1．简述

所谓直驱就是将新型转动电气或直角电气间接谐振或连接到从动阻抗上同时实现驱动力。由于取消了传统控制系统中的许多中间商，如托盘或链或钢丝和传动装置等组件，内部结构普遍化，从而使整个控制系统具有高效率低能耗、高速精密、高可靠免维护、高减震快积极响应、无须润滑剂、运转安静等优点。

直驱控制技术被国外产业界称之为现代驱动力控制技术中的先进方法和控制技术，被越来越数处应用到各行业中。作为直驱控制技术最主要和关键的部分即为直驱式转动电气（DDR）和直驱式直角电气（DDL），它并非简单的将转动电气或直角电气搬到控制系统中去，而是要将这两种电气依照不同的控制系统和旋转磁场进行控制系统的技术创新在结构上。责任编辑控制技术正是顺利完成了技术创新在结构上的（DDR）和（DDL），同时实现了直驱，取得了明显的高效率节能效果。责任编辑就该控制技术所顺利完成的一系列成果中的1例DDR（DDR1）和2例DDL（DDL1、DDL2）作一介绍。

直驱式转动电气（DDR1）的基本概念与内部结构

直驱式转动电气（DDR1）的基本概念与内部结构是采用表现强势的方式，并在结构上了专门的技术面电气，同时充分运用了外涡轮式内部结构两边面的内部空间，将四个技术面电气的对应状态与外涡轮式内部结构的对应状态固定在一起，四个技术面电气的涡轮盘与外涡轮式内部结构的涡轮筒构成一个二维半封闭的外涡轮。在同样的内部空间体积下，此种组合式内部结构较一般而言外涡轮式内部结构和一般而言盘形内部结构的电气能产生更大的磁加速度。组合式表现强势同步传动装置的整体内部结构如图1所示。

从图1可见，直驱组合式二维表现强势电气由四组相对分立的定、涡轮组A43EI235E而成，可以视为一个管状的外涡轮式表现强势电气与四个球体形的径向磁表现强势电气合成的内部结构。但二者之间并非完全分立的，它们是此消彼长、相互作用的与此相反。要使直驱组合式二维表现强势电气能转动并输出加速度，要使四个定涡轮组形成的四个磁控制系统相互配合。依照间接驱动力抽油机的内部结构条件, 三合一二维表现强势电气要满足匀速大加速度的驱动力要求。在三合一二维表现强势电气的研制中，我们解决了以下几个关键控制技术难题即：

①双技术面电气与外涡轮电气的内部结构在结构上难题

②A43EI235E表现强势同步电气的作动、正、探底回升的稳定运转难题

③三合一二维表现强势电气的崭新计算结果和在结构上程序该电气的技术创新在于：

研制了崭新的组合式电气内部结构方式，使电气的发射率达至最小化崭新的磁场分布方式，使电气的电气能量转换达至最优化

直驱式直角电气（DDL1、DDL2）的基本概念与内部结构

直驱式直角电气DDL1主要是为悬挂运载控制系统开发的，此种电气在控制系统中要满足以下条件：

1）扁平型内部结构，限定体积

2）单向运转，频繁作动，运转时间秒级；

3）作动电流要小于同容量电气，冲击小、积极响应快；

4）内部结构简单成本低、重量轻；

单相直角感应电气具有多种不同内部结构，适用于不同场合。若要满足以上条件，需要采用内部结构最简单的2 极电容运转电气，其主副相线圈都只有一个，由于控制系统运转速度不快，因此电气极距较小，限制了槽宽的大小，为了放置线圈初级铁芯需大大增加槽高，槽高/槽宽比普通电气大,称之为深槽内部结构。通过特深槽内部结构亦可提高启动加速度。

本项目电气主要解决了以下几个难题：

1）采用深槽式内部结构与分层绕组加大启动加速度

2）运用场路结合方法顺利完成电气在结构上与全面优化，达至单位体积推力最小化。

3）电气整体塑封，整体性强，绝缘性好。直驱式直角电气（DDL1内部结构见图2

直驱式直角电气DDL2主要是为食品切片机与电梯门机开发的，这些控制系统的直驱式直角电气要具备调速范围宽、推力密度大、推力稳定积极响应快等特点，而现有直角电气往往会遇到体积过大、推力不足、推力波动大、积极响应慢、温升过高等难题，这些难题对直驱式直角电气的在结构上提出了更高的要求。本直驱式直角电气DDL2由基本的动子（初级）和对应状态（次级）两部分内部结构组成。对应状态部分主要由表现强势体、导磁体和不锈钢套管构成，表现强势体采用径向充磁方式。动子部分由三相电枢绕组、绕组骨架以及机壳构成。绕组采用空心饼式线圈方式，它间接绕制在骨架槽内，槽满率高，无端部，铜材利用率高，铜耗小，电气节能效果更好。圆筒型表现强势直角同步电气拓扑内部结构如图3所示。

该电气通过无槽空心式线圈内部结构、表现强势体的合理排列以及整体优化在结构上使该电气具有以下特点：

1) 内部结构简单，制造方便，可靠性高，易维护，节省材料，成本低。

2) 电气速度可调，调速范围宽，可控性好。

3) 输出推力平稳，推力与交轴电流成正比，线性度高，可控性好。

4) 动子惯量小，动态积极响应快。

5) 不产生径向推力，运转摩擦力小，控制系统效率高。

6) 电气外壳集成散热片，在正常运转环境与运转状态下，可以同时实现自然冷却。

7) 集成位置检测器，用户使用更加方便，成本大大降低。

* 实施与应用效果 *

DDR1的实施与应用效果

目前油田中所使用的抽油机绝大部分是传统的游梁式抽油机（俗称磕头机，图4）。此种抽油机由普通转动电气（异步传动装置或同步传动装置）驱动力，经多级减速箱并经连杆和游梁作每分钟6－10次的往复运动。由于传统的游梁式抽油机机械内部结构复杂，电气驱动力需经多级减速箱和连杆机构输出，使得抽油机的效率很低，一般控制系统整体效率只有30%－40%左右。传统的游梁式抽油机，能耗大、难维修，已经不能很好适应油井需要。全国油田，传统抽油机一年的耗电费用就是几百亿KW.h。因此研制开发高效率节能的新型油田抽油机对于节能降耗具有非常重要的意义。

为从根本上解决抽油机控制系统效率低下的难题，需开发一种新型高效率节能电气，使电气可以在匀速情况下输出大扭矩间接驱动力抽油泵进行工作，从而同时实现传动装置对抽油泵的间接驱动力模式（直驱式抽油机控制系统）。如果采用了间接驱动力内部结构方式，可取消传统抽油机的多级中间传动机构，不仅可省去庞大的游梁、驴头和复杂齿轮减速箱，使得内部结构大为简化，体积大大减小，特别是整机效率可大大提高。达至有效节能的目的。

直驱式抽油机控制系统的主要核心是匀速大加速度电气的研制开发。目前国内外匀速大加速度电气均采用表现强势同步电气内部结构。表现强势电气与传统的电励磁同步电气相比，省去了电励磁绕组，同时实现了无刷化，具有内部结构简单、运转可靠；体积小、重量轻；损耗少、效率高。但目前一些匀速大加速度电气仅满足了部分使用场合的要求，在大多数使用场合下，电气速度仍需通过减速箱降到所需速度输出，电气有效面积不能充分运用，满足不了用户匀速大加速度的要求。直驱三合一二维表现强势电气完全改变了现有传统电气的内部结构，充分运用了电气的二维内部空间，具有高发射率的输出特性，更符合电气电气能量转换的要求和匀速大加速度驱动力要求，可以在匀速情况下间接驱动力阻抗。满足了用户匀速大加速度的要求。

整机效率大大提高直驱组合式二维表现强势电气抽油机已在中原油田、大港油田、大庆油田、华北油田等几十口井上得到了应用，并通过了投产试验，抽油机性能测试由中原油田分公司控制技术检测中心、大港油田集团检测评价中心、中国石油天然气集团公司油田节能监测中心、国家油气田井口设备质量监督检验中心等通过对油田油井上使用的原游梁式抽油机和新型组合式二维表现强势电气抽油机的对比检测，有功节电均达50%以上，无功节电可高达90%以上。直驱组合式二维表现强势电气驱动力的抽油机除节电显著以外，还使抽油机重量和占地面积减少50%以上，产量提高50%以上。用电设备容量减少50%以上，噪音减少30分贝。表1为中原油田组合式表现强势电气抽油机与游梁式抽油机在H2-40井上的耗电量对比。

该电气如进一步应用于现有抽油机的改造以及展开应用于化工、医药、食品以及机械等行业。其效益将会更大。

DDL的实施与应用效果

1.（DDL1）的实施与应用效果

邮政运载用邮政推挂控制系统，通常采用转动电气加链轮、托盘等中间转换机构来同时实现，控制系统内部结构复杂，噪音大，效率低。整个推挂线由一个功率较大的电气拖动，动力集中，运转时不管阻抗多少整个物流线都一起拖动，因此在轻载时控制系统效率很低。在组线灵活性方面如增加或减少运载线的长度也存在欠缺，其运转效率已远不能满足现代运载要求，噪音也大大超标。要解决这个难题，要去掉链轮、托盘等中间传动环节，提高控制系统效率节约能量，最好的办法就是采用直角直驱控制技术。

采用大量的小功率直角电气来驱动力阻抗，采用分段通电，动力分散安排，同时实现阻抗到哪电通到哪的方法。从而达至高效率节能的目的。广州邮件处理中心花巨资从瑞士GILGEN 公司购买了直驱式邮政悬挂运载控制系统（如图5所示）该控制系统主要组件是直驱直角电气单元，一个基本单元是一个直角电气加一个智能控制卡构成，内部结构统一，维修简单。沿线1897 个单元将悬挂于路轨上的小车向前推进，使小车携带包裹到达其目的地。在该项控制技术中，直驱直角电气是整个悬挂运载控制系统的关键部分，其数目众多，性能与成本是悬挂运载控制系统开发的重要影响因素。

目前从国外引进的此种悬挂运载控制系统，价格昂贵，我国不可能大量地引进此种设备，自主研究开发此种悬挂运载控制系统非常必要，因此首先需要攻克悬挂运载控制系统的关键部分-直驱直角电气，为我国自主研制悬挂运载控制系统提供重要的基础，也可以大大降低现有国外引进悬挂运载控制系统的维修成本。

本项目所开发的电气的性能已达至、部分指标超过了国外同类产品。如表2

随着国内邮政运载要求的提高，直角电气直驱的邮政悬挂运载控制系统将有很好的应用前景。如果国内自主开发直驱式邮政悬挂运载控制系统，将大大降低控制系统成本，提高产品的竞争力。每条运载控制系统需要几千个这样的电气，其价格与性能对运载控制系统的性能至关重要，因此可以说运载控制系统研究的关键控制技术之一就是深槽单相直角感应电气的研制。本电气主要针对邮政运载控制系统开发，但该运载控制系统可以推广至机械、食品、医药、民用等行业，具有广阔的应用前景。若以一年生产20 条运载控制系统，即使价格仅为国外的一半其产值也可达2亿元以上，且其节电按每天8小时80KW.h，则年生产20 条运载控制系统的节电可达50万KW.h。

2. （DDL2）的实施与应用效果

传统的食品切片机和电梯门机设备，其驱动力电气均采用转动电气，通过变速箱、托盘轮组、连杆等转换机构，将电气的转动运动转换为阻抗的直角运动。传统内部结构的食品切片机和电梯门机具有内部结构复杂、造价高、故障率高、维护成本高、控制系统效率低、积极响应慢、噪音大、有油污等缺点。为克服原有设备的缺点，我们采用圆筒型表现强势直角同步电气作为驱动力电气，取消了转换机构，电气与阻抗之间刚性连接，此种直驱式食品切片机和电梯门机整体内部结构普遍化，性能显著提高。图5为直角电气作为直驱的电梯门机。

目前国内自行在结构上制造的食品切片机与电梯门机所用直驱式圆筒型表现强势直角电气的产品几乎没有，国外生产同类产品的公司主要有Copley 公司。表3则对国产电气与Copley 电气的性能进行了比较。

通过比较，国产电气的推力常数和反电势常数都要高于Copley 公司的产品。相应地，在相同旋转磁场下，国产电气的电流要小于Copley 电气，功率和效率也均高于Copley 电气。尤其是在旋转磁场3 下，Copley 电气的电流超过其额定电流，导致温升过高，只能持续运转2 小时，而浙大电气电流较小，仍然可以无限制持续运转。

与国外电气相比，国产电气性能更好，且价格仅为国外产品的1/4 左右，无疑国产电气将具有更强的市场竞争力。食品切片机已由美国ITW 公司于2008 年批量生产。