一种随机同辆换向电动机，它用于做各种机械系统中的动力源，特别适用于做变工况条件下的动力源，例如油田抽油机等。 现在的三相交流电动机，由于受电网恒频的束缚，工作特性较差，表现在两个方面：一是它的转速工作范围很小，起动特性差，满足载起动困难;另一方面，它只有在设计工况下（额定功率条件下）效率才是最高的，而在变工况时，由于工作点的变动，效率急剧下降，如在抽没机上使用时，整个系统的效率只有17%。普通直流电机虽然起动特性好，在变工况条件下工作的效率损失不多，但由于其电刷换向部分结构复杂，容易磨损，励磁调整复杂，成本较高，也只在特别强调负荷起动与变工况要求较高的条件下才使用。现在，由于电力电子技术的发展和推广应用，对于交流电机的改造，提出了采用逆变器进行变频驱动的方法。逆变器采用工频交流-直流-可控频率交流的方式先把电网的工频交流电整流为直流，然后再用高速开关器件和复杂的控制电路把直流转换为可控制频率的单相或三相交流电供给电机，可使电机适应变工况或满负荷起动的要求。在起动时，可控制逆变器输出频率由低频逐步增加到额定工作频率，改变了交流电机的起动特性。在变工况条件下工作时，也可以通过主动调节逆变器地输出频率达到适应各工况的目的。但是，由于要采用价钱较贵的逆变器及控制系统，这给实际中的大规模应用带来了一定的困难。同时，变频控制复杂，其变工况时的特性也不如直流电机。
本发明的目的就是发明一种具有以三相异步电机相同机械结构并具有直流电机驱动及牵引特性的电动机。
本发明的结构如附图1所示，它有转子（1），定子（2），壳体（3），电源变换器（4），其特征在于：转子（1）为稀土永磁转子，在转子（1）轴颈部以及壳体（3）的相应部位有无机械接触的同步换向控制器（5），电源变换器（4）由受同步换向控制器（5）控制换向的高速开关桥路组成。
本发明中，稀土永磁材料的转子（1），定子（2）和壳体（3）构成了一台稀土永磁电动机，而同步换向控制器（5）和电源设换器（4）组成了电机的供电与控制部分。本发明的工作原理与直流电机基本一样，只是在定子线圈中通的是同步换向的交变电流，而转子（1）是永磁的。同步换向控制器（5）起到了过去电刷的作用，保证了定子线圈产生的磁场在任何时候都是使转子从一个方向旋转。同步换向控制器（5）保证定子线圈每一相通电的情况严格与转子（1）的位置角相关。本发明的换向控制可不用象交流电机采用逆变器进行变频工作时的复杂控制电路，成本大幅度下降。由于稀土材料的磁能积很高，转子（1）不用通电，转子（1）无线圈的电阻损耗和铁芯的磁涡流损耗。性能和效率可比普通直流电机高。转子（1）可用稀土永磁材料做成一圆柱体，能经受更大的离心力，可工作在更高的转速下。本发明中，同步换向控制器（5）可以是采用光电形式的，也可以是采用磁敏的。两者都为非接触式，而且体积不大。本发明可以用现有的普通三相共步电机进行改造，只用把它的鼠笼式转子换为现在的稀土永磁转子，加装同步换向控制器（5）和电源变换器（4）即可。本发明的转子（1）采用稀土永磁制造，不需要励磁，不存在向转子（1）馈电的问题，也不用如象试验用的无刷电机那样把变流装置和同步换向控制器装入到转子中，使之与转子一同旋转。从而大大降低了同步换向控制器和电源变换器的机械设计要求。同时也使得电源变换器的效率，出力都能有较大幅度的增加，满足工业用户用以取代常规电机的实际需要。
本发明由于采用稀土永磁制造的转子，由定子线圈同步换向进行工作，具有直流电机的全部驱动特性。同时，由于稀土材料的磁能积很高，可以有更大的起动力矩，使本发明的起动特性有了更进一步的改善，电机体积也能减小。本发明去除了直流电机的电刷换向部分，也没有采用通常交流电机改造时的复杂高价的变频控制系统，成本较低，结构简单。
本发明中的电源变换器（4）可以是只由高速开关组成的桥式电路，如附图2所示，每一个桥路对应一相。图中给出了由VMOS管组成的三相的结构。本发明中的电源流换器（4）还可以在高速开关电路的直流输入端接有一为其提供直流电输入的单相或三相桥式整流功率组件和滤波电容，这样可适应采用交流作为输入的情况，应用于过去使用交流电动机的场合。基本上仍保持用户过去习惯的供电方式和操作管理习惯。
本发明中，可在电源变换器（4）中的高速开关器件控制端接有一与标准工业控制介面（RTU）相连的控制高速开关关断的控制连线（6）。由于标准工业控制介面（RTU）与中心控制计算机相连，可通过中心控制计算机软件对高速开关器件的关断进行控制。在各相电流还没有达到换向时就提前关断，减少了定子线圈的通电时间，从面调整了输入的平均电压，达到控制其输入能量的目的。通过控制连线（6）可对电机的工作状态进行控制，以适应变工况工作。当与工业控制介面（RTU）相连的控制连线（6）恒定处于不控制关断的电位时（如恒定处于高电位时），电源变换器（4）中的高速开关器件只在同步换向控制器（5）的控制下循环翻转，与无此控制端一样，为一普通稀土永磁电动机。
本发明中同步换向控制器（5）可以是无机械接触的光电感应式同步换向控制器，如附图3所示。该同步控制器为在转子（1）轴颈处圆周上涂有（或刻有）的明暗不同的条块（7）和与之相对应的在壳体（3）相对应部位装有的照明光源（8）和光敏元件（9）。明暗条块（7）的数目与转子（1）磁极数目一致并位置相同，如在转子（1）磁极为两极的情况下，其明暗条块为半圈明、半圈暗。照明光源（8）和光敏元件（9）可以为一整体组件，现在已有现成产品。其个数与定子线圈的相数相同，每一个光敏元件控制定子线圈的一相。照明光源（8）和光敏元件（9）组件均匀安装，并与所控制的定子线圈保持严格的位置关系。
本发明中的同步换向控制器（5）也可以是无机械接触的磁感应式同步换向控制器。它由在转子（1）轴颈处嵌有的小永磁体和在壳体（3）相对应部位装有的霍尔磁敏元件组成。与光电同步控制器一样，转子轴颈处的小永磁体数与转子磁极数一样，而在定子（2）上的霍尔磁敏元件个数也与定子线圈的相数相同。
本发明中，不管是光敏元件的输出还是霍尔磁敏元件的输出，都经放大整形后，用标准方波对电源变换器（5）中的高速开关电路进行控制。本发明中的高速开关电路可以是如象申请号为CN89104235.0中的VMOS管组件，有很高的输入阻抗，而且直接由同步换向控制器的标准方波控制。其与RTU相连的控制连线（6）可以是用“与”门使它与同步换向控制器来的信号线相“乘”后再对高速开关元件进行控制，本发明中的高速开关电路也可以是用可关断可控硅组成。同步换各控制器的标准方波经“微分电路”微分后用前沿的正脉冲和后沿的负脉冲对可控硅的导通与关断进行触发。其与RTU相连的控制连线（6）可以是用“或”门使它与经过微分后的同步换向控制器输出信号线相“加”，控制线用负脉冲触发可控硅的关断，在可控硅前应有脉冲放大器，以保证有足够的能量触发可控硅的翻转。高速开关器件以及可接入的整流器件的额定工作电流和耐压应考愿到受电容以及电感的影响，需有一定的保险系数，其值应比实际电流和电压值高2-3倍。
本发明中的电源变换器（4）可以是其输入与输出状态可逆电源变换器。这样，当电机在负载作用下，感应的定子线圈电动势（反电动势）小于外加电压时，电机作为电动机运行，而反之，当电机在外力带动下，感应的定子线圈电动势大于外加电压时，因本发明的电源变换器可是其输入与输出状态可逆，因此能反过来成为发电机状态，向外供电。其输入与输出状态可逆电源变换器可以是如附图4所示的形式。在高速开关元件的两端反向并联一个大功率二极管，在正向输电时（输出端电位低于输入端电位），两个二极管不导通，高速开关器件在同步换向控制器（5）的控制下导通与关断，把输入端的直流变为交流输出，而在输出端的电位高于输入端时（也可以是输出端的电位比输入端负极还低时），高速开关器件不起作用，二极管导通，向输入端供电。也可以在每个高速开关器件上反向并联一个相同的器件，通过控制线选通其中之一工作，控制线可通过比较输入与输出的高低来决定选通是供电还是逆向输电。
本发明中的同步换向控制器（5）的输出可以是可控倒相的。通过外界的控制，可改变同步换向控制器（5）的输出电平高低关系。如在正转的情况下，同步换向控制器（5）中的光敏元件在对应转子轴颈上的明亮区时，同步换向控制器输出为高电位（也可以是霍尔磁敏元件在对应转子轴颈上的N磁极区时，同步换向控制器输出为高电位）。而在转子反转的情况下，通过控制在每一相接入的可控倒相器，使光敏元件在对应转子轴颈上明亮区时，同步换向控制器输出为低电位（在控制元件为霍尔磁敏元件的形式中，为霍尔磁敏元件在对应转子轴颈上的N磁极区时，同步换向控制器输出为低电平）。通过控制同步换向控制器（5）的输出倒相，就可以控制电机的正反转。倒相器可以为一小开关（或跳接线），通过人工切换。也可以是一个“异或”门电路，它的控制端与RTU的开关量输出端相连，通过中央控制计算机对其正反相进行控制。
本发明中属弱电部分的同步换向控制器（5）以及可有的其它控制部分（如关断控制，倒相控制等）可以做成一个固态组件，放置于电机内，而电源变换器（4）属强电部分，也可以做成一个固态组件，随电机安装。弱电与强电之间应有光电隔离器件，以防干扰和使弱电与强电的地线隔离。
附图5为本发明弱电与强电部分可能的一种形式。图中，（6）为控制高速开关关断的控制连线，（10）为光敏元件及放大整形组件，（11）为可控倒相元件（“异或”门），（12）为倒相控制线。（13）为“非”门，保证桥路上下二管不能同时导通。（14）为关断控制元件（“与”门），（15）为光电隔离器件，（16）为电源变换组件。