專利名稱：具有改進(jìn)的頻率響應(yīng)的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及轉(zhuǎn)子中的電荷存儲裝置的用途。特別地，本發(fā)明 涉及用于改進(jìn)的頻率響應(yīng)的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子中的諸如電容器的電荷存儲 裝置。
背景技術(shù)：
電能轉(zhuǎn)換為有用功消耗大量的電力。因此提高它們的能量轉(zhuǎn)換機(jī) 制的操作參數(shù)具有很大的優(yōu)點。轉(zhuǎn)子是電磁能轉(zhuǎn)換為有用旋轉(zhuǎn)功中的 電負(fù)載的終點。迄今，轉(zhuǎn)子的頻率響應(yīng)面臨很大的挑戰(zhàn)和困難。AC頻率大多數(shù)AC電力產(chǎn)生、傳輸和分配電網(wǎng)(grid)在50 或60赫茲的固定基頻下工作。其它基頻在使用中，例如25和400赫 茲。各區(qū)域一般被同步化和鎖相到選擇的基頻。DC產(chǎn)生、傳輸和異 步聯(lián)系(tie)被用于在這些區(qū)域之間轉(zhuǎn)移電力。在希望在特定的位置 或應(yīng)用中使用其它頻率或可變頻率時，頻率轉(zhuǎn)換器或可調(diào)頻率裝置付 諸使用。電動發(fā)電機(jī)組和電力電子頻率轉(zhuǎn)換器以及可調(diào)速驅(qū)動器是通 ?？捎玫木哂羞@些能力的產(chǎn)品。諧頻失真諧頻或分諧頻常被疊加在基頻上。對于60赫茲基頻的 情況，第二、第三和第四諧頻是120、 180和240Hz。麻煩的頻率包括 第五諧頻和諸如第三、第九和第十五諧頻的三重諧頻。分諧頻包括1/2(30Hz)和1/3 (20Hz)分諧頻。存在顯著性水平的分諧頻和諧頻， 特別是在這些頻率上存在共振，可對電網(wǎng)和連接的設(shè)備造成很大的困 難。許多電源和負(fù)載產(chǎn)生諧頻或分諧頻失真或?qū)λ鼈兠舾?。頻率響應(yīng)電氣部件和系統(tǒng)一般響應(yīng)頻率變化而在功能、行為和 特性上改變。這些性能的變化一般以頻率響應(yīng)曲線的形式被制圖。電 氣部件和系統(tǒng)的成分可常常改變，以使它們的頻率響應(yīng)最小化、最大 化、線性化或平坦化。給定材料或系統(tǒng)的頻率響應(yīng)是常規(guī)的工程設(shè)計 考慮。放大器、揚(yáng)聲器、可調(diào)頻率裝置以及許多其它電氣裝置和系統(tǒng) 的電氣設(shè)計主要關(guān)注系統(tǒng)頻率響應(yīng)。各種復(fù)雜數(shù)學(xué)的、啟發(fā)式的和電 路模型被使用，以解釋部件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)的與頻率有關(guān)的性能變化。 由于諧頻、分諧頻和雜散共振等的存在，因此，即使在諸如電力網(wǎng)的 固定頻率系統(tǒng)和裝置中，頻率響應(yīng)也是重要的考慮。存在材料、設(shè)計、 處理和實施以選擇、改變和調(diào)諧頻率響應(yīng)。電容器電容器是公知的在電場中存儲電能的基本電路元件。普 通的電容器類型，平板電容器由被電絕緣體或介電材料分開的兩個電 導(dǎo)體構(gòu)成。如下面稱為"平板電容公式"的式1所示，平板型電容器的 電容一般在數(shù)學(xué)上由板的表面積(A)、隔開板的距離(D)和電介質(zhì) 的電性能(E)模型化。存在兩種通用化的電容器技術(shù)，非極化和極 化。存在公知的用于互換使用極化和非極化電容器的機(jī)制和方法。幾 種普通的非極化電容器技術(shù)包括牛皮紙、油填充并金屬化的膜。幾種 普通的極化電容器技術(shù)包括電解質(zhì)、鉭、超級電容器(super capacitor)、超電容器(ultra capacitor)和雙層電容器。電力乾在電容 器和電容電路中導(dǎo)致電壓。式1:平板電容7^式EA負(fù)載上的電容器并聯(lián)電容器主要作為電流源工作。串聯(lián)電容器 主要用作電壓源。因此，可以為各種電路需要配置混合電容器拓樸結(jié) 構(gòu)。通常認(rèn)為，在電負(fù)載點上或其附近定位串聯(lián)、關(guān)聯(lián)和混合電容器 的AC電氣系統(tǒng)獲得顯著的益處。這些電容器的益處常趨于隨距負(fù)載
的距離減小?？勺冸娙萜骱唵蔚碾娙莞淖兎椒ㄊ峭ㄟ^以并聯(lián)的方式添加附加 電容器(增加)和以串聯(lián)的方式添加以減小電容。從式l可清楚地看 出，存在幾種可改變電容的機(jī)制。無線電設(shè)備上的射頻調(diào)諧器一般是通過移動平行板電容器導(dǎo)體表面的陣列到更大或更小的對準(zhǔn)程度和交 迭部分工作的可變電容器。這種機(jī)制改變式1的表面積(A)參數(shù)。也可通過改變板分開距離(D)改變電容。存在用于改變介電參數(shù)的 各種附加機(jī)制，例如，在帶空氣間隙的一組平板的兩塊板之間插入高 介電常數(shù)(E)板。極化電容器中的電容也隨電解質(zhì)溫度顯著改變。偽電容(pseudo capacitance):某些電容器的電容隨頻率增加顯 著降低。也可以這樣說，這些電容器實現(xiàn)的電容響應(yīng)頻率的降低顯著 增加。這種現(xiàn)象有時被稱為偽電容。在圖1中示出這種裝置中的電容 與頻率關(guān)系的通用圖，稱為偽電容。偽電容在諸如雙層電容器、超級 電容器、超電容器、鉭電容器、鈮電容器和電解質(zhì)電容器的極化電容 器中極其明顯。這些裝置的電容在DC上或在DC附近被最大化。由 于電引線電感(electrical lead inductance )，因此在更高的頻率下出 現(xiàn)類似的現(xiàn)象。雖然所有的極化電荷存儲裝置的通用化的電容頻率響 應(yīng)曲線形狀相似，但諸如電阻的其它電氣參數(shù)的頻率響應(yīng)的變化大大 不同。頻率、電容和電阻的關(guān)系有時稱為耗散因數(shù)曲線。這些電容器表現(xiàn)出主導(dǎo)的電氣參數(shù)是電阻的自共振頻率。在該頻 率之上，它們的電路行為本質(zhì)上算是感應(yīng)的。這種現(xiàn)象在一些情況下 可以被表征為用于電荷存儲和釋放的松馳時間。偽電容的各種機(jī)制已 在文獻(xiàn)中被確定，包括吸收和氧化還原偽電容。這些裝置中的電容也 隨電解質(zhì)溫度改變。各極化電容器技術(shù)具有已知的頻率響應(yīng)。頻率響 應(yīng)一般將包括電容、電感和電阻數(shù)學(xué)模型參數(shù)的變化。這些技術(shù)的電 阻參數(shù)也隨溫度顯著變化。可以使用并聯(lián)的一組不同頻率特性的電容 器，以合成希望的總頻率響應(yīng)。這種設(shè)計技術(shù)稱為打磨(polishing)。電感器電感器的電感和結(jié)構(gòu)同樣是電磁學(xué)科內(nèi)的得到深入研究 的領(lǐng)域。電感器在磁場中存儲能量。扼流圏(choke)、變壓器、電磁體、馬達(dá)和發(fā)電機(jī)是電感器的普通例子。電感器之所以這樣命名是基 于可以通過各種已知的手段在這些裝置中在某一距離上感應(yīng)電磁信號和力的性能。磁感應(yīng)一般在數(shù)學(xué)上作為頻率、材料和距離的函數(shù)被計 算。在存在諸如鐵、鎳和鈷的鐵磁材料時，感應(yīng)被大大放大。在電磁 設(shè)計中例行使用這些材料和許多其它感應(yīng)增強(qiáng)材料的合金。電感器的 電氣特性在數(shù)學(xué)上一般由滯后和損失曲線模型化。在電感器和電感電 路中電流滯后于電壓。滯后和飽和在規(guī)定的頻率和溫度下工作的》茲路元件和電感電路 中的AC電壓和電流之間的關(guān)系是一般由滯后曲線描述的復(fù)雜函數(shù)。 這些曲線在本領(lǐng)域中是公知的。典型的滯后曲線較為復(fù)雜，但一般通 過線性區(qū)、軟飽和區(qū)和飽和區(qū)被模型化。電感器和電容器的頻率響應(yīng)電感器和電容器表現(xiàn)出依賴于頻率 的行為。例如，電感器的能量存儲和電感耦合能力隨頻率增加而增加。 為了將60赫茲變壓器和馬達(dá)轉(zhuǎn)換為50赫茲服務(wù)結(jié)構(gòu)，要求電感器質(zhì) 量增加約25% 。電感器在DC應(yīng)用中是短路并且在高頻下將接近開路。 電容器相反在DC中是開路，并且在高頻下將接近電短路。電抗在數(shù)學(xué)上使選擇頻率上的電感器和電容器的電路行為相關(guān) 聯(lián)的電氣參數(shù)是術(shù)語電抗。電抗以類似于電阻的方式使AC電壓與電 流相關(guān)。容抗和感抗可相互4氐消，從而只留下電路電阻〗吏AC電壓和 AC電流相關(guān)。電抗依賴于頻率。因此，感抗趨于隨頻率增加而增加， 而容抗一般隨頻率增加而降低。在下式2中以商的形式給出容抗，該 商包含分子1和由90度相量偏移函數(shù)(phasor shifting function )( J )、式2: 容抗JWC如下式3給出的那樣，感抗由相同的JW函數(shù)乘以電感器的電感 (L)給出。從這些等式可很清楚地看出，理想電感器和理想電容器 的電路頻率響應(yīng)完全相反。實際電氣部件的確切電路行為當(dāng)然比這些 數(shù)學(xué)模型近似復(fù)雜一些。式3:感抗XL = JWL功率因數(shù)功率因數(shù)是用于模型化AC電路的經(jīng)典數(shù)學(xué)工具。功 率因數(shù)可用于使AC電壓、電流和角相位移與源自該電路并通過該電 路下降的瓦特數(shù)(watts)相關(guān)。包含大部分電力網(wǎng)負(fù)載的電感負(fù)載由 遲滯功率因數(shù)表征。電容負(fù)載由超前功率因數(shù)表征。當(dāng)電感負(fù)載和電 容負(fù)載剛好平衡時，電路將表現(xiàn)出單位功率因數(shù)。在這種條件下，電 壓和電流^皮相位鎖定(phase )在一起。在下式4中示出電感幅值平 衡，該式稱為理想串聯(lián)LC共振條件，該共振條件忽略了電阻。稱為 串聯(lián)LC共振等式的式5重新描述了這種大小關(guān)系。存在公知的類似 的用于理想并聯(lián)共振的公式。包括電阻效應(yīng)的更復(fù)雜的串聯(lián)和并聯(lián)共 振公式在本領(lǐng)域中也是公知的?；旌瞎舱窈蜏?zhǔn)共振的公式可被導(dǎo)出或 模型化。式4:理想串聯(lián)共振條件Xl = Lc式5:串聯(lián)LC共振等式功率傳遞理論在本領(lǐng)域中眾所周知，AC電功率傳遞在單位功 率因數(shù)上被優(yōu)化。這在感抗等于容抗時出現(xiàn)。在功率傳遞理論的各種 表述中說明這一點。類似地，電共振和準(zhǔn)共振是得到深入研究的電氣 現(xiàn)象。在與共振相關(guān)的現(xiàn)象中釋放的力接近無窮大。當(dāng)然，在可實現(xiàn) 的裝置中，電阻、損失和功用來抑制這些力。在電功率的傳送、分配 和轉(zhuǎn)換中例行地遇到和使用這些主體。簡單的電路中的單位功率因數(shù) 或共振的一個通用條件是使感抗等于容抗。由于大多數(shù)有用的電負(fù)載 是電感性的，因此一般將電容器添加到電力網(wǎng)中以增加功率因數(shù)并由 此使電功率向負(fù)載的傳遞最大化。功率傳遞一般在源和負(fù)載互為復(fù)共 軛時纟皮最大化。變壓器眾所周知， 一個導(dǎo)體中的AC電流在附近的電感器中導(dǎo) 致或感應(yīng)相同頻率的AC電流。這將在真空、空氣中或通過絕緣體發(fā) 生。當(dāng)未供電的導(dǎo)線與電力線鄰近和平行時，觀察到該過程。當(dāng)例如電話線或其它導(dǎo)體直接在/>用電力線(power utility line )的一相導(dǎo)線 下穿過時，這常常會發(fā)生。 一般可能供電大約為48伏DC的常規(guī)的電 話線將隨著平行的路線的長度的增加逐漸增加AC電壓。電話公司將 他們的線路交替到電桿的相反側(cè)，以避免在較長的平行路徑上追蹤單 相導(dǎo)體。類似地，電力公司依次編織這些相導(dǎo)體以使這種效果最小化。 在存在鐵、鈷、鎳和其它鐵磁材料的情況下，這種電感過程大大 增加。變壓器動作基于這種感應(yīng)。在電壓變壓器中，兩個導(dǎo)體以固定 的匝數(shù)比^皮纏繞在》茲芯周圍。/磁芯可以為實心的，或由以窗口的形狀 插入的薄板構(gòu)成。導(dǎo)體常被纏繞在變壓器磁芯的相對的柱子上。低壓 導(dǎo)體具有一些圏數(shù)的大直徑導(dǎo)線。變壓器的高壓側(cè)具有許多匝的較小直徑導(dǎo)體。導(dǎo)體中的一個與AC電源連接。其它導(dǎo)體線然后將通過磁 感應(yīng)被供電到AC電壓，該AC電壓十分接近其匝數(shù)除以與電源連接 的導(dǎo)體的匝數(shù)的比值。逐步減低電壓變壓器被例行用于從高壓分配線 向更低和安全的家用電壓電平傳遞電功率。也可以通過使用諸如蒙乃 爾銅-鎳合金和哈司特鎳合金的某些非磁性材料改變和控制感應(yīng)的過 程。扼流圏電扼流圏一般由其上纏繞單個導(dǎo)體的鐵芯構(gòu)成。電扼流 圏 一般包含開放的間隙而不是諸如在變壓器中使用的連續(xù)的磁芯。間 隙可以為空氣或可以填充一般稱為電介質(zhì)的電絕緣材料。扼流圏具有 常在電路設(shè)計中使用的有許多文件證明的電氣效應(yīng)。磁芯形狀、材料 和空氣間隙距離在扼流圏的電氣和磁性能中作用顯著。在一些配置中， 這種類型的裝置可被設(shè)計為用作電磁體。其它扼流圏設(shè)計常被用于電 濾波器應(yīng)用中。通過使用有意包含空氣間隙的導(dǎo)體纏繞磁芯，設(shè)計包 含電動機(jī)的其它有用的電氣產(chǎn)品。電機(jī)(electric machine):幾乎所有的電機(jī)都基于利用兩種基本 現(xiàn)象在磁場中的電流施加的力和在承載磁通的鐵磁結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生的 力。在大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)器中，主要在轉(zhuǎn)子的鐵芯上施加扭矩，并且只直 接在線圈上施加很小的扭矩。 馬達(dá)和發(fā)電機(jī) 一般地，馬達(dá)和發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換過程是可逆的， 但具有損失和滯后曲線。它們通過電感現(xiàn)象工作，其中，當(dāng)以馬達(dá)模 式工作時，定子在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電磁力。存在幾種有用的電動力機(jī)器， 包括線性和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)有多種類型，包含稱為定子的機(jī)械固 定側(cè)和稱為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。AC感應(yīng)馬達(dá)的定子側(cè)一般由AC或換 向的DC供電，這在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動力和功率并導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)。相反，當(dāng) 機(jī)械驅(qū)動轉(zhuǎn)子時，這些裝置將趨于發(fā)電，由此以發(fā)電機(jī)模式工作。同步和異步旋轉(zhuǎn)電機(jī)AC馬達(dá)一般是同步或異步類型。同步馬 達(dá)嚴(yán)格按由極對計數(shù)(pole pair count)規(guī)定的源頻率旋轉(zhuǎn)，而異步馬 達(dá)表現(xiàn)出由轉(zhuǎn)差率(slip)的存在表征的更慢的速度。常規(guī)異步感應(yīng)電 機(jī)的轉(zhuǎn)子一般為鼠籠結(jié)構(gòu)或繞組轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。隨著異步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子接近 旋轉(zhuǎn)磁場的速度，在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)的電的頻率降低。在接近同步速度的 極限是DC。因此，在該同步速度下對于異步馬達(dá)沒有扭矩產(chǎn)生。常規(guī)轉(zhuǎn)子類型用于AC感應(yīng)馬達(dá)的兩個最常用的常規(guī)設(shè)計包括 鼠籠和繞組轉(zhuǎn)子類型。從圖2的簡圖可以看出，軸、鐵芯和大多數(shù)轉(zhuǎn) 子導(dǎo)體棒被省略。雖然在AC感應(yīng)馬達(dá)中沒有實際的鼠籠(squirrel)， 但鼠籠轉(zhuǎn)子確實具有熟悉的形狀。繞組轉(zhuǎn)子AC感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)同樣 是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。諸如DC轉(zhuǎn)子和同步轉(zhuǎn)子的其它轉(zhuǎn)子類型 也是本領(lǐng)域技術(shù)人員十分熟悉的。i走轉(zhuǎn)》茲場用電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場是由Nicola Tesla在1883年發(fā)明 的感應(yīng)電機(jī)的基礎(chǔ)。在三相馬達(dá)的定子中容易建立旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動磁場。 以單相電工作的馬達(dá)一般必須通過其它7>知的^:計方法產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)》茲 場。為了在以單相電源工作的感應(yīng)電機(jī)中感應(yīng)旋轉(zhuǎn)磁場，屏蔽極、電 容器運(yùn)行和電容器啟動馬達(dá)是公知的定子設(shè)計。存在從單相源操作三 相感應(yīng)馬達(dá)的已知方法。馬達(dá)速度感應(yīng)AC馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度是電極對的數(shù)量、與負(fù)載相 關(guān)的轉(zhuǎn)差率和電頻率的函數(shù)。在60赫茲下驅(qū)動的同步馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度 為使用一對磁級(1PP)時為60轉(zhuǎn)每秒或3600RPM,或者，使用 附加的/P茲極時為1800 ( 2PP) 、 1200 (3PP)和900 ( 4PP )等。用相
同的頻率驅(qū)動的異步AC馬達(dá)將以3580RPM、 1752RPM等的量級轉(zhuǎn) 差到額定的負(fù)載速度?？烧{(diào)速度驅(qū)動裝置和類似的裝置一般將頻率轉(zhuǎn) 換器連接到感應(yīng)馬達(dá)上。通過驅(qū)動裝置的頻率和電壓或電流的適當(dāng)變 化，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和/或轉(zhuǎn)矩被改變。驅(qū)動裝置能夠在廣泛的頻率上 工作，因此能夠在廣泛的旋轉(zhuǎn)速度上工作。轉(zhuǎn)子頻率在AC感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子中循環(huán)的電頻率隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn) 速度改變。隨著馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度或速度增加，從定子耦合的頻率開始 降低。由以其設(shè)計的同步速度的一半旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子看到的主頻率將處于 與定子連接的頻率的一半的量級。當(dāng)轉(zhuǎn)子以同步速度的四分之三旋轉(zhuǎn) 時，轉(zhuǎn)子電壓和電流的頻率為基頻的約四分之一。當(dāng)定子與60Hz源 連接時，轉(zhuǎn)子電頻率的范圍可以為從大電機(jī)中的0.3Hz到較小的電機(jī) 中的3Hz。隨著轉(zhuǎn)子接近同步速度，轉(zhuǎn)子中的電流頻率接近DC。由于感應(yīng) 是電頻率的函數(shù)，因此在DC上沒有出現(xiàn)感應(yīng)。因此，當(dāng)以同步速度 旋轉(zhuǎn)時，AC感應(yīng)馬達(dá)不能產(chǎn)生任何轉(zhuǎn)矩。類似地，當(dāng)以同步速度旋 轉(zhuǎn)時，感應(yīng)發(fā)電才幾不能產(chǎn)生任何電力。同步馬達(dá)/發(fā)電機(jī)通過由Tesla 提出的機(jī)制以同步速度工作。但是，如所述的那樣，在該速度下AC 感應(yīng)馬達(dá)/發(fā)電才幾在功能上是無用的。轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子頻率與定子頻率的比值是轉(zhuǎn)差率。但是，馬達(dá)轉(zhuǎn)差 率常以百分比的形式表示。轉(zhuǎn)差率在接合的時刻最大并隨著馬達(dá)加速 而減小。馬達(dá)工作范圍上的轉(zhuǎn)差率是馬達(dá)設(shè)計的目標(biāo)。在同步速度上， 馬達(dá)轉(zhuǎn)差率是零。市售的高轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)差率馬達(dá)可表現(xiàn)出范圍為5~8 %或更高的依賴于負(fù)栽的轉(zhuǎn)差率。效率和電比率(electrical rate)結(jié)構(gòu)存在可將機(jī)械輸出功率與 電功率輸入相比的馬達(dá)用電動機(jī)械轉(zhuǎn)換效率的各種定義。 一些簡化的 測量法僅考慮電學(xué)瓦特。更一般的公式包含操作馬達(dá)所需的伏特安培。 這種更寬的測量法稱為VA效率。其它公式考慮諧波畸變和其它電學(xué) 擾動。因此，工業(yè)用戶一般都會選擇動力系統(tǒng)和其它能量轉(zhuǎn)換，同時 兼顧效用清單(utility bill)。LC定子馬達(dá)設(shè)計電容器已被加入單相AC定子設(shè)計中超過80 年。這些馬達(dá)類型一般包含馬達(dá)啟動、馬達(dá)運(yùn)行和馬達(dá)啟動/馬達(dá)運(yùn)行 設(shè)計。 一般地，這些單相LC馬達(dá)定子包含兩個繞組。 一個繞組直接 與電源連接，另一個通過電容器與源連接。在這幾年中已開發(fā)了各種 單相定子繞組系統(tǒng)。Wanlass和Smith馬達(dá)是增加功率因數(shù)、扭矩、 效率、軸承壽命等的兩個著名的例子。啟動電容器常被添加到大和高 扭矩要求的單相馬達(dá)上。接合時刻在接合時刻以及在鎖定轉(zhuǎn)子條件下，轉(zhuǎn)子在磁性上通 過磁感應(yīng)以其最大程度與定子鏈接或耦合。在接合時刻，這種感應(yīng)耦 合是在電源的基頻上。感應(yīng)馬達(dá)的勵磁涌流電流和啟動電流使源電壓 大大滯后。與勵磁涌流相關(guān)的滯后電流和啟動電流遠(yuǎn)大于馬達(dá)的全負(fù) 載電流。這種低功率因數(shù)需要較大的磁化VAR的源以啟動馬達(dá)。這 些磁化VAR —般由電網(wǎng)同步發(fā)電機(jī)(grid synchronous generator)提 供。穩(wěn)態(tài)和瞬時VAR需求也可由連同電網(wǎng)的電容器組以及由其它已 知的手段提供?？梢砸圆⒙?lián)、串聯(lián)或混合結(jié)構(gòu)配置這些電網(wǎng)電容器組。測量和計算馬達(dá)電氣參數(shù)為了進(jìn)行某些電氣試驗和確定馬達(dá)參 數(shù)，可以將轉(zhuǎn)子鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢貌⒃措妷航档偷筋~定電壓的四分 之一到三分之一的量級?？梢酝ㄟ^將轉(zhuǎn)子速度從同步速度改變到無負(fù) 載并逐漸達(dá)到全負(fù)載、運(yùn)轉(zhuǎn)因數(shù)負(fù)載和中斷扭矩負(fù)載(breakout torque load)，進(jìn)行其它的電氣試驗。可以在去除轉(zhuǎn)子的情況下進(jìn)行其它的 定子電氣試驗?？烧{(diào)速驅(qū)動、與頻率有關(guān)的電氣參數(shù)會需要更多的性 能特性。單相LC馬達(dá)設(shè)計電容器在AC感應(yīng)馬達(dá)應(yīng)用中的現(xiàn)有用途一 般已包含電連接到定子上。它們可被表征為電感器/電容器或LC定子 設(shè)計。已存在大量的這種將電容器加入單相定子設(shè)計中的馬達(dá)設(shè)計和 專利。這些設(shè)計包含但不限于被合理地表征為高VA有效單相運(yùn)行感 應(yīng)馬達(dá)的永久分相式電容器(Permanent Split Capacitor ) 、 Cravens Wanlass和JM Smith設(shè)計。它們因此表現(xiàn)出較高的功率因數(shù)和良好 的瓦特到HP電轉(zhuǎn)換效率?？梢宰鳛樾?shù)形式的這兩個參數(shù)的乘積計 算VA效率。在圖3中示出經(jīng)典的永久分相式電容器定子。定子與單相源連接， 并通過右邊的只有電感器的分支和左邊的串聯(lián)的電感器/電容器分支 之間的相移產(chǎn)生近似2相旋轉(zhuǎn)磁場。可以出于各種目的更具體地設(shè)計 該定子。 一個通常的目的是在效率出現(xiàn)峰值的操作負(fù)載下或附近實現(xiàn) 總體定子準(zhǔn)共振條件。這種和其它設(shè)計目的包含以已知的方式為電容器和電感器定尺寸。當(dāng)需要附加的啟動轉(zhuǎn)矩時，以與永久(運(yùn)行)電 容器并聯(lián)的方式使用啟動電容器。Wanlass單相感應(yīng)馬達(dá)Wanlass單相馬達(dá)一般是上面示出的7、 久分相式電容器定子的變體。Wanlass馬達(dá)也一般由相反的同名端 (dot convention )的兩個定子繞組構(gòu)成，這兩個定子繞組可在一端與 系統(tǒng)中性或公共引線連接。運(yùn)行電容器與一個繞組串聯(lián)連接。電容器 和剩余的定子繞組端然后與系統(tǒng)熱引線連接。這種廣泛使用的單相馬 達(dá)設(shè)計表現(xiàn)出規(guī)定的旋轉(zhuǎn)方向。可通過簡單的外部重新連接顛倒該旋 轉(zhuǎn)方向。在圖4中示出通用化的Wanlass定子設(shè)計。這種單相電馬達(dá) 的兩個繞組的理想電流位移是90度。這會提供最大扭矩。據(jù)報告，在 大多數(shù)情況下，Wanlass馬達(dá)電流相互位移約60度到70， 一般為67 度。這種位移將在某種程度上隨負(fù)載變化。這種角距賦予這種類型的 馬達(dá)確定的120Hz 4幾械振動。這些馬達(dá)也將響應(yīng)各種負(fù)載、電壓和部 件變化趨于表現(xiàn)出滯后、單位或超前功率因數(shù)。這里不準(zhǔn)備全面地詳 細(xì)說明這些分布廣的馬達(dá)系統(tǒng)。J. M. (Otto) Smith感應(yīng)馬達(dá)Smith感應(yīng)馬達(dá)一般包含相對標(biāo)準(zhǔn) 的12引線三相馬達(dá)與單相電源的復(fù)雜連接。一般以各種公知的方式連 接12根馬達(dá)引線以形成兩個半馬達(dá)。至少兩根引線一般與系統(tǒng)熱導(dǎo)線 和公共導(dǎo)線連接。剩余的馬達(dá)引線一般以規(guī)定的交叉的方式相互連接， 使得某些連接穿過一個或多個電容器。當(dāng)希望附加的啟動扭矩時， Smith馬達(dá)設(shè)計以公知的方式使用一個或多個啟動電容器。當(dāng)電容器 值被適當(dāng)?shù)剡x擇時，Smith定子電流被平衡并被分開約120度。因此 在全負(fù)載操作中，Smith定子設(shè)計表現(xiàn)出最小的120Hz機(jī)械振動。它
們也一般為了三相電壓條件在馬達(dá)的額定效率下或附近執(zhí)行。Smith 馬達(dá)設(shè)計表現(xiàn)出超前功率因數(shù)并可被用于操作附加的3相衛(wèi)星馬達(dá)。 然后可以在單位功率因數(shù)下或附近操作整個系統(tǒng)。不打算全面說明 Smith馬達(dá)結(jié)構(gòu)。三相電容器組電容器有時被放在三相服務(wù)中以校正功率因數(shù)以 及滿足局部負(fù)載的VAR要求。電容器組也可被用于滿足三相馬達(dá)和 系統(tǒng)的磁化VAR、涌流、啟動扭矩和功率因數(shù)需求。存在公知的不希 望有的與這些電容器組的使用有關(guān)的效應(yīng)。例如，在電網(wǎng)上并聯(lián)和串 聯(lián)電容器安裝中經(jīng)常遇到雜散諧波和分諧波共振。并且，當(dāng)存在馬達(dá) 飛輪4亍為時，來自并聯(lián)電容器組的電路切斷上游(disconnect upstream)可產(chǎn)生破壞性的瞬時過壓情形。這種過壓情形可繼續(xù)存在 于相電壓斷供期中。盡管系統(tǒng)電損失降低，但調(diào)節(jié)改進(jìn)和發(fā)電機(jī)燃料 成本節(jié)約已在電力網(wǎng)中促成了的大量的固定和可變電容組。三相定子設(shè)計對通過使用電容器增加電網(wǎng)VA效率、電壓調(diào)節(jié) 和其它希望的因數(shù)存在迫切需求。結(jié)果，已引入將電容器加入定子中 的大量的感應(yīng)馬達(dá)設(shè)計。這些設(shè)計包含Hobart、 Wanlass和Roberts 三相LC定子i殳計。圖11是AC感應(yīng)3相-Hobart定子i殳計的示意 圖。圖12是Wanlass定子現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的示意圖。圖13是Robert 定子現(xiàn)有設(shè)計的示意圖。這些馬達(dá)已在文獻(xiàn)中得到廣泛研究。這些設(shè) 計的設(shè)計、特性、優(yōu)點和限制已被深入報道，但在一些情況下還存在 相當(dāng)熱烈的爭論。存在的定子、空氣間隙和轉(zhuǎn)子設(shè)計的各種閉合形式 和數(shù)值數(shù)學(xué)模型工具十分先進(jìn)?，F(xiàn)有的單相和三相馬達(dá)的一個基本缺點與頻率或帶寬有關(guān)。轉(zhuǎn)子的^f茲和電頻率隨馬達(dá)加速而降低。因此，在需要較大的啟動扭矩時， 需要至少兩個電容器值，即運(yùn)行電容器和啟動電容器。0到全負(fù)載的 范圍上的穩(wěn)態(tài)操作會需要更大數(shù)量的電容器值。在寬范圍負(fù)載上優(yōu)化 感應(yīng)電機(jī)的功率因數(shù)、效率并由此優(yōu)化其VA效率方面，存在很大挑 戰(zhàn)。該挑戰(zhàn)進(jìn)一步被發(fā)電模式操作和交替馬達(dá)/發(fā)電機(jī)服務(wù)復(fù)雜化。最 后，使用具有感應(yīng)電機(jī)的可調(diào)頻率功率電子裝置以形成可變頻率或可
調(diào)頻率驅(qū)動裝置(ASD)進(jìn)一步增加挑戰(zhàn)。ASD的帶寬可從赫茲的幾 分之一到幾百赫茲變化。當(dāng)與感應(yīng)馬達(dá)連接時，脈沖寬度調(diào)制(PWM)型和類似的可調(diào)速 度驅(qū)動裝置一般具有正弦定子電流。但是電壓具有峰值或瞬間的高幅 值。高電壓峰值在感應(yīng)馬達(dá)中產(chǎn)生軸承問題。PWM高電壓峰值可在 軸承和座圏上產(chǎn)生蝕坑。這加速馬達(dá)的壽命終止?，F(xiàn)有的LC定子設(shè)計和其它異步馬達(dá)電容器電路配置表現(xiàn)出某種 程度的電氣自激發(fā)。常規(guī)的馬達(dá)電容要求大大降低，但在額定負(fù)載下的速度和無負(fù)載 速度之間有些改變。當(dāng)轉(zhuǎn)子在物理上不存在或者被加速到同步速度時， 校正定子的功率因數(shù)所需要的電容仍較低。為了提供馬達(dá)啟動扭矩電 流要求和穩(wěn)態(tài)功率因數(shù)校正，需要較大的啟動電容器和較小的運(yùn)行電 容器。這種公知的用于滿足AC感應(yīng)馬達(dá)電容需要的試探法幾乎完全 忽略轉(zhuǎn)子自身。眾所周知，對感應(yīng)馬達(dá)容量的限制一般與鐵磁體有關(guān) 而不是與導(dǎo)體有關(guān)。并且，采用諸如超導(dǎo)體和高密度磁性和鐵^磁材料 的先進(jìn)材料，感應(yīng)電機(jī)的頻率響應(yīng)變得更加關(guān)鍵。在圖21中示出馬達(dá)的一般結(jié)構(gòu)。通過本發(fā)明修改轉(zhuǎn)子。電容器正 在被添加到轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的至少一些中的電氣路徑中。這些電容器在電 學(xué)上位于鐵質(zhì)疊層的端部。它們在物理上還位于轉(zhuǎn)子鐵質(zhì)疊層的端部 附近。轉(zhuǎn)子是電馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)部分。馬達(dá)包含鼠籠或繞線轉(zhuǎn)子。與定子相 似，轉(zhuǎn)子由纏繞有軟導(dǎo)線的芯部構(gòu)成，但添加了軸和軸承。軸和軸承 由端蓋支撐，這使得轉(zhuǎn)子能夠旋轉(zhuǎn)。鼠籠轉(zhuǎn)子看起來有些類似于倉鼠的訓(xùn)練輪。這就是其名稱的來歷。 轉(zhuǎn)子由以圓筒的圖案配置在軸的周圍的諸如銅、黃銅或鋁的軟金屬的 導(dǎo)電條塊制成。這些條塊的尺寸、形狀和電阻在很大程度上影響使用 它們的馬達(dá)的特性。參見圖22。條塊在各端部由也用于使條塊短路的環(huán)支撐。這樣，在馬達(dá)內(nèi)提 供完整的電路。來自定子的磁場在鼠籠轉(zhuǎn)子條塊中感應(yīng)相反的磁場。
由于條塊被該磁場排斥，因此轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。常被稱為"工業(yè)的馱馬，，的鼠籠感應(yīng)馬達(dá)既廉價又可靠。它們適于 最多的應(yīng)用并容易從供應(yīng)商那里獲得。繞線轉(zhuǎn)子以與鼠籠相同的原理工作，但設(shè)計方法不同。參見圖23。 繞線轉(zhuǎn)子由在軸上的滑環(huán)(slip ring)上終止的繞組而不是短路條塊性可以變化。通過添加外部電阻可以實現(xiàn)約五到一的速度范圍變化。但是，除 非使用轉(zhuǎn)差能量恢復(fù)電路，這是以電效率為代價的。參見圖24。繞線轉(zhuǎn)子馬達(dá)可產(chǎn)生的最大扭矩取決于轉(zhuǎn)子的設(shè)計。顯示最大扭 矩時的比率(rate)取決于外部轉(zhuǎn)子電阻。繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)馬達(dá)在許多 應(yīng)用中是有用的，因為它們的轉(zhuǎn)子電路可被改變以提供希望的啟動或 運(yùn)行特性。圖27表示常規(guī)鼠籠或繞線轉(zhuǎn)子的剖開圖。由于繞線轉(zhuǎn)子馬達(dá)需要電刷維護(hù)，因此，初始成本和維修費(fèi)一般 比鼠籠馬達(dá)高。但是繞線轉(zhuǎn)子馬達(dá)具有優(yōu)異的啟動扭矩和較低的啟動 電流。轉(zhuǎn)子定義感應(yīng)AC馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)部件。 一般由具有鑄造鋁導(dǎo)體的 槽的層疊的圓筒鐵芯構(gòu)成。短路端環(huán)完成當(dāng)移動磁場在短路導(dǎo)體中感 應(yīng)電流時旋轉(zhuǎn)的"鼠籠"。在圖25中觀察常規(guī)的鼠籠轉(zhuǎn)子導(dǎo)體是如何在 兩端形成固態(tài)短路(solid short)的。這i兌明了單繞組馬達(dá)。在圖中沒 有示出層疊的鐵芯。圖26表示具有短接端蓋的常規(guī)鼠籠轉(zhuǎn)子。注意導(dǎo)體的傾斜配置， 這有助于減少接頭(cogging)的數(shù)量。在該圖仍沒有包含轉(zhuǎn)子鐵芯。轉(zhuǎn)子鐵芯包含大量的薄的疊層，這些疊層一般為硅石鋼，諸如圖 28中所示的那種。這些疊層被垂直堆疊為希望的長度以形成鐵芯。圖29中示出組裝的常規(guī)的轉(zhuǎn)子和軸。如圖30的剖開圖所示，疊層被堆疊在一起以形成轉(zhuǎn)子芯。鋁、銅 或黃銅是轉(zhuǎn)子芯的槽中的壓鑄件(die cast)，以在轉(zhuǎn)子的周邊形成一 系列導(dǎo)體。穿過導(dǎo)體的電流流動形成電磁體。導(dǎo)體條塊通過機(jī)械和電子中的端環(huán)連接。轉(zhuǎn)子芯安裝在鋼軸上以 形成轉(zhuǎn)子組件。繞線轉(zhuǎn)子馬達(dá)另一馬達(dá)類型是繞線轉(zhuǎn)子。繞線轉(zhuǎn)子馬達(dá)和鼠籠 轉(zhuǎn)子馬達(dá)之間的主要差別是繞線轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體包含繞線線圈而不是條 塊。這些線圏通過滑環(huán)和電刷與外部的可變電阻器連接。旋轉(zhuǎn)磁場在 轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓。增加轉(zhuǎn)子繞組的電阻導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組中有更少的 電流流動，從而降低速度。減小電阻使得有更多的電流流動，從而使 馬達(dá)加快速度。參見圖31。由此，我們在常規(guī)的轉(zhuǎn)子中每個槽具有單個導(dǎo)體。圖32表示兩個 繞組轉(zhuǎn)子斷面機(jī)械圖的例子。外籠和內(nèi)籠通過以藍(lán)色示出的層在電學(xué) 上相互絕緣。在該特定的例子中，各個外槽以電的方式通過至少一個 電容器被連接。在本例子中，內(nèi)芯槽導(dǎo)體可被纏繞在一起或通過端板 相互短接。電容器可穿過內(nèi)槽和外槽之間以將它們相互電連接。因此， 從短接的內(nèi)端環(huán)到外端環(huán)和/或電容器連接，我們可具有短接的內(nèi)端 環(huán)，并且，如果需要，可具有電容連接。由此，在機(jī)械和電氣連接中，本發(fā)明的LC轉(zhuǎn)子繞組與現(xiàn)有的轉(zhuǎn) 子大大不同。在可調(diào)速度驅(qū)動裝置中，隨著頻率增加，漏電感的效應(yīng)趨于變得 更顯著。由此，最大的可用扭矩趨于隨著頻率增加迅速減小。因此， 只能對有限的轉(zhuǎn)子速度范圍保持近恒定輸出功率特性。由此，對于先進(jìn)的感應(yīng)電機(jī)方法和設(shè)計存在強(qiáng)烈需求。因此，存 在對于具有改進(jìn)的頻率響應(yīng)的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的需求。發(fā)明內(nèi)容這里使用的術(shù)語"一個"可意p木著一個或更多個。如這里在權(quán)利要 求書中使用的那樣，當(dāng)與詞語"包括"一起使用時，詞語"一個"可意味 著一個或多于一個。這里使用的"另一個"可意味著至少第二個或更多 個。這里使用的術(shù)語"電容器"應(yīng)意味著基于與電場有關(guān)的現(xiàn)象的電路 元件。電場的源是電荷或電壓的分離。如果電壓隨時間變化，那么電 場隨時間變化。隨時間變化的電場在由電場占據(jù)的空間中產(chǎn)生位移電 流。電路電容參數(shù)將位移電流與電壓相關(guān)聯(lián)。能量可被存儲在電場中 并由此被存儲在電容器中。電容器的瞬時電壓和電流與電容器上的物 理效應(yīng)之間的關(guān)系對于電容器改進(jìn)十分關(guān)鍵。這里使用的術(shù)語"電荷存儲裝置"應(yīng)意味著能夠存儲或產(chǎn)生電場的 任何裝置。電荷存儲裝置一般包含極化的電容器、非極化的電容器、 電化學(xué)電池、燃料電池、同步馬達(dá)、同步發(fā)電機(jī)、太陽能電池等?？?以出于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的多種有用目的以公知的方式相互串聯(lián)、并聯(lián)、反串聯(lián)和加偏壓反串聯(lián)(biased antiseries )配置這些電荷存儲 裝置。本發(fā)明一般涉及電荷存儲裝置在感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子中的用途。最佳 的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電場需求隨旋轉(zhuǎn)速度增加并與頻率相反。偽電容和其 它反向頻率電容調(diào)整方法被用于滿足該需要并由此提高感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子 性能參數(shù)。電抗的優(yōu)化是用于在旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電機(jī)中提高功率傳遞、扭矩、 效率、穩(wěn)定性、熱力學(xué)、振動、熱力學(xué)和軸承壽命的基礎(chǔ)。在這里略 述LC轉(zhuǎn)子方法和設(shè)計以實現(xiàn)這些目的。在本發(fā)明的一個方面中，存在具有至少一個轉(zhuǎn)子繞組的改進(jìn)的感 應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子、包含至少一個與至少一個轉(zhuǎn)子繞組耦合的電荷存儲裝置 的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子。在一個實施例中，電荷存儲器是非極化電容器。電 容器可以為各種類型，諸如平板型、繞線型、圓筒型、線型。在某些 實施例中，電荷存儲裝置是量子電荷存儲裝置或納米量級存儲裝置。本發(fā)明可利用具有增強(qiáng)的表面積的電荷存儲裝置。在各種實施例中，本發(fā)明可利用作為極化電容器的電荷存儲裝置。 極化電容器可以為各種類型，諸如電解質(zhì)型、鋁型、鉭型、鈮型、銣 型、鈦型、超級型、超型(Ultra)、混合型、雙層型、閥金屬(valve metal)型、量子型或納米量級型。在各種實施例中，本發(fā)明可利用作為非對稱電容器、對稱電容器、 電化學(xué)電池、或極化電荷存儲裝置的加偏壓反串聯(lián)組件的電荷存儲裝 置。本發(fā)明利用的電荷存儲裝置可以是可調(diào)整或可變化的以下兩個方面?zhèn)坞娙蓦姾纱鎯ρb置，該偽電容電荷存儲裝置可由表面積變化調(diào) 整、可由分開距離變化調(diào)整、可由介電常數(shù)變化調(diào)整、可由電解質(zhì)變 化調(diào)整、可由溫度變化調(diào)整、可由松馳周期變化調(diào)整、可由向心變化 調(diào)整、可由電引線變化調(diào)整、可由輻射調(diào)整、可由無源變化調(diào)整、可 由受控制的變化調(diào)整；通過操作與一個電荷存儲裝置連接的電源。在各種實施例中，本發(fā)明的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子可以為鼠籠轉(zhuǎn)子或繞組 轉(zhuǎn)子。在另一實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子是普通的定子設(shè)計。在一個實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子是LC轉(zhuǎn)子。在另一實施例中。 感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子包含通過機(jī)械方式與LC轉(zhuǎn)子耦合的感應(yīng)電機(jī)定子。在 另一實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子包含通過電磁方式與LC轉(zhuǎn)子耦合的感 應(yīng)電機(jī)定子。在另一實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子包含通過軸與LC轉(zhuǎn)予 連接的機(jī)械負(fù)載或原動機(jī)。在一個實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子包含至少一個與LC轉(zhuǎn)子繞組連 接的軸承。在沒有限定的情況下，軸承可以為磁軸承、經(jīng)向軸承或負(fù) 載軸承。在另一實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子包含磁場閉塞、絕緣或排除 裝置材料。在另一實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有帶有單個并聯(lián)電容器 的作為單繞組的轉(zhuǎn)子繞組。在一個實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有帶有多個并聯(lián)電容器的作為 單繞組的轉(zhuǎn)子繞組。在另一實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有帶有單個串 聯(lián)電容器的作為雙繞組的轉(zhuǎn)子繞組。在另一實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子 具有作為雙繞組的轉(zhuǎn)子繞組，該轉(zhuǎn)子繞組分別具有相同的同名端。在 另一實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有作為雙繞組的轉(zhuǎn)子繞組，該轉(zhuǎn)子繞 組分別具有相反的同名端(或CW/CC)。在另一實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有帶有混合電容器(即，串聯(lián) 和并聯(lián)配置)結(jié)構(gòu)的作為雙繞組的轉(zhuǎn)子繞組。在另一實施例中，感應(yīng) 電機(jī)轉(zhuǎn)子具有帶有混合電容器(即，串聯(lián)和并聯(lián)配置)結(jié)構(gòu)的作為多
繞組的轉(zhuǎn)子繞組。在另一實施例中，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子包含并聯(lián)的至少一對不同的電容器，以合成希望的頻率響應(yīng)的LC轉(zhuǎn)子。本發(fā)明的許多目的中的一個在于將電容器與電馬達(dá)的轉(zhuǎn)子連接。 這里說明的各種電連接代表電容器可與轉(zhuǎn)子連接的大量的實際設(shè)計。 以下說明連接電氣存儲裝置的一些益處。實現(xiàn)的特定益處或目的可適 用于電容器和轉(zhuǎn)子的特定配置，因而可能不能適用于所有的情況。實 施例的益處包括I) 在轉(zhuǎn)子設(shè)計中使用變化和可調(diào)電容電容器；2 ) 在轉(zhuǎn)子設(shè)計中利用偽電容的現(xiàn)象是本發(fā)明的目的；3) 在轉(zhuǎn)子設(shè)計中利用電容器耗散現(xiàn)象是本發(fā)明的目的；4) 增加ASD的恒定伏特每赫茲控制區(qū)域的帶寬；5) 當(dāng)轉(zhuǎn)子頻率在運(yùn)行條件下較低時，與低效率轉(zhuǎn)子電路電阻組 合，在聯(lián)機(jī)啟動中增加高效率轉(zhuǎn)子電路電阻。6) 增加轉(zhuǎn)子的電阻與電感系數(shù)的比率； 7 ) 增加轉(zhuǎn)子和感應(yīng)電機(jī)的功率因數(shù)；8) 使轉(zhuǎn)子的頻率響應(yīng)平坦化；9) 減少轉(zhuǎn)子中的接頭；10) 提高轉(zhuǎn)子和感應(yīng)電機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)；II) 提高轉(zhuǎn)子和感應(yīng)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率；12) 增加轉(zhuǎn)子和感應(yīng)電機(jī)的扭矩能力；13) 減少轉(zhuǎn)子和感應(yīng)電機(jī)中的振動；14) 增加定子磁鏈的額定值；15) 當(dāng)以發(fā)電機(jī)模式工作時，提高對定子的功率返回效率；16) 降低定子頻率的整數(shù)倍的鏈接水平；17) 增加可維護(hù)全或額定定子磁鏈的最大ASD定子頻率；18) 增加最大定子頻率之上的ASD常數(shù)功率特性的帶寬；19) 減少由諧波特別是諸如第5諧波的產(chǎn)生相反相序扭矩的諧波 導(dǎo)致的效應(yīng)；20) 減少轉(zhuǎn)子和定子的繞組中的熱；21) 降低轉(zhuǎn)子和定子中的繞組的溫度；22) 減少電源諧波電流和相關(guān)的發(fā)熱；23 )以并聯(lián)的方式混合電容器技術(shù)以加寬轉(zhuǎn)子操作的帶寬;24) 減少由轉(zhuǎn)子和感應(yīng)電機(jī)產(chǎn)生的噪聲；25) 減少AC網(wǎng)絡(luò)和電網(wǎng)中的雜散和寄生共振；26) 減少轉(zhuǎn)子和感應(yīng)電才幾中的磁化電流；27) 提高向轉(zhuǎn)子和感應(yīng)電機(jī)的傳遞功率的功率因數(shù)；28) 提供轉(zhuǎn)子和感應(yīng)電機(jī)的某種程度的自激發(fā)；29) 減少對電容器組的電網(wǎng)維護(hù)和調(diào)整的需求；30) 減少在第6、第12和第18諧頻上的振動扭矩的產(chǎn)生；31) 減少感應(yīng)電機(jī)上的電源電壓不平衡的效應(yīng)；32) 減少低速下的ASD急動(jerky)操作；33) 產(chǎn)生具有固有扭矩產(chǎn)生機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)子；34) 產(chǎn)生具有固有速度產(chǎn)生機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)子；35) 增加轉(zhuǎn)子扭矩&感應(yīng)電才幾扭矩；36) 啟動扭矩；37) 穩(wěn)態(tài)扭矩；38) 瞬態(tài)扭矩；39) 最大扭矩；40) 破壞扭矩；41) 增加轉(zhuǎn)子設(shè)計加速控制；42 )啟動加速43 )瞬態(tài)加速；44) 最大加速；45) 改變異步電機(jī)的VAR輸入和輸出能力；46) 增加馬達(dá)和感應(yīng)電機(jī)的操作速度范圍；47) 增加轉(zhuǎn)差率設(shè)計控制；48) 減少由于馬達(dá)啟動導(dǎo)致的光閃爍的嚴(yán)重性和持續(xù)時間；49) 提高對馬達(dá)端子的電壓調(diào)節(jié)；以及50 )將大量的已知的電感器電容器(LC )定子設(shè)計技術(shù)和跨過空 氣間隙的布局轉(zhuǎn)化到轉(zhuǎn)子上。為了可以更好地理解后面的具體實施方式
，上面相當(dāng)概括地略述 了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點。以下將說明形成本發(fā)明的權(quán)利要求的主 題的本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。應(yīng)當(dāng)理解，公開的概念和特定實施例它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這些等同的結(jié)構(gòu)不背離所附的權(quán)利要求 闡述的本發(fā)明。當(dāng)結(jié)合附圖考慮以下說明時，能夠更好地理解被認(rèn)為 是本發(fā)明的特征的關(guān)于其結(jié)構(gòu)和操作方法的新穎性特征以及其它目的 和優(yōu)點。應(yīng)清楚地理解，提供各個附圖的意圖在于解釋和說明，而不 在于對本發(fā)明進(jìn)行限定。


為了更完整地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參照結(jié)合附圖進(jìn)行的以下說明， 其中，圖1是表示偽電容的示圖； 圖2是鼠籠轉(zhuǎn)子的示圖；圖3是永久分相式電容器LC定子設(shè)計的示意圖；圖4是Wanlass LC定子設(shè)計的示意圖；圖5是串聯(lián)LC轉(zhuǎn)子設(shè)計的示意圖；圖6是分相LC轉(zhuǎn)子設(shè)計的示意圖；圖7是分相LC轉(zhuǎn)子細(xì)節(jié)的示意圖；圖8是雙籠轉(zhuǎn)子的示意圖；圖9是集總參數(shù)常規(guī)轉(zhuǎn)子的示意圖；圖IO是集總參數(shù)LC轉(zhuǎn)子塊的示意圖；圖11是AC感應(yīng)3相-Hobart定子i殳計的示意圖；圖12是Wanlass定子現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的示意圖；圖13是Robert定子現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的示意圖；圖14是LC轉(zhuǎn)子設(shè)計的剖開圖； 圖15是LC轉(zhuǎn)子設(shè)計的剖開圖； 圖16是LC轉(zhuǎn)子設(shè)計的剖開圖； 圖17是LC轉(zhuǎn)子設(shè)計的剖開圖； 圖18是LC轉(zhuǎn)子設(shè)計的剖開圖； 圖19是LC轉(zhuǎn)子設(shè)計的剖開圖； 圖20是可變電容轉(zhuǎn)子的示意圖； 圖21是普通馬達(dá)設(shè)計的示圖； 圖22是鼠籠感應(yīng)馬達(dá)的示圖； 圖23是繞線轉(zhuǎn)子的示圖；圖24是具有外部電阻器的使用速度變化的示圖； 圖25是感應(yīng)AC馬達(dá)的具有鑄鋁導(dǎo)體槽的一般構(gòu)成的層疊的圓筒 鐵芯的示圖；圖26是具有短接端蓋的常規(guī)鼠籠轉(zhuǎn)子的示圖； 圖27是鼠籠和繞線轉(zhuǎn)子設(shè)計的示圖；圖28是具有大量的一般為硅石鋼的薄疊層的轉(zhuǎn)子鐵芯的示圖； 圖29是組裝的常規(guī)的轉(zhuǎn)子和軸的示圖；圖30是被堆疊在一起以形成剖開圖中所示的轉(zhuǎn)子芯的疊層的示圖；圖31是繞線轉(zhuǎn)子的示圖；以及圖32是示例的二繞組轉(zhuǎn)子斷面機(jī)械圖的示圖。
具體實施方式
轉(zhuǎn)子芯和繞組形成電感電路元件。 一個或多個電容器可被添加到 轉(zhuǎn)子上，以一般增加功率因數(shù)并由此增加裝置的功率傳遞和功率轉(zhuǎn)換 特性。眾所周知，可以以各種LC配置組合電容器和電感器。這些配 置可包含電路元件的串聯(lián)、并聯(lián)和混合組合。在感應(yīng)馬達(dá)接合時，轉(zhuǎn)子一般是不動的。此刻，定子和轉(zhuǎn)子以它 們的最大的程度被電磁耦合。在接合時感應(yīng)馬達(dá)需要很大的磁化 VAR。隨著感應(yīng)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子加速，轉(zhuǎn)子中的電頻率降低。為了在轉(zhuǎn) 子電頻率改變時維持轉(zhuǎn)子中的共振或準(zhǔn)共振電路，需要電容的變化。在圖5中示出簡單的LC轉(zhuǎn)子，稱為串聯(lián)LC轉(zhuǎn)子設(shè)計。這種類 型的轉(zhuǎn)子會需要無限的電容以在同步速度下共振。當(dāng)然，感應(yīng)馬達(dá)轉(zhuǎn) 子不能產(chǎn)生實現(xiàn)同步速度的扭矩。類似地，感應(yīng)發(fā)電機(jī)在同步速度下 不產(chǎn)生電力。被構(gòu)成為與這種設(shè)計匹配的轉(zhuǎn)子的最高轉(zhuǎn)子速度會趨于 受電容限制。在馬達(dá)的正常操作負(fù)載和設(shè)計速度內(nèi)，需要有限但可變 的電容以實現(xiàn)準(zhǔn)共振。每個電路由單個電感器(L)和單個電容器構(gòu) 成，該LLC轉(zhuǎn)子電路的電感可以由 一次微分方程和相對簡單的迭代方 法模型化。在對稱實現(xiàn)中，物理零件計數(shù)當(dāng)然更大。因此，例如，通 過常在DC馬達(dá)中使用的類似電刷的結(jié)構(gòu)，具有64槽的感應(yīng)轉(zhuǎn)子可以 在物理上只具有一個電容器或一對加偏壓的反串聯(lián)極化電容器。使用 對稱將允許2、 4、 8、 16、 32、 64、 128或多于256個電容器，同時該 電路模型在數(shù)學(xué)上保持有效。最大的數(shù)假定在各個轉(zhuǎn)子條塊的各端上 使用反串聯(lián)電容器組件。反串聯(lián)極化電容器加偏壓方法、電路、試探 法、技術(shù)和設(shè)計都是相當(dāng)公知的。集總源參數(shù)涉及定子和空氣間隙特 性，這些函數(shù)和數(shù)學(xué)模型是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。優(yōu)化轉(zhuǎn)子操作的電容需求與從空氣間隙的定子側(cè)看到的十分不 同?？紤]選擇的頻率下的已知電感的轉(zhuǎn)子。選擇六十赫茲作為基準(zhǔn)頻 率，但馬達(dá)的操作范圍中或可調(diào)整速度驅(qū)動裝置中的任何單一頻率可 被合理地考慮。 一般作為電感頻率和常數(shù)2Pi的乘積計算感抗。因此式6:弧度感抗公式XL = F0*2Pi*L 考慮公共北美基頻60Hz。XL60 = 60*2Pi*L對于60赫茲，感抗為感應(yīng)系數(shù)的約377倍。這種條件與接合時的 轉(zhuǎn)子感應(yīng)對應(yīng)。下面，我們將考慮由3赫茲信號通電的相同電感的感抗。XL3 = 3*2Pi*L對于3赫茲，作為感應(yīng)系數(shù)的約19倍計算感抗。該轉(zhuǎn)子頻率會與
一些小電感馬達(dá)上的大負(fù)載對應(yīng)。現(xiàn)在，我們將計算與1赫茲信號相關(guān)的感抗。XL1 = 2Pi化對于1赫茲，作為感應(yīng)系數(shù)的約6.25倍計算感抗。從1赫茲到3 赫茲考慮的值的范圍產(chǎn)生300%的感抗變化。用1除以電容量乘以頻率乘以標(biāo)量2Pi的總量，給出電容器的容抗。Xc = 1/ ( F0*2Pi*C ) 現(xiàn)在考慮偏移該感抗所需要的容抗和電容。簡化的(忽略電阻) 串聯(lián)共振電路中的容抗的大小等于該電路的感抗的大小。從文獻(xiàn)中容 易獲得并且可以相對容易地導(dǎo)出更詳細(xì)的公式。XC = XL (串聯(lián)共振近似，忽略電阻) 1/ ( F*2Pi*C ) =F*2Pi*L C=l/ (F*2Pi*F*2Pi*L) C=1/(L ( 2Pi F ) 2) 或C=1/(39.48*F2*L)代表性的3PP高轉(zhuǎn)差率感應(yīng)轉(zhuǎn)子從50%負(fù)載速度1172.6RPM到 125%負(fù)載下的速度1126.3RPM可具有46.3RPM量級的旋轉(zhuǎn)速度變 化。因此，在50%負(fù)載，轉(zhuǎn)子的電頻率如下1172.6/1200=F/60F=60*(1200-1172.6)/1200F=(1200-1172.6)/20F=(27.4)/20F=1.37赫茲C50=1/(39.48*1.372*L)CS0=1/(39.48*L*1.372)C50=1/(39.48*L*1.88)對于125%負(fù)載，轉(zhuǎn)子電頻率為F= (1200-1126.3)/20 F=(73.7)/20 F=3.685赫茲因此，在125%負(fù)栽下需要的電容值由下式給出C125=1/(39.48*3.6852*L)C125=1/(39.48*L*3.6852)C125=1/(39.48*L*3.6852)C125=1/(39.48*L*13.58)作為結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，50%負(fù)載(1.37Hz)需要的電容為125% 負(fù)載(3.685Hz)需要的電容的約7.22倍。因此，在給出的選擇的頻 度范圍上在這種大小的電容上表現(xiàn)出增益的電容器將趨于在該范圍上 以準(zhǔn)共振的狀態(tài)保持轉(zhuǎn)子。在這一點上，功率傳遞定理規(guī)定，功率傳 遞在共振的附近被最大化，電容變化的這種大小會向這種條件下的轉(zhuǎn) 子提供最佳功率傳遞。應(yīng)當(dāng)注意，大大偏離目標(biāo)的電容變化會在該頻率下導(dǎo)致不希望有 的諧波或分諧波共振。在這種應(yīng)用中需要表現(xiàn)出希望的頻率響應(yīng)的在 物理上較小的電容器。在轉(zhuǎn)子內(nèi)存在的有希望的機(jī)械和熱力學(xué)環(huán)境進(jìn) 一步涉及可接受的電容器實現(xiàn)。在圖6中示出稱為分相LC轉(zhuǎn)子或LLC轉(zhuǎn)子的另一LC轉(zhuǎn)子設(shè)計。 注意轉(zhuǎn)子塊圖(block drawing)的紙面上的y〉共連接。這種連接與標(biāo) 準(zhǔn)的鼠籠端對應(yīng)。在上連接上， 一個導(dǎo)體連接與鼠籠連接對應(yīng)，而另 一導(dǎo)體通過電容器被連接。在該通用化設(shè)計內(nèi)存在大量的可能的變化。參照圖7分相轉(zhuǎn)子細(xì)節(jié)，該圖表示以這種方式穿過轉(zhuǎn)子的跨度互 連的一對絕緣轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。占據(jù)相同的槽的這些導(dǎo)體之間的電流相位偏 移提供更大的轉(zhuǎn)子電流和扭矩。當(dāng)為了涉及的電感系數(shù)適當(dāng)?shù)匾?guī)定電 容的大小時，可以接近復(fù)雜的共振。串聯(lián)電感器電容器組合可用作用 于只有并聯(lián)電感器的導(dǎo)體的并聯(lián)電容。因此，這里存在同時簡化轉(zhuǎn)子 中的電壓和電流的機(jī)構(gòu)。在該圖中，以并排的方式示出轉(zhuǎn)子導(dǎo)體?？?以使用一個電容器以代替兩個，或者，作為替代方案，可以將第二電
容器重新定位到轉(zhuǎn)子的另一端。意圖不是詳述導(dǎo)體、電容器、電感器、電阻器、二極管、MOV、半導(dǎo)體和在定子、濾波器、功率電子和電子 電路中使用的其它電路元件的串聯(lián)、并聯(lián)和混合組合的所有設(shè)計選項 和目標(biāo)?？梢酝ㄟ^許多特定的和可配置的方法實現(xiàn)轉(zhuǎn)子中的偽電容、 可調(diào)、可控制和擴(kuò)展表面積電容器的使用。眾所周知，可以通過改變鼠籠形狀和它們之間的間隙，實現(xiàn)速度 -扭矩關(guān)系的各種形狀。在圖8中示出稱為雙籠轉(zhuǎn)子的兩籠轉(zhuǎn)子。這 種類型的轉(zhuǎn)子籠布局的特征可在于相對較小的斷面面積的外籠和具有 更大的斷面面積的埋入更深的籠子。外籠主要取決于籠連接器上的齒 對齒空氣間隙。它將表現(xiàn)出對啟動扭矩有用的高電阻和低電感?？梢?通過包含電容器增強(qiáng)這種特性。內(nèi)籠展示對高轉(zhuǎn)子速度和相關(guān)的低頻 率下的效率更有用的更高的電感和更低的電阻?？梢栽贚C轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 中使用各種程度的對稱和非對稱以實現(xiàn)希望的頻率響應(yīng)并提供雜散共能目的。圖9是表示常規(guī)轉(zhuǎn)子的集總參數(shù)的框圖。在各個槽位置中示出AC 源。作為參考示出槽的瞬時極性。外籠一般更具電阻性，并在馬達(dá)啟 動中起主導(dǎo)作用。內(nèi)籠更具電感性，由此在操作速度中重要性增加。 在該圖中模型化的轉(zhuǎn)子電氣行為接近典型的鼠籠馬達(dá)的電路行為。雖 然鼠籠轉(zhuǎn)子在端板上被短接，但在該圖中還算精確地給出內(nèi)外籠的電 氣參數(shù)差異。在接合時，內(nèi)籠電流大大滯后于外籠電流。在接近同步 的速度下，轉(zhuǎn)子電流穿過槽的斷面區(qū)域被更均勻地分配。圖IO示出電容器已包含于外槽的電路中的LC轉(zhuǎn)子。由于電容器 的存在，外槽電流將很大程度上引導(dǎo)內(nèi)槽電流。在適當(dāng)調(diào)諧和配置的 情況下，更大的電流引線可用于減少接頭和增加轉(zhuǎn)子扭矩。當(dāng)通過可調(diào)速驅(qū)動裝置并通過各種其它的滿意的工程方法跨過空 氣間隙以感應(yīng)方式供能時，各種LC轉(zhuǎn)子設(shè)計的最佳電容值可如上面 示出的那樣被計算，通過使用馬達(dá)參數(shù)導(dǎo)出方法被導(dǎo)出，通過第一原 理被計算，以迭代的方式通過使用有限差分計算方法被求出，并且也 可通過使用鎖定的轉(zhuǎn)子技術(shù)被測量。圖14表示簡單的LC轉(zhuǎn)子縱向斷面圖。該圖表示一對轉(zhuǎn)子槽，每 個轉(zhuǎn)子槽包含外籠和深(內(nèi))籠。轉(zhuǎn)子槽在物理上和電學(xué)上被分開約 1800。在該實現(xiàn)中，外籠導(dǎo)體可以與內(nèi)籠電絕緣。左右內(nèi)籠導(dǎo)體通過 兩端的導(dǎo)體被連接(即，短接在一起)。轉(zhuǎn)子內(nèi)籠電流滯后于外加電 壓。外籠導(dǎo)體在一端通過導(dǎo)體并在另一端通過電容器被連接。與外槽 導(dǎo)體串聯(lián)的電容器改變電壓/電流關(guān)系。轉(zhuǎn)子外槽中的電流可根據(jù)特定 旋轉(zhuǎn)速度下的電容值滯后、鎖相或引導(dǎo)外加電壓。轉(zhuǎn)子速度和扭矩在功能上與轉(zhuǎn)子電流的頻率和大小有關(guān)。隨著轉(zhuǎn) 子速度增加，轉(zhuǎn)子電頻率降低。在LC電路中在較低的頻率下需要較 高的電容。因此，通過隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度增加而增加電容，在整體 上增強(qiáng)外籠和轉(zhuǎn)子的操作。因此，可變電容器被選擇為在整個頻率范 圍上優(yōu)化LC轉(zhuǎn)子的操作。圖15示出簡單的LC轉(zhuǎn)子縱向斷面圖。圖15包含兩端的外籠的 電容器耦合。內(nèi)籠端通過兩端的電導(dǎo)體被連接。圖16示出簡單的LC轉(zhuǎn)子縱向斷面圖。本表示法中示出的可變電 容器是加偏壓的反串聯(lián)極化電容器。在該圖中偏壓電路被省略。內(nèi)籠 端通過兩端的電導(dǎo)體^皮連接。圖17示出簡單的LC轉(zhuǎn)子縱向斷面圖。外籠槽導(dǎo)體被電容耦合。 內(nèi)籠端通過兩端的電導(dǎo)體被連接。內(nèi)外導(dǎo)體通過頂端和底部的電容器 互連。電容器在內(nèi)外槽導(dǎo)體之間提供電流路徑。在本LC轉(zhuǎn)子實現(xiàn)中， DC偏壓偏移電壓(bias offset voltage);陂示于在內(nèi)外槽導(dǎo)體之間。圖18示出另一簡單的LC轉(zhuǎn)子縱向斷面圖。在本實現(xiàn)中，外轉(zhuǎn)子 籠槽導(dǎo)體與可變電容器串聯(lián)連接。內(nèi)籠端通過兩端的電導(dǎo)體被連接。較深的籠與反串聯(lián)的電容器對的中心節(jié)點連接，從而在內(nèi)外籠導(dǎo)體之 間提供電容電流路徑。在本實現(xiàn)中，內(nèi)外籠導(dǎo)體處于不同的DC電壓。 圖19示出又一簡單的LC轉(zhuǎn)子縱向斷面圖。在本實現(xiàn)中，外轉(zhuǎn)子 籠槽導(dǎo)體與可變電容器串聯(lián)連接。內(nèi)籠端通過兩端的電導(dǎo)體被連接。在這種轉(zhuǎn)子設(shè)計中，在內(nèi)外槽導(dǎo)體之間設(shè)置電容電流路徑。在本表示 法中，內(nèi)外籠導(dǎo)體可被保持在相同的DC電勢上。同樣，不同的有效中。^ ; . 、 、 ^ 曰、圖20的框圖示出LC轉(zhuǎn)子實現(xiàn)。為了簡化，省略轉(zhuǎn)子AC感應(yīng)電 源。在接合時，在感應(yīng)馬達(dá)中，僅連接固定的電容器。隨著轉(zhuǎn)子機(jī)械 旋轉(zhuǎn)速度加速和轉(zhuǎn)子電頻率降低，通過開關(guān)的閉合增加附加電容。并 且，隨著轉(zhuǎn)子電頻率降低，深籠轉(zhuǎn)子扭矩貢獻(xiàn)增加。開關(guān)的實現(xiàn)可以 采用機(jī)械、電動機(jī)械或固態(tài)的方式。開關(guān)控制才幾制在本質(zhì)上可以采用 機(jī)械、模擬或數(shù)字的方式。通過電路電容的適當(dāng)調(diào)整，電共振、準(zhǔn)共 振和/或偽共振的狀態(tài)可以被保持在選擇的頻率或跨過選擇的頻率范 圍。開關(guān)的數(shù)量、開關(guān)電路布局和可選擇的電容器值當(dāng)然可被提高以 擴(kuò)展有利的結(jié)果。通過使用依賴于頻率的電容器元件，諸如表現(xiàn)出偽 電容和其它這種可變電容現(xiàn)象的電容器元件，可以類似地在整體上或 部分地實現(xiàn)這種機(jī)構(gòu)。這些可變和/或可調(diào)電容器轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)可被擴(kuò)展為 可調(diào)的頻率驅(qū)動裝置和類似的通用感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子。雖然已詳細(xì)說明了本發(fā)明及其優(yōu)點，但應(yīng)理解，在不背離由所附 的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的情況下，可以在這里提出各種變化、替代 和變更。并且，本申請的范圍不應(yīng)限于在說明書中說明的過程、機(jī)器、 制造、物質(zhì)成分、手段、方法和步驟的特定實施例。從本公開很容易上相同的功能或?qū)崿F(xiàn)與其基本上相同的結(jié)果的過程、機(jī)器、制造、物 質(zhì)成分、手段、方法或步驟可被利用。因此，所附的權(quán)利要求意圖在 于在它們的范圍中包含這些過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)成分、手段、方 法或步驟。
權(quán)利要求
1. 一種改進(jìn)的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，具有至少一個轉(zhuǎn)子繞組，所述感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子包括至少一個與所述至少一個轉(zhuǎn)子繞組耦合的電荷存儲裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電荷存儲裝置是非極 化電容器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所述電容器是平板電容器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所述電容器是繞線電容器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所述電容器是圓筒電 容器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所述電容器是線性電 容器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電荷存儲裝置是量子 電荷存儲裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電荷存儲裝置是納米 量級存儲裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電荷存儲裝置具有增 強(qiáng)的表面積。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電荷存儲裝置是極 化電容器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，極化電容器是以下 電容器中的一種電解質(zhì)電容器、鋁電容器、鉭電容器、鈮電容器、 銣電容器、鈦電容器、超級電容器、超電容器、混合電容器、雙層電 容器、閥金屬電容器、量子電容器或納米量級電容器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電荷存儲裝置是非 對稱電容器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電荷存儲裝置是對 稱電容器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電荷存儲裝置是電 化學(xué)電池。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電荷存儲裝置是極 化電荷存儲裝置的加偏壓反串聯(lián)組件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電 荷存儲裝置是可調(diào)或可變電荷存儲裝置。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電 荷存儲裝置是偽電容電荷存儲裝置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電 荷存儲裝置可通過表面積變化被調(diào)節(jié)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電 荷存儲裝置可通過分開距離變化被調(diào)節(jié)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電 荷存儲裝置可通過介電常數(shù)變化被調(diào)節(jié)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電 荷存儲裝置可通過電解質(zhì)變化被調(diào)節(jié)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電 荷存儲裝置可通過溫度變化被調(diào)節(jié)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電 荷存儲裝置可通過松馳周期變化被調(diào)節(jié)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電 荷存儲裝置可通過向心力變化被調(diào)節(jié)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電 荷存儲裝置可通過電引線變化被調(diào)節(jié)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電荷 存儲裝置可通過照射被調(diào)節(jié)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電 荷存儲裝置可通過被動變化被調(diào)節(jié)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，電 荷存儲裝置可通過受控制的變化被調(diào)節(jié)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，還包括可 在操作中與所述一個電荷存儲裝置連接的電源。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1~29中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所 述感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過電和機(jī)械的方式由鼠籠型轉(zhuǎn)子改裝而成。
31. 根據(jù)權(quán)利要求1~29中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所成。
32.根據(jù)權(quán)利要求1~29中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所
33. 根據(jù)權(quán)利要求1~29中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所 述感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子是LC轉(zhuǎn)子。
34. 根據(jù)權(quán)利要求1~29中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，還包括與 LC轉(zhuǎn)子軸連接的至少一個軸承。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所述軸承是磁軸承、 經(jīng)向軸承或負(fù)栽軸承。
36. 根據(jù)權(quán)利要求33的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，還包括通過機(jī)械方式與所 述LC轉(zhuǎn)子耦合的感應(yīng)電機(jī)定子。
37. 根據(jù)權(quán)利要求33的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，還包括通過電磁方式與所 述LC轉(zhuǎn)子耦合的感應(yīng)電機(jī)定子。
38. 根據(jù)權(quán)利要求33的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，還包括通過軸與所述LC 轉(zhuǎn)子連接的機(jī)械負(fù)載或原動機(jī)。
39. 根據(jù)以上的權(quán)利要求中的任一項的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，還包括》茲 場阻擋、絕緣或排除裝置材料。
40. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子繞組是具 有單個并聯(lián)電容器的單繞組。
41. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子繞組是具 有多個并聯(lián)電容器的單繞組。
42. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子繞組是具 有至少一個串聯(lián)電容器的雙繞組。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子繞組是雙 繞組，使得每個繞組具有相同的同名端。
44. 根據(jù)權(quán)利要求42的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子繞組是雙 繞組，使得每個繞組具有相反的同名端(或CW/CC)。
45. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子繞組是具 有混合電容器(即，串聯(lián)和并聯(lián)配置)結(jié)構(gòu)的雙繞組。
46. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子繞組是具 有混合電容器(即，串聯(lián)和并聯(lián)配置)結(jié)構(gòu)的多繞組。
47. 根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，還包括至少一對并聯(lián)的不 同的電容器，以合成希望的頻率響應(yīng)的LC轉(zhuǎn)子。
48. —種改進(jìn)的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，如本申請的說明書和/或

那樣具有至少一個轉(zhuǎn)子繞組。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及電荷存儲裝置在感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子中的用途。最佳感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電場需求隨旋轉(zhuǎn)速度增加但與頻率相反。使用偽電容和其它反向頻率電容調(diào)整方法以滿足該需要并由此提高感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子性能參數(shù)。電抗的優(yōu)化是改進(jìn)旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電機(jī)中的功率傳遞、扭矩、效率、穩(wěn)定性、熱力學(xué)、振動、熱力學(xué)和軸承壽命的基礎(chǔ)。這里概述了LC轉(zhuǎn)子方法和設(shè)計以實現(xiàn)這些目標(biāo)。
文檔編號H02K17/16GK101147310SQ200580021546
公開日2008年3月19日 申請日期2005年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者小威廉·B·達(dá)夫 申請人:小威廉·B·達(dá)夫