jī)改造構(gòu)成的新驅(qū)動電動機(jī)，和用能向新驅(qū)動電動機(jī)輸入系列階梯電壓的新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)，共同構(gòu)成的機(jī)電控制一體化的新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的方法，其特征在于必須同時(shí)兼顧地改造傳統(tǒng)常規(guī)電機(jī)的“轉(zhuǎn)矩、效率、功率”三個(gè)變量，而對這三個(gè)變量進(jìn)行一體化的改造；即是要極大地提高傳統(tǒng)常規(guī)電機(jī)的使用電壓，并增大它的輸出功率，就可以使這樣構(gòu)成的新驅(qū)動電動機(jī)輸出極高的轉(zhuǎn)矩；只要是對這個(gè)新改造制作出來的高電壓的大功率新驅(qū)動電動機(jī)，再分別輸入相對應(yīng)小功率時(shí)的各種數(shù)值的低電壓，新驅(qū)動電動機(jī)就完全可以是運(yùn)行在各種數(shù)值的滿功率的高效率區(qū)了；而這樣改造、制作出來的新驅(qū)動電動機(jī)，顯然就已經(jīng)是徹底地變成為了一個(gè)變功率電機(jī)，也就是已經(jīng)變成了一個(gè)可以輸出各種不同數(shù)值的功率，并同時(shí)可以輸出各種不同數(shù)值的轉(zhuǎn)矩的新驅(qū)動電動機(jī)；與該新驅(qū)動電動機(jī)配套使用的新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)是一個(gè)人工智能控制系統(tǒng)，它能夠產(chǎn)生、輸出、供給新驅(qū)動電動機(jī)一系列不同數(shù)值的階梯電壓，來滿足和控制新驅(qū)動電動機(jī)的運(yùn)行；由這兩個(gè)部分系統(tǒng)構(gòu)成的新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以簡略地概括為“輸入高電壓，輸出大功率，獲取高轉(zhuǎn)矩；輸入低電壓，輸出小功率，獲取高效率；控制智能化，運(yùn)行滿功率，電機(jī)變功率”。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高轉(zhuǎn)矩高效率高電壓變功率智能驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成方 法，其特征在于新驅(qū)動電動機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，既可以保留傳統(tǒng)的常規(guī)舊電機(jī)的通用機(jī)械 結(jié)構(gòu)形式來使用，又可以適當(dāng)?shù)馗淖冃买?qū)動電動機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式來使用，以便進(jìn)一步構(gòu)成 其它各類機(jī)電一體化的工作機(jī)械設(shè)備；新驅(qū)動電動機(jī)電氣結(jié)構(gòu)的具體數(shù)值，都將會被重新設(shè) 計(jì)改進(jìn)，改造制作出來的新驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)，將要求是能長期在極寬范圍的、并含有極高的 輸入電壓下運(yùn)行工作；新驅(qū)動電動機(jī)的最高使用電壓值，既可以就是一般的高壓電機(jī)的常用 電壓值，也可以是成倍地超出傳統(tǒng)常規(guī)低壓電機(jī)的常用電壓值；故新驅(qū)動電動機(jī)的絕緣強(qiáng)度 將被大大地提高，以使新驅(qū)動電動機(jī)能適應(yīng)極高電壓的長期反復(fù)沖擊；同時(shí)還需要適當(dāng)?shù)丶?大新驅(qū)動電動機(jī)繞組導(dǎo)線的橫截面積，以使新驅(qū)動電動機(jī)能承受住大電流的長期沖擊；也還 需要適當(dāng)?shù)卦黾有买?qū)動電動機(jī)的鐵心總質(zhì)量，以增加新驅(qū)動電動機(jī)的最大輸出功率和最大輸 出轉(zhuǎn)矩。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高轉(zhuǎn)矩高效率高電壓變功率智能驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成方 法，其特征在于新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)是一個(gè)人工智能控制系統(tǒng)，是由現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、 逆變技術(shù)、變頻技術(shù)、調(diào)壓技術(shù)、等等最新的高科技技術(shù)構(gòu)成；也就是由微電腦或單片機(jī)， 以及各類傳感器、各類執(zhí)行機(jī)電設(shè)備、各種專用功能電路、等等的硬件和軟件組成；新電機(jī) 電子控制器系統(tǒng)，將能夠依據(jù)從新驅(qū)動電動機(jī)處采集到的信息，即由各種傳感器反饋回來的 信息——亦即新驅(qū)動電動機(jī)在各種復(fù)雜變化工況下運(yùn)行時(shí)的各種不同的電壓需求，來自動產(chǎn) 生、輸出、供給新驅(qū)動電動機(jī)一個(gè)很寬范圍的、高、低電壓數(shù)值各不相同的、即是有著很多個(gè)檔次的階梯電壓序列群；當(dāng)新驅(qū)動電機(jī)在運(yùn)行中遇有需要高電壓輸入時(shí)，新電機(jī)電子控制 器系統(tǒng)立即可以把高電壓輸入新驅(qū)動電動機(jī)，以使新驅(qū)動電動機(jī)立刻輸出大功率和很高的轉(zhuǎn) 矩；當(dāng)新驅(qū)動電動機(jī)在運(yùn)行中遇有需要各種不同數(shù)值的低電壓輸入時(shí)，新電機(jī)電子控制器系 統(tǒng)立即可以各種不同數(shù)值的低電壓輸入新驅(qū)動電動機(jī)，以使新驅(qū)動電動機(jī)立刻輸出各種不同 數(shù)值的小功率和小轉(zhuǎn)矩。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高轉(zhuǎn)矩高效率高電壓變功率智能驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成方 法，其特征在于新驅(qū)動電動機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以改變，可以是去掉傳統(tǒng)的常規(guī)舊電機(jī)的鑄鐵 外殼，并改變電機(jī)初級定子、電機(jī)次級轉(zhuǎn)子的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，把新結(jié)構(gòu)的電機(jī)初級定子使用 銷、鍵等方式，安裝在靜止不動的車軸上，而把新結(jié)構(gòu)的電機(jī)次級轉(zhuǎn)子安裝在車軸承上的車 輪轂里面的，或者是安裝在車軸軸瓦上的車輪轂里面的，即可構(gòu)成電動汽車的輪轂電機(jī)車輪 動力系統(tǒng)；并由新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)與汽車電子控制器系統(tǒng)組合成新的總控制器系統(tǒng)，來 控制驅(qū)動電動汽車的行駛。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高轉(zhuǎn)矩高效率高電壓變功率智能驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成方 法，其特征在于新驅(qū)動電動機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)可以改變，以便用來構(gòu)成電卡盤新機(jī)床；可以把現(xiàn) 代舊機(jī)床的主軸箱整個(gè)去掉不要，而僅僅是把其中主軸的一部分(因?yàn)闊o須使用原來的長度 而裁掉了一截)留下來作為電卡盤新機(jī)床的主軸使用，或者是新制作一個(gè)電卡盤新機(jī)床主軸 來使用；同時(shí)把該機(jī)床卡盤外圓鑄鐵殼向后面延伸長一段，并安裝在靜止不動的電卡盤新機(jī) 床主軸上的軸承上，或者是軸瓦上；還要新裝一個(gè)小功率電機(jī)，來驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)工作；同時(shí) 去掉傳統(tǒng)的常規(guī)舊電機(jī)的鑄鐵外殼，并改變電機(jī)初級定子、電機(jī)次級轉(zhuǎn)子的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式， 把新結(jié)構(gòu)的電機(jī)初級定子使用銷、鍵等方式，安裝在靜止不動的電卡盤新機(jī)床主軸上，而把 新結(jié)構(gòu)的電機(jī)次級轉(zhuǎn)子，安裝在電卡盤新機(jī)床卡盤外圓鑄鐵殼向后面延伸長的一段里面，即 可構(gòu)成無主軸箱的電卡盤新機(jī)床；并由新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)與機(jī)床電子控制器系統(tǒng)組合成 新的總控制器系統(tǒng)，來控制驅(qū)動電卡盤新機(jī)床的工作。
全文摘要
本發(fā)明申請，一種高轉(zhuǎn)矩高效率高電壓變功率智能驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成方法，是用傳統(tǒng)電機(jī)改造成的新驅(qū)動電動機(jī)和新電機(jī)電子控制器系統(tǒng)，共同構(gòu)成的機(jī)電控制一體化新系統(tǒng)。是按照“輸入高電壓，輸出大功率，獲取高轉(zhuǎn)矩；輸入低電壓，輸出小功率，獲取高效率；控制智能化，運(yùn)行滿功率，電機(jī)變功率”的電機(jī)改造方案，對傳統(tǒng)電機(jī)進(jìn)行了“轉(zhuǎn)矩、效率、功率”三個(gè)變量一體化的改造而成。它“體積小巧功率大，功率變化效率高，輸出轉(zhuǎn)矩足夠大”，完全滿足現(xiàn)代電動汽車、電卡盤新機(jī)床、及其它需要輸出大轉(zhuǎn)矩的機(jī)電設(shè)備的使用需求。
文檔編號H02P27/00GK101154916SQ20071002984
公開日2008年4月2日 申請日期2007年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月23日
發(fā)明者海 任 申請人:海 任