[发明专利]单相变频驱动的冲击式电动扳手

权利要求书

1.一种单相变频驱动的冲击式电动扳手，包括电动扳手本体，所述电动扳手本体是由机壳、手柄和具有转子与定子的异步电动机组成，其特征在于设有变频控制系统，所述电动扳手本体经连接导线与变频控制系统相连接。

2.根据权利要求1所述的一种单相变频驱动的冲击式电动扳手，其特征在于所述变频控制系统是由主电路板、控制板和键盘显示屏构成，所述主电路板上设有整流电路、限流滤波电路、制动电路和逆变电路，所述整流电路是由二极管VD1、VD2、VD3、VD4组成，所述限流滤波电路是由电容C7、电容C8、充电电阻RS、开关KS、电阻R1和电阻R2组成，所述制动电路是由制动电阻RB和开关管VB组成，所述逆变电路是由逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6和续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6以及吸收电容C1、C2、C3、C4、C5、C6组成；VD1正极与VD2负极相连并与工频电源火线L相连；VD3的正极与VD4的负极相连并与工频电源零线N相连；VD1负极、VD3负极、RS一端、KS一端相连；RS另一端、KS另一端、R1一端、C7正极端、RB一端、V1集电极、D1负极、C1一端、V3集电极、D3负极、C3一端、V5集电极、D5负极、C5一端相连，形成直流母线端；R1另一端、C7负极端、R2一端、C8正极端相连；RB另一端、VB集电极相连；V1发射极、D1正极、C1另一端、V2集电极、D2负极、C2一端相连，并与输出的U相线相连；V3发射极、D3正极、C3另一端、V4集电极、D4负极、C4一端相连，并与输出的V相线相连；V5发射极、D5正极、C5另一端、V6集电极、D6负极、C6一端相连，并与输出的W相线相连；VD2正极、VD4正极、R2另一端、C8负极端、VB发射极、V2发射极、D2正极、C2另一端、V4发射极、D4正极、C4另一端、V6发射极、D6正极、C6另一端相连，形成直流母线热地端；VB基极、V1基极、V2基极、V3基极、V4基极、V5基极、V6基极与控制板对应端子相连；所述二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4构成单相整流桥，对单相工频电源进行整流，整流后的电压形成脉动电压，滤波电容C7、C8对整流后的脉动电压消除滤波，由于滤波电容C7、C8在断电的短时间内两端存在很高的高压电，为了消除高压电，在滤波电容C7的两端并联电阻R1，在滤波电容C8的两端并联电阻R2，以使滤波电容C7、C8充分放电，由于滤波电容C7、C8储能较大，在接入电源时两端电压为零，因而在上电瞬间滤波电容C7、C8的充电电流很大，过大的电流容易损坏单相整流桥中的二极管，因此，将充电电阻RS串接在直流电路的直流母线上，当滤波电容C7、C8充电到一定程度时，由开关KS将充电电阻RS短路；逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6组成的逆变桥在控制板的控制下将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电，由于电机绕组为感性具有无功分量，续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6为无功电流返回到直流电源提供通道，当电动机处于制动状态时，再生电流通过续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6返回到直流电路上；所述逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6在进行逆变过程时，同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止，在换相过程中也同样需要通过续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6提供通路；同时，逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6每次由导通切换到截止状态的瞬间，逆变管两端电压将由接近0V上升到直流母线电压值，过高的电压增长率很容易损坏逆变管，这种关断时的电压增长率是通过吸收电容C1、C2、C3、C4、C5、C6来降低。

3.根据权利要求1或2所述的一种单相变频驱动的冲击式电动扳手，其特征在于所述异步电动机中每相绕组串联匝数与电源频率成反比，即频率增加一倍，绕组匝数减少一倍。

4.根据权利要求3所述的一种单相变频驱动的冲击式电动扳手，其特征在于所述异步电动机每相绕组串联匝数与电源频率成反比的计算方法具体步骤如下：

所述异步电动机的电机轴输出功率：

          （1）

其中：

T-代表异步电动机的轴输出扭矩，

Ω-代表异步电动机的机械角速度，

n-代表异步电动机的转速，

而异步电动机的转速决定于异步电动机的极对数和供电电源的频率，即：

                          （2）                              

其中：

f -代表异步电动机的额定频率，

p-代表异步电动机的极对数（定数），

由于异步电动机绕组的感应电动势：

       其中：f-代表电源频率

W-代表每相绕组串联匝数

Kdp-代表绕组系数

Ф-代表每极磁通

Bδ-代表气隙磁通密度

L-代表铁芯的轴向有效长度

t-代表电机的磁极距离

通过异步电动机的电机轴输出功率和异步电动机的极对数和供电电源的频率和异步电动机绕组可知：在异步电动机有效体积不变的情况下，通过改变异步电动机的输入电源频率就可改变电磁线圈中的绕组匝数，那么将电源频率提高绕组匝数就必须降低，而电机的槽面积是一定的，这样导线的截面积就加大，承载更大的电流，从而电机的输入功率就能增大，那么电动机的输出功率也就增大；反之，电动机的输出功率不变，通过改变其电磁线圈中的绕组匝数，提高其额定频率，使异步电动机的有效体积减小；

对于相同功率同极数的异步电动机而言，在电源电压相同的情况下，其绕组感应电动势相差不大，均接近于电源电压，在此认为相等，从感应电动势看出异步电动机每相绕组串联匝数与电源频率成反比，亦即频率增加一倍，绕组匝数减少一倍，考虑到异步电动机铁芯饱和等因素的影响，绕组匝数减少接近一倍；

异步电动机线负荷：

其中：A1-线负荷

      m1-相数

      NΦ1-每相串联导体数

       I1-电流（满载定子电流）

       Di1-定子内径

由感应电动势公式（3）可知，频率提高，每相绕组串联匝数就减少，即公式（4）中的NΦ1就减少；根据异步电动机线负荷公式（4），NΦ1减少，如果保持A1不变，即下面公式中的P损保持不变，则I1就要增大；

而异步电动机的输入功率：

其中：Pin –输入功率

U-电源输入电压

I-电源输入电流

COSφ-功率因数

由异步电动机的输入功率公式（5）可知，I增大，输入功率Pin增大；而异步电动机的效率：

 

 其中：η–效率

 Pin–输入功率

 Pout–输出功率

 P损–损耗功率

输入功率Pin增大，P损保持不变，Pout增大，η提高；

由此可见，异步电动机铁芯定子槽面积不变，绕组匝数减少的同时增加绕组的导电截面积。