專利名稱：無整流(換向)器感應(yīng)電機(jī)及派生電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有感應(yīng)電機(jī)存在過載，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小;無級(jí)變矩調(diào)速性能差;調(diào)速時(shí)效率低;都是以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)出發(fā)，不能直接用脈振磁場(chǎng)，即不能直接用單相交流電(或脈動(dòng)直流電)，轉(zhuǎn)速受旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速的限制等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的就是解決并克服上述感應(yīng)電機(jī)的缺點(diǎn)。將變壓器和無整流(換向)器電機(jī)組合(綜合)為一種新型的無整流(換向)器感應(yīng)電機(jī)(脈振磁場(chǎng)感應(yīng)電機(jī))。它不但具有能變壓，交流的優(yōu)點(diǎn)，而且具有可直接用脈振磁場(chǎng)，即可直接用單相交流電(或脈動(dòng)直流電);起動(dòng)、過載轉(zhuǎn)矩大;無級(jí)變矩調(diào)速范圍廣，調(diào)速時(shí)效率高，轉(zhuǎn)速高等一系列優(yōu)點(diǎn)。
一、無整流(換向)器感應(yīng)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)無整流(換向)器感應(yīng)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，盤形電樞如

圖1、2、3所示;柱形電樞如圖4、5、6所示。
定子部分由定子鐵心組成的磁軛和磁極3，一次(激磁)繞組1、二次(電樞)繞組2、電刷5、端蓋等不轉(zhuǎn)動(dòng)的部件。
轉(zhuǎn)子部分由電樞軸6、電樞7、集流器8、風(fēng)扇和軸承等轉(zhuǎn)動(dòng)的部件。
定子鐵心(磁軛和磁極)由厚度為0.35或0.5毫米硅鋼片疊壓而成，也可用C形鐵心，類同變壓器鐵心。定子磁極是軸向一對(duì)一對(duì)交替分布(NSSNNS、SNNSSN)，定子磁場(chǎng)是脈振磁場(chǎng)。
一、二次繞組用高強(qiáng)度漆包線繞制而成，類同變壓器的一、二次繞組。二次(電樞)繞組可以在定子鐵心上，也可以部分在定子鐵心上，部分在轉(zhuǎn)子上，還可以全在轉(zhuǎn)子上。
電刷，一般選用金屬石墨等固體電刷，類同現(xiàn)有電機(jī)集流器用的電刷。特殊需要最佳電刷可選用液態(tài)金屬導(dǎo)體，如汞或鈉鉀合金(22%N2，78%K)等。
電樞盤是用無硅的導(dǎo)電導(dǎo)磁性能都好的鋼帶螺旋卷成，或鋼片預(yù)先成漸開線形狀插裝疊壓而成，鋼帶或鋼片既是電樞導(dǎo)體，又是電樞鐵心，即電樞導(dǎo)體和電樞鐵心合為一體。帶間或片間有絕緣-環(huán)氧樹脂粘合壓裝成盤狀整體，電樞盤外緣與電刷滑接處是集流器。柱形電樞不同點(diǎn)只是用無硅鋼片插裝疊壓而成。
電樞盤和電樞軸是過盈配合或花鍵配合成一整體轉(zhuǎn)子，中間電樞盤是兩個(gè)電樞盤合為一體。
為了減少軸漏磁，電樞軸采用非磁性合金鋼制成。
二次(電樞)繞組通過電刷、集流器與電樞導(dǎo)體(電樞軸)串聯(lián)直接構(gòu)成電樞閉合(一般是短路)回路，二次繞組電流，也就是電樞電流。
端蓋采用鑄鋁合金，兩端蓋通過攜緊螺栓，將定子轉(zhuǎn)子壓裝在一起。
二、無整流(換向)器感應(yīng)電機(jī)的基本工作原理當(dāng)一次(激磁)繞組有交流電源供電時(shí)，一次繞組通過交流電流而激磁形成脈振磁場(chǎng)，電機(jī)磁路中便有交變磁通，根據(jù)感生電勢(shì)電磁感應(yīng)定律，任一交變磁通(脈振磁通)，都在與其相鏈的繞組中感應(yīng)出相應(yīng)的感生電勢(shì)。因此，主磁通φ分別在一次和二次繞組中感應(yīng)出一次電勢(shì)E1和二次電勢(shì)E2。二次電勢(shì)E2推動(dòng)其感生電流I2，沿二次繞組通過電刷、集流器，電樞導(dǎo)體，電樞軸構(gòu)成的電樞閉合回路流過。電樞導(dǎo)體為在氣隙磁場(chǎng)中的載流I2導(dǎo)體，根據(jù)電磁力定律，必然受到電磁力作用，此電磁力的方向可用左手定則判定，一個(gè)電樞盤的電磁力的大小為F1＝
2lsinα因lsinα＝R-r代入上式，得F1＝
2(R-r)此電磁力F1作用在電樞盤及軸上的電磁轉(zhuǎn)矩為M1＝
2(R-r)r-＝
2(R-r)· (R+r)/2＝ 1/2 (R2-r2)
2
式中M1-一個(gè)電樞盤上的電磁轉(zhuǎn)矩(牛頓·米);
R-電樞盤有效外半徑(米);
r-電樞盤有效內(nèi)半徑(米);
r-電樞盤有效平均半徑(米);
-氣隙瞬時(shí)磁密(韋/米2);
2-二次瞬時(shí)電流(安)。
上式表明電磁轉(zhuǎn)矩M1隨電樞盤的有效半徑寬(R-r)、氣隙瞬時(shí)磁密
、和二次(電樞)電流
2的增大而成正比增大。上式是一個(gè)電樞盤的電磁轉(zhuǎn)矩，若有W個(gè)電樞盤，則總電磁轉(zhuǎn)矩為WM1。
三、無整流(換向)器感應(yīng)電機(jī)的工作特性根據(jù)全電路歐姆定律，電樞(二次)電路電流
2的有效值為I2= (E2- E3)/(Z2) = (4.44fN2φm- (R2- r2)πBn2)/(Z2)式中E2＝4.44fN2φm-二次繞組感生電勢(shì)有效值(伏)E3＝(R2-r2)πBn2-電樞盤動(dòng)生電勢(shì)(伏);
Z2-電樞(二次)閉合回路阻抗(歐姆)。
將上式代入電磁轉(zhuǎn)矩公式，得M1= 1/2 (R2-r2) B ·〔 (4.44fN2φm- (R2- r2)πBn2)/(Z2) 〕
上式表明它具有和串激電動(dòng)機(jī)相類似的軟的機(jī)械特性。電樞盤轉(zhuǎn)速n2愈低，則電磁轉(zhuǎn)矩M1愈大。當(dāng)轉(zhuǎn)速等于零時(shí)，轉(zhuǎn)矩達(dá)最大值，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的增高而減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速增高到使E2趨近E2時(shí)，轉(zhuǎn)矩趨近于零。即它具有自動(dòng)適應(yīng)阻轉(zhuǎn)矩，無級(jí)變矩調(diào)速范圍廣，過載、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的特性。同時(shí)，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加而大幅度下降，而電機(jī)輸出功率變化不大。
它具有類似整流(換向)器串激電動(dòng)機(jī)電樞電流和激磁電流為同一電流的功效〔
1＝
0+(-
2′)忽略
0，
1＝-
′2〕。但是無換向器感應(yīng)電機(jī)的二次電流，是一次電流通過電磁耦合的感應(yīng)電流，它和一次電流有電磁感應(yīng)定律的必然聯(lián)系，能量的規(guī)律傳遞，但它不是一次電流。它與一次電流方向相反，數(shù)量上和一次電流的近似公式是 (I1)/(I2) ≈ 1/(K) ＝- (N2)/(N1) 上式表明兩個(gè)繞組中的電流大致和繞組的匝數(shù)成反比。因此，它不是串激電機(jī)，而是具有串激電動(dòng)機(jī)功能的有變壓比的無整流(換向)器電機(jī)，即無換向器感應(yīng)電機(jī)(可簡(jiǎn)稱變壓-電機(jī))。
根據(jù)上述電磁轉(zhuǎn)矩公式，改變一次電壓U2(主磁通φm)、頻率f、二次繞組匝數(shù)N2、電樞(二次)回路阻抗Z2，都可改變無換向器感應(yīng)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩M1。這說明它有良好的變矩調(diào)速可控性能，即變矩調(diào)速控制方便。
四、無整流(換向)器感應(yīng)電機(jī)的派生電機(jī)1.復(fù)激無整流(換向)器電機(jī)將無換向器感應(yīng)電機(jī)的二次(電樞)繞組，改接為和電樞內(nèi)外電路串聯(lián)的激磁繞組，就是復(fù)激無整流(換向)器電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，可用于直流電，也可用于交流電，還可交、直流電通用。
2.串激無整流(換向)器電機(jī)將無換向器感應(yīng)電機(jī)的一次(激磁)繞組除去，將二次繞組改接為和電樞內(nèi)外電路串聯(lián)的激磁繞組，就是串激無整流(換向)器電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，可用于直流電也可用于交流電，還可交、直流電通用。
3.并激無整流(換向)器電機(jī)將無換向器感應(yīng)電機(jī)的二次繞組除去，將電樞內(nèi)外電路改接為和一次(激磁)繞組并聯(lián)，就是并激無整流(換向)器電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，可用于直流電、也可用于交流電。
4.它激無整流(換向)器電機(jī)將無換向器感應(yīng)電機(jī)的二次繞組除去，電樞內(nèi)外電路改接為和一次繞組它激電路，就是它激無整流(換向)器電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，可用于直流電，也可用于交流電，但要注意它激電源的匹配。
五無整流(換向)器感應(yīng)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1.與交流換向器電機(jī)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)無換向器感應(yīng)電機(jī)和交流換向器電機(jī)同樣，具有無級(jí)變矩調(diào)速范圍廣，過載、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速控制方便等優(yōu)點(diǎn)外，它還具有交流換向器電機(jī)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。
(1)制造成本低沒有構(gòu)造復(fù)雜的換向器，一、二次繞組可以是集中繞組，構(gòu)造簡(jiǎn)單，工藝性好，用銅少。
(2)維護(hù)修理費(fèi)用低無換向器的維護(hù)修理費(fèi)用，集中繞組維護(hù)修理更換方便。
(3)使用壽令長(zhǎng)集流器是鋼片耐磨性好，壽命長(zhǎng)，而且可刷鍍，而換向器直徑小于規(guī)定尺寸就得報(bào)廢。
(4)轉(zhuǎn)速高因它沒有限制轉(zhuǎn)速的換向要求。
(5)體積小，重量輕沒有換向器，轉(zhuǎn)速高。
(6)效率高沒有換向損耗，功率因數(shù)高，調(diào)速時(shí)的能量損耗小。
(7)可改變成各種派生無整流(換向)器電機(jī)。
2.與電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)(1)制造成本低，沒有構(gòu)造復(fù)雜的電磁轉(zhuǎn)差離合器。
(2)機(jī)械特性好，具有自動(dòng)適應(yīng)阻轉(zhuǎn)矩?zé)o級(jí)變矩調(diào)速范圍廣，過載，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的特性。
(3)轉(zhuǎn)速高異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速受旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速的限制，電磁轉(zhuǎn)差離合器又必須低于電樞的轉(zhuǎn)速。用一般工頻交流電，最高轉(zhuǎn)速小于3000轉(zhuǎn)/分。而無換向器感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一般為4000～20000轉(zhuǎn)/分。
(4)可直接用單相交流電源(或脈動(dòng)直流電源)異步電動(dòng)機(jī)是從旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)出發(fā)，不能直接用單相交流電Ｎ藁幌蚱鞲杏Φ緇?，不是以旋转磁场除b?，而首l勇穌翊懦〕齜?，而路d翊懦∈歉哂幸話閾緣拇懦?，矄君_ハ嘟渙韉緲剎穌翊懦。齠繃韉繅材懿穌翊懦?，因此，它是更具有以掗撛（茪珠性）的感应稻l (5)體積小，重量輕沒有電磁轉(zhuǎn)差離合器，轉(zhuǎn)速高。
(6)效率高沒有電磁轉(zhuǎn)差離合器的損耗，功率因數(shù)高，調(diào)速時(shí)能量損耗小。
(7)可改變成各種派生無整流(換向)器電機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種由電刷(5)、一次繞組(1)、二次繞組(2)、鐵心及磁極(3)的定子，和電樞軸(6)，電樞(7)，集流器(8)的轉(zhuǎn)子組成的感應(yīng)電機(jī)、其特征在于a、是變壓器和無整流(換向)器電機(jī)的組合、二次繞組通過電刷、集流器與電樞導(dǎo)體串聯(lián)直接構(gòu)成電樞閉合(一般是短路)回路，二次繞組的電流，也是電樞電流，b、定子磁場(chǎng)是脈振磁場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)電機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子電樞盤是漸開線鋼片插裝疊壓而成，片間有絕緣、電樞導(dǎo)體和電樞鐵心合為一體，電樞盤外緣是集流器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)電機(jī)，其特征在于二次(電樞)繞組可以在定子鐵心上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)電機(jī)，其特征在于定子磁極是軸向一對(duì)一對(duì)交替分布(NSSNNS、SNNSSN)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)電機(jī)，其特征在于最佳電刷可選用液態(tài)金屬導(dǎo)體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)電機(jī)，其特征在于可派生復(fù)激無整流(換向)器電機(jī)，將其二次繞組，改接為和電樞內(nèi)外電路串聯(lián)的激磁繞組，就是復(fù)激無整流(換向)器電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)電機(jī)，其特征在于可派生串激無整流(換向)器電機(jī)，將其一次繞組除去，二次繞組改接為和電樞內(nèi)外電路串聯(lián)的激磁繞組，就是串激無整流(換向)器電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)電機(jī)，其特征在于可派生并激無整流(換向)器電機(jī)，將其二次繞組除去，電樞內(nèi)外電路改接為和一次繞組并聯(lián)，就是并激無整流(換向)器電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)電機(jī)，其特征在于可派生它激無整流(換向)器電機(jī)，將其二次繞組除去，電樞內(nèi)外電路改接為和一次繞組它激電路，就是它激無整流(換向)器電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6、7、8、9所述的派生無整流(換向)器電機(jī)，其特征在于可用于直流電，也可用于交流電。
全文摘要
無整流(換向)器感應(yīng)電機(jī)及派生電機(jī)是將變壓器和無換向器電機(jī)組合為無換向器感應(yīng)電機(jī)。二次繞組(2)通過電刷(5)、集流器(8)與電樞導(dǎo)體(7)串聯(lián)構(gòu)成電樞閉合回路，電樞導(dǎo)體為在氣隙磁場(chǎng)中的載流I
文檔編號(hào)H02K16/00GK1033224SQ8710785
公開日1989年5月31日 申請(qǐng)日期1987年11月14日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月14日
發(fā)明者張敬業(yè) 申請(qǐng)人:張敬業(yè)