專利名稱：可控變速感應電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有關(guān)一種能夠容易地實現(xiàn)寬范圍速度控制、其轉(zhuǎn)矩特性和效率極佳的可控變速感應電動機。
鼠籠轉(zhuǎn)子型感應電動機因為結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、不易損壞、工作時功率因數(shù)和效率較高而被廣泛用作原動機。但是，鼠籠轉(zhuǎn)子型感應電動機的缺點是起動特性差，即，盡管起動時電流很大，起動轉(zhuǎn)矩卻不夠滿意，以及難以高效率地實現(xiàn)寬范圍速度控制。
在繞線轉(zhuǎn)子型感應電動機中，通過電刷和滑環(huán)，從外部把次級電阻接入轉(zhuǎn)子繞組回路，靠調(diào)節(jié)電阻值因而改變電動機的滑差就可以比較簡單地實現(xiàn)連續(xù)、有效的速度控制。然而，鼠籠轉(zhuǎn)子型感應電動機的結(jié)構(gòu)型式不容許采取這種控制方法，所以，下面說明一般采用的方法。
作為連續(xù)控制速度的方法，一種是改變電源的頻率，另一種是改變電源電壓。一般，這兩種方法都不令人滿意，并且存在著在低速范圍控制效率低的缺點。此外，前一種方法需要昂貴的變頻設(shè)備，在頻率變換過程中產(chǎn)生高次諧波噪音和其他電磁波，如果這些干擾進入商用輸電線路，將導致發(fā)生使計算機或其他電子設(shè)備失靈、電力電容器發(fā)熱等各種各樣諧波噪音問題。
此外所知的連續(xù)控制速度的方法是將兩臺極對數(shù)相同的感應電動機軸向并排安裝成一組，兩個具有原邊繞組的定子靠機械的或電氣的方法，使裝在一個轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子的兩個轉(zhuǎn)子鐵芯周圍分別產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場之間形成相位差，這樣，速度控制就可以靠改變相位差因而改變合成的次級電壓的量，亦即改變流入轉(zhuǎn)子的導體元件中次級電流的大小來實現(xiàn)。
還知道一種系統(tǒng)，其中電動機的定子繞組回路備有幾種極對數(shù)，在運行中靠切換極對數(shù)來進行速度控制。雖然這種系統(tǒng)使我們能夠跳躍式或非連續(xù)地控制電動機轉(zhuǎn)速，然而，不可能用這種系統(tǒng)來執(zhí)行無級平滑的速度控制。
本申請的申請人在1987年5月28日提出過一份美國專利申請，美國的編號為No.055147。那一份申請所涉及的發(fā)明是有關(guān)具有如下特征的可變速受控感應電動機在一根公共軸上安裝多個轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯之間留有預定的空襠或非導磁芯部份，在轉(zhuǎn)子鐵芯上分別裝有多個導體元件并且互相連接，因而形成一體的轉(zhuǎn)子;
具有與轉(zhuǎn)子鐵芯分別相對的多個定子鐵芯的多個定子鐵芯上分別繞有定子繞組，定子繞組串聯(lián)在電源回路中;
將處于空襠或非導磁芯部分的導體元件短路的連接元件;
使面對一個定子的導體元件部分上的感應電壓和面對另一個定子的相應導體元件部分的感應電壓之間產(chǎn)生相位差的移相裝置。
那項發(fā)明提供一種在起動特性和有效地執(zhí)行寬范圍速度控制的能力方面遠比通常的感應電動機優(yōu)越的可變速受控感應電動機。但是，那項發(fā)明公開時未提及導體元件材料的特性，因此，如果幾組轉(zhuǎn)子導體元件都用導電性能一樣的材料，那么就有可能使工作特性因為這種材料的選擇而受限制，因為，如果所有的導體元件湊巧都用了電阻率高一些的材料或者都用了電阻率低一些的材料，這當然會顯著地影響電動機的工作特性。假如轉(zhuǎn)子導體由電阻率較高的材料制成，就可能獲得足夠高的起動轉(zhuǎn)矩，而額定負載時的最高轉(zhuǎn)速要比同樣額定輸出下的正常狀態(tài)低一些。另一方面，如果轉(zhuǎn)子導體元件由電阻率較低的材料制成，那么電動機在起動和低速運行時的轉(zhuǎn)矩特性比之通常的電動機將沒有什么明顯的改善。
本發(fā)明的目的之一是提供一種鼠籠轉(zhuǎn)子型感應電動機，它包括分別在不同的速度范圍起作用的不同的導體元件組，即，至少有一組導體元件專門用于低速范圍，一組導體元件專門用于高速范圍，這樣，靠從不同導體元件組分別獲得的特性的結(jié)合效果，電動機能夠達到全范圍的速度控制。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種鼠籠轉(zhuǎn)子型感應電動機，它具有優(yōu)良的起動轉(zhuǎn)矩特性，因而電動機能夠以任意給定和希望的起動轉(zhuǎn)矩起動。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種鼠籠轉(zhuǎn)子型感應電動機，它靠外加一個和最高轉(zhuǎn)速時的外加電流差不多相同的額定電流，使從起動點到最高轉(zhuǎn)速的全速度范圍內(nèi)具有優(yōu)越的轉(zhuǎn)矩特性和高效率。
根據(jù)本發(fā)明提供的可控變速感應電動機包括一個形成一體的轉(zhuǎn)子，它有多個裝在一根公共軸上的轉(zhuǎn)子鐵芯、鐵芯之間留有空襠或者非導磁芯部分，在所述轉(zhuǎn)子鐵芯上有多組轉(zhuǎn)子導體元件，包括專門用于低速范圍的第一組導體元件和專門用于高速范圍的第二組導體元件，至少所述第一組導體元件在所述的空襠或非導磁芯部分處用電阻元件連接，每一組所述轉(zhuǎn)子導體元件被分別連成直線。
圍繞和面向著所述各個轉(zhuǎn)子鐵芯并排排列的多個定子;
以及使面對一個所述定子的所述轉(zhuǎn)子導體元件部分上感應的電壓和面對另一個定子的轉(zhuǎn)子導體元件相應部分感應的電壓之間產(chǎn)生相位差的移相裝置;
由此，所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速能夠籍控制所述移相裝置來改變。
根據(jù)本發(fā)明還提供一種包括如下內(nèi)容的可控變速感應電動機一個形成一體的轉(zhuǎn)子，它有多個裝在一根公共軸上的轉(zhuǎn)子鐵芯、鐵芯之間留有空襠或者非導磁芯部分，在所述轉(zhuǎn)子鐵芯上有多組轉(zhuǎn)子導體元件，包括專門用于低速范圍的第一組導體元件和專門用于高速范圍的第二組導體元件，所述第一組導體元件和第二組導體元件中至少有一組在所述空襠或非導磁芯部分處彎折成與另一組不同的角度;
圍繞和面向著所述各個轉(zhuǎn)子鐵芯而并排安裝的多個定子;
以及使面對所說一個定子的所說轉(zhuǎn)子導體元件部分感應的電壓和面對所說另一個定子的所說轉(zhuǎn)子導體元件相應部分感應的電壓之間產(chǎn)生相位差的移相裝置;
由此，所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速能夠籍控制所述移相裝置來改變。
本發(fā)明的細節(jié)和特點將在下面的說明、權(quán)利要求和附圖中加以陳述，這些附圖是圖1是按照本發(fā)明的感應電動機在轉(zhuǎn)軸方向部分剖開的側(cè)視圖;
圖2是圖1電動機的橫向剖視圖;
圖3是圖1電動機定子旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的局部剖開的頂視圖;
圖4是在距軸同樣直徑的園周上轉(zhuǎn)子導體元件排列的示意圖;
圖5是轉(zhuǎn)子導體元件結(jié)構(gòu)示意圖，其中第一組導體元件相對于第二組導體元件彎了一個預定的角度;
圖6(a)和圖6(b)是表示定子繞組和電源連結(jié)的接線圖;
圖7到圖10是本發(fā)明可控變速感應電動機當定子繞組串聯(lián)連接至電源時，典型的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線;
圖11表示當轉(zhuǎn)子導體元件僅由第一組導體元件構(gòu)成、導體元件用電阻元件連接、定子繞組串聯(lián)接至電源時，電動機相應的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩曲線;
圖12表示當轉(zhuǎn)子導體元件僅由第一組導體元件構(gòu)成、導體元件不用電阻元件連接、定子繞組串聯(lián)接至電源時，電動機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線;
圖13表示當轉(zhuǎn)子導體元件僅由第二組導體元件構(gòu)成、導體元件短路并且彎折、定子繞組串聯(lián)接至電源時，電動機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線;
圖14表示當轉(zhuǎn)子導體元件僅由第二組導體元件構(gòu)成、導體元件不短路、定子繞組串聯(lián)接至電源時電動機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線;
圖15表示當轉(zhuǎn)子導體元件僅由第二組導體元件構(gòu)成、導體元件短路、定子繞組串聯(lián)接至電源時電動機時的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線;
圖16至圖19表示根據(jù)本發(fā)明的電動機當定子繞組并聯(lián)接至電源時典型的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線;
圖20表示當轉(zhuǎn)子導體元件僅由第一組導體元件構(gòu)成、導體元件用電阻元件連接、定子繞組并聯(lián)接至電源時電動機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線;
圖21表示當轉(zhuǎn)子導體元件僅由第二組導體元件構(gòu)成、導體元件不用電阻元件連接、定子繞組并聯(lián)接至電源時電動機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線;
圖22表示當轉(zhuǎn)子導體元件僅由第二組導體元件構(gòu)成、導體元件用電阻元件連接、定子繞組并聯(lián)接至電源時電動機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線。
現(xiàn)參照


本發(fā)明的實施方案。雖然說明是就三相感應電動機所作的，但它是典型的多相感應電動機，應該理解為，本發(fā)明在其他多相感應電動機中也能夠?qū)嵤Ｖ劣谵D(zhuǎn)子的型式，并不限于在本說明中所用的普通鼠籠型或雙鼠籠型，因為其他類型如深槽鼠籠型、特殊鼠籠型也能適用于本發(fā)明的電動機。本說明中所指“導體元件”，是對位于鼠籠型轉(zhuǎn)子槽中的鼠籠型導體元件而言。
根據(jù)本發(fā)明的第一個實施方案將參照圖1至圖5予以說明。
根據(jù)本發(fā)明的鼠籠轉(zhuǎn)子型感應電動機1其結(jié)構(gòu)如下所述。轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)軸3上裝有相隔予定距離的鐵磁性轉(zhuǎn)子鐵芯4和5。非導磁芯6位于轉(zhuǎn)子鐵芯4和5之間。不過，在較小型感應電動機中，這樣的非導磁芯有時被省去而以空襠代之。在轉(zhuǎn)子鐵芯4和5的同直徑園周(參看圖4)或不同直徑園周(參看圖2)上沿軸向伸展的槽中備有第一組導體元件7A…和第二組導體元件7B…，它們伸到轉(zhuǎn)子4和5的端部，第一組導體元件7A…和第二組導體元件7B…分別在端部通過端部短路環(huán)8和9短路，這樣使轉(zhuǎn)子2成為一體。第一組導體元件7A…是電阻率較高的材料，比如鋁，它們在轉(zhuǎn)子鐵芯4和5上的安排使其電抗分量較小。另一方面，第二組導體元件7B…是電阻率較低的材料，如銅，它們在轉(zhuǎn)子鐵芯4和5上的安排使其電抗分量較大。然而，假如第一組導體元件7A…和第二組導體元件7B…要用相同的材料，那么可以靠改變各自的截面積而達到必要的電阻的差別。第一組導體元件7A…和第二組導體元件7B…構(gòu)成導體元件鼠籠，即轉(zhuǎn)子2的導體元件7。第一組導體元件7A…在轉(zhuǎn)子鐵芯4和5之間的空襠或非導磁芯部分6處如圖4所示由電阻元件r…和短路環(huán)10連接在一起，流過短路環(huán)的是矢量差電流。電阻元件r…可以是如鎳鉻線、炭鋼、導電陶瓷之類高電阻材料。第一組導體元件7A…并非都得和電阻元件r…連接(不像圖4那樣)，比如也可以只是偶數(shù)序的導體元件和電阻元件r連接。在圖4的場合，不像第一組導體元件7A…那樣，第二組導體元件7B…在轉(zhuǎn)子鐵芯4和5之間的空襠或非導磁芯部分6處，不是靠電阻元件r…和短路環(huán)10互相接在一起的，而且僅僅把兩個轉(zhuǎn)子鐵芯4和5的外端部聯(lián)通，這些端部則靠端部短路環(huán)8和9連接在一起。但是，第二組導體元件7B…也可以和第一組導體元件7A…一樣，通過電阻元件和短路環(huán)而接在一起。
圖5表示用于本發(fā)明的鼠籠感應電動機1的鼠籠型導體元件7的另一種實施方案。雖然第一組導體元件7A…和第二組導體元件7B都是與穿過兩個轉(zhuǎn)子鐵芯4和5的轉(zhuǎn)軸相平行的，但是，如圖5所示的第一組導體元件7A…卻安排得不同，在轉(zhuǎn)子鐵芯4和5之間的空襠或非導磁芯部分6處，當從轉(zhuǎn)軸中心線看時，它們相對于第二組導體元件7B…彎折了一個予定的角度α。在圖5所示的實例的場合，第一組導體元件7A…相對于第二組導體元件7B…彎折，它們也能以另外的方式來布置，因為要求只是某一組導體元件相對于另一組導體元件彎折。
轉(zhuǎn)子鐵芯4和5以及非導磁芯6都設(shè)有空腔13，伸到轉(zhuǎn)子2的兩個端部11和12，非導磁芯6還設(shè)有從空腔13伸向轉(zhuǎn)子2的外園周的許多徑向小孔。轉(zhuǎn)子2的兩端部11和12帶冷卻風扇15、16，在轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)時它們迫使空氣流入空腔13或者從空腔13排出。
上面說明的成為一體的轉(zhuǎn)子2可旋轉(zhuǎn)地支承在配有軸承19、20的端蓋17、18上，因而它能在機殼21中轉(zhuǎn)動。端蓋17、18用螺母固定在園柱形機殼21兩端的連接螺栓22上。機殼21開有適當數(shù)量的排氣孔，端蓋17和18上有許多通風孔42。
繞有定子繞組23的第一定子25和繞有定子繞組24的第二定子26分別環(huán)繞并面向轉(zhuǎn)子鐵芯4和5的園周表面，它們并排裝在機殼21的內(nèi)壁上。在機殼21和第一定子25之間以及在機殼21和第二定子26之間各有滑動軸承27和28，在機殼21內(nèi)壁中的止動環(huán)29和30限制著這些滑動軸承的左右移動。
在機殼21外園周的頂部裝了脈沖電動機31。第一個驅(qū)動齒輪33固定在脈沖電動機31的驅(qū)動軸上。在機殼21的外表面上還有軸承座37用來支承中間軸36。這個中間軸36其端部有一個第二驅(qū)動齒輪35和一個和中間齒輪33嚙合的中間齒輪34。第一驅(qū)動齒輪32和第二驅(qū)動齒輪35通過機殼21上的開口部分38和39伸到機殼內(nèi)，分別和第一定子25、第二定子26外園周表面上的齒輪40A和齒輪40B嚙合。以脈沖電動機31為主要部件的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)使第一定子25和第二定子26同軸而反方向轉(zhuǎn)動。由第一定子25和第二定子26的轉(zhuǎn)動造成的相對轉(zhuǎn)動差，就使轉(zhuǎn)子鐵芯4和5周圍形成的旋轉(zhuǎn)磁場之間產(chǎn)生了相位差。第一和第二定子25和26的轉(zhuǎn)動量的控制，即旋轉(zhuǎn)磁場之間相位差的控制是由脈沖電動機31來執(zhí)行的。至于驅(qū)動動力，不限于脈沖電動機31，諸如氣動或液壓伺服機構(gòu)都可以使用，甚或最簡單的型式還可以使用手柄手動操作。附圖所示的實例中，第一定子25和第二定子26是同時以相反方向轉(zhuǎn)動，簡單的辦法，可以只轉(zhuǎn)動兩個定子中的某一個。另外，在要求很精細控制的場合，可以作成兩個定子同方向但以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
第一和第二定子25和26上的定子繞組23和24與三相電源線路有兩種接法。一種方法是如圖6(a)中所示的定子繞組串聯(lián)，另一種是將它們并聯(lián)。如圖6(b)所示。圖中只表示了星形接線，但三角形接線也是可用的。當電動機的定子繞組接于電源時，定子25和26就在轉(zhuǎn)子2周圍產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子導體元件7中流過的感應電流和旋轉(zhuǎn)磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。根據(jù)定子繞組23和24究竟是串聯(lián)還是并聯(lián)接于電源，電動機的工作特性是不同的，這一點說明于下。
圖6(a)表示定子繞組23、24串聯(lián)接于電源的實例。第一和第二組導體元件分別在不同的速度范圍起作用，即，第一組導體元件7A…用在轉(zhuǎn)速低的高滑差范圍，第二組導體元件7B…則用在轉(zhuǎn)速高的低滑差范圍。當轉(zhuǎn)子導體元件7在空襠或非導磁芯部分6處不彎折時所得的一般轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性通常如圖7或圖8所示，當導體元件7彎折時的特性則示于圖9或圖10。圖中的虛線代表電流值相同時的轉(zhuǎn)矩和滑差之間的關(guān)系。
我們假定轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)子導體元件7全都是電阻率比較高的材料，而且在空襠或非導磁芯部分6處短接，由此假定它僅由第一組導體元件7A…組成，它的端部不彎折。當?shù)谝缓偷诙ㄗ?5和26之間的相對轉(zhuǎn)動是零，并且這兩個定子的旋轉(zhuǎn)磁場之間沒有相位差，即θ＝0°，時，連接至導體元件7的電阻元件r中就沒有電流流過。這樣，電阻元件r不影響特性，而且，除了由于第一組導體元件7A…電阻率較大使得額定負載時的滑差稍有增加之外，這種電動機的轉(zhuǎn)矩特性和正常電動機的沒有差別。但是，當?shù)谝欢ㄗ?5和第二定子26靠脈沖電動機31的工作分別以反向轉(zhuǎn)動，因而在兩個定子25、26所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場之間產(chǎn)生了相位差θ時，在連接導體元件7的電阻r中就流過由相位差造成的矢量差的電流。因為定子繞組23和24是相互串聯(lián)的，所以，即使繞組23和24各自的電阻值以及定子25和26各自的電容有些差別，繞組23和24中的電流是一樣大小的。于是，和第一定子25、第二定子26各自對應的導體元件7部分感應電壓所決定的電流絕對值是相同的。還因為在連接導體元件7的電阻元件r中流過兩個定子25和26產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的相位差所造成的矢量差電流，當轉(zhuǎn)子導體元件7僅由第一組導體元件7A…組成、它們靠電阻元件r接在一起時，電動機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性表明在轉(zhuǎn)速低的高滑差區(qū)一側(cè)轉(zhuǎn)矩較大，速度可調(diào)范圍變寬了，如圖11曲線所示。作為參考，圖12表示轉(zhuǎn)子2的導體元件7全是電阻率比較高的材料但導體元件不靠電阻元件r來連接在一起的實例。從圖12容易了解。隨相位差增加，最大轉(zhuǎn)矩大大降低，速度難以控制，速度可調(diào)范圍很窄。
接著，假定轉(zhuǎn)子導體元件7都由電阻率較高的材料制成，并且僅由第一組導體元件7A…組成，這組導體元件籍電阻元件r連接在一起并且在空襠部分或非導磁芯部分6處折成α角，下面來說明這種情況下電動機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性。即使當?shù)谝缓偷诙ㄗ?5和26之間的相對轉(zhuǎn)動量為零，并且定子25和26各自產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場之間沒有相位差(θ＝0°)時，在對應于定子25和26的轉(zhuǎn)子導體元件處實際上存在著由折角α造成的不同相位的旋轉(zhuǎn)磁場，在每一部分導體元件產(chǎn)生相位不同的感應電壓，因而使由上述相位差引起的矢量電流流過連接導體元件7的電阻元件r。在電動機極數(shù)為4的場合，機械上折成的角度α，在轉(zhuǎn)換成兩個旋轉(zhuǎn)磁場的電相角差時相當于2α所以，即使當折角為15度(α＝15°)，第一和第二定子25和26之間的相對轉(zhuǎn)動量是零(θ＝0°)時，在轉(zhuǎn)子導體元件7中也感應出相當于相位差θ＝30℃的不同相位的電壓，由此造成的矢量差電流流過電阻元件r。亦即，相位差θ＝0°時的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性曲線實質(zhì)上等于圖11中θ＝30°的曲線。其次，當?shù)谝缓偷诙ㄗ?5和26之間的相對轉(zhuǎn)動量即相位差θ逐步增大到相角θ＝30°為彎角的兩倍(α＝15°)時，轉(zhuǎn)子導體元件7和第一、第二定子25和26之間實質(zhì)上的相位差逐漸減小到零，因此，不再有矢量電流流過電阻元件r。亦即，當相位差變成30度(θ＝30°)時的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性曲線實質(zhì)上等于圖11中θ＝0°時的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性曲線。當?shù)谝缓偷诙ㄗ?5、26之間的相對轉(zhuǎn)動量，即存在于旋轉(zhuǎn)磁場之間的相位差θ增大到越過θ＝30°時，轉(zhuǎn)子導體元件7和第一、第二定子25、26之間實質(zhì)上的相位差從零度起作增加的變化，各點的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性曲線實際上等于圖11中所示θ＝30°、60°、90°…時的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性曲線。所以，當轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)子導體元件7都用電阻率較高的材料，并且只由第一組導體元件7A…構(gòu)成，它們在空襠或非導磁芯部分6處連接在一起并折成α角時，所得轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性如圖13所示。這些特性如說明圖11的曲線圖時一樣，在低速高滑差范圍速度可控范圍寬，并且可能獲得較大的轉(zhuǎn)矩。
反之，當轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)子導體元件7都只由用電阻率較低材料的第二組導體元件7B…構(gòu)成時，電動機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性如下面所述。一種結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)子導體元件7短路，另一種是不短路。在任何一種場合當?shù)谝缓偷诙ㄗ?5和26之間的相對轉(zhuǎn)動量為零、定子25和26各自產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場之間的相位差θ為零(θ＝0°)時，轉(zhuǎn)矩最大。最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在滑差S＝R/ωL之時，此處，R和L分別為導體元件7的電阻和電感，ω是電源的角頻率。但是，當導體元件7不是通過電阻元件r而接在一起時，兩個定子25和26所產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場之間相位差θ的增加導致與此相位差成反比的電流流過導體元件7，因此，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩隨相位差增大而迅速減小。在這種場合，因為導體元件7由電阻率較低的材料制成，額定負載下的滑差要比導體元件7由電阻率較高的材料所制第一組導體元件7A…構(gòu)成時的小，電動機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性如圖14所示，由圖可知，有效的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生在滑差值大的低速范圍。另一方面，如上面所說明的，當導體元件7通過電阻元件r連接在一起時，和第一、第二定子25、26的轉(zhuǎn)動量之差亦即兩個定子25、26所產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場之間的相位差相對應的矢量差電流流過電阻元件r，于是雖然隨著相位差θ增加，最大轉(zhuǎn)矩略有減小，然而有效的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生于從高速范圍至稍低速范圍的寬廣區(qū)域中，如圖15中所示。
如上所述，本發(fā)明感應電動機的轉(zhuǎn)子2由轉(zhuǎn)子導體元件7構(gòu)成，它有兩組導體元件，第一組導體元件7A…在高滑差區(qū)(低速范圍)產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)矩，第二組導體元件7B…在低滑差區(qū)(高速范圍)產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)矩。電動機的特性(如圖7所示，為各種相位差的總合效果)代表由第一組導體元件7A…起作用時的如圖11所示的特性和由第二組導體元件7B…起作用時如圖14所示特性的結(jié)合，或者代表圖11所示特性和由第二組導體元件7B…起作用時圖15所示特性的結(jié)合(如圖8所示為各種相位差時所得的總合效果)。此外，當在轉(zhuǎn)子鐵芯4、5之間第一組導體元件7A…折一角度時，特性代表由第一組導體元件7A…起作用時所得為圖13所示的特性和由第二組導體元件7B…起作用時所得如圖14所示特性的結(jié)合(如圖9所示在各種相位差時所得的總效果)，或者代表圖13所示特性和由第二組導體元件7B…起作用時如圖15所示特性的結(jié)合(如圖10所示對各種相位差得到的總效果)。如圖7、圖8還有圖9、圖10中的虛線所示，不僅能在從低速到高速的寬廣范圍內(nèi)以相同的電流值得到恒定、穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩，而且，籍控制第一、第二定子25、26之間的相對轉(zhuǎn)動量，亦即兩個定子各自產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場之間的相位差，不單單在起動時而且在從低速到高速的寬廣范圍內(nèi)得到較高的轉(zhuǎn)矩。
下面參照圖6(b)來說明定子繞組23和24并聯(lián)接于電源的情況。在這種場合，第一組導體元件7A…和第二組導體元件7B…在不同的速度范圍內(nèi)起作用，即，一般第一組7A…用在高滑差區(qū)而第二組7B用在低滑差區(qū)。在轉(zhuǎn)子導體元件在空當或非導磁芯部分6處不彎折的情況下所得的合成的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性曲線示于圖16或圖17，而導體元件7彎折時的特性曲線則示于圖18或圖19。
如果轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)子導體元件7僅由第一組導體元件7A…構(gòu)成，它們用電阻率較高的材料并且通過電阻元件r連接在一起，但在非導磁芯部分6處不彎折，那么電動機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖20所示，由圖知，較大的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生在轉(zhuǎn)速低的高滑差區(qū)。與之相反，如果轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)子導體元件7都只由第二組導體元件7B…構(gòu)成，它們在非導磁芯部分6處不彎折，則當用電阻元件r時轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性曲線將如圖21所示，沒有電阻元件r時，特性如圖22所示。任何一組轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性曲線都表明，雖然速度可控范圍窄，但有效的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生在低滑差區(qū)。圖20、21和22中表示的全部轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性都表明，雖然，單獨看來它們不能被認為在轉(zhuǎn)矩和變速范圍方面是滿意的，然而，如果使圖20中在高滑差區(qū)有高轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性曲線同圖21和22中在低滑差區(qū)具有有效的大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性相結(jié)合，那么仍可能得到在輸出轉(zhuǎn)矩和變速范圍兩方面都有改善的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性，如圖16和17所示。圖18和19和得到圖16、圖17特性曲線的電動機有關(guān)，表示當?shù)谝唤M導體元件7A…和第二組導體元件7B…有一組對另一組彎折成某個角度時所得的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性。
以定子繞組并聯(lián)接至電源時所得的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性，和前面所述串聯(lián)連接的情況不同，在負載大時難以達到寬范圍的速度變化。但是，如果負載是隨轉(zhuǎn)速上升而減輕的話(傾斜的負載特性)，這種結(jié)線方式能夠在寬范圍內(nèi)改變電動機的轉(zhuǎn)速。
在上述實例中，用圖說明了以機械方式使第一和第二定子25和26之間相對轉(zhuǎn)動的電壓移相裝置50，它被解釋為對由第一和第二定子25和26分別圍繞的轉(zhuǎn)子導體元件部分別感生不同相位電壓的裝置。然而，這種電壓移相裝置也可以用電氣方法代替，此時，靠切換定子繞組和電源的接法可以在兩個定子之間提供分段的相位差，分段變化的相位差也可以靠把定子繞組在三角形接法和星形接法之間切換來達到，或者，在第一和第二定子的繞組之間接入感應式移相器，這時相位差是連續(xù)變化的。又，按照負載或速度變化條件、電動機的使用等等，已說明的機械裝置可以和電氣的移相裝置結(jié)合使用。
本發(fā)明的感應電動機，無需改變其基本結(jié)構(gòu)，就可以作為感應發(fā)電機或者制動裝置使用。當用作感應發(fā)電機時，轉(zhuǎn)子軸可以直接和渦輪機之類的原動機的轉(zhuǎn)軸連結(jié)，并且籍移相方式適當調(diào)節(jié)相差可以發(fā)出電力，在這種場合，價格昂貴的速度調(diào)節(jié)裝置或者變極距裝置可以省去，還能夠穩(wěn)定地發(fā)電。在連接的原動機為燃燒型發(fā)動機的場合，當相位差靠移相裝置進行調(diào)整時，就可能按照使能量消耗最小時的轉(zhuǎn)數(shù)來發(fā)電。當能源是風或者水時，原動力較弱并且不穩(wěn)定，但是，仍能夠以取得最大輸出的轉(zhuǎn)速發(fā)電。
在本發(fā)明的感應電動機被用作制動裝置的場合，它的轉(zhuǎn)軸可以和另一個轉(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)，可以用變相開關(guān)來改變輸入側(cè)兩個定子繞組的相位。依靠變相開關(guān)和移相裝置的作用，能夠有效地使所聯(lián)結(jié)的轉(zhuǎn)軸制動。
盡管本發(fā)明是用其優(yōu)選的實施方案來予以描述的，但應理解，敘述中所用的詞是說明性而非限制性的，在不偏離本發(fā)明的實際范圍思想的情況下可以修改權(quán)利要求條款。
權(quán)利要求
1.可控變速感應電動機包括在一根公共軸上軸向安裝有多個轉(zhuǎn)子鐵芯以及在所述轉(zhuǎn)子鐵芯之間留有的空當或非導磁芯部分，在所述轉(zhuǎn)子鐵芯上有多組轉(zhuǎn)子導體元件，包括專門用在低速范圍的第一組導體元件和專門用在高速范圍的第二組導體元件的成為一體的轉(zhuǎn)子，至少所述第一組導體元件在所述空當或非導磁芯部分處通過電阻元件而連接在一起，每一組所述轉(zhuǎn)子導體元件分別聯(lián)結(jié)成直線；多個定子并排并圍繞排列，且面對各自的所述轉(zhuǎn)子鐵芯；用來在對應于一個所述定子的所述轉(zhuǎn)子導體元件上的感應電壓和對應于另一個所述定子的所述轉(zhuǎn)子導體元件上的感應電壓之間產(chǎn)生相位差的移相裝置；由此，所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速能夠靠控制所述移相裝置來改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的可控變速感應電動機，其所述第一組導體元件和所述第二組導體元件分別布置在直徑各不相同的園周上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的可控變速感應電動機，其所述第一組導體元件是電阻率較高的，而所述第二組導體元件是電阻率較低的。
4.可控變速感應電動機包括在一根公共軸上軸向安裝有多個轉(zhuǎn)子鐵芯以及在所述轉(zhuǎn)子鐵芯之間留有的空當或非導磁芯部分，在所述轉(zhuǎn)子鐵芯上有多組轉(zhuǎn)子導體元件，包括專門用在低速范圍的第一組導體元件和專門用在高速范圍的第二組導體元件的成為一體的轉(zhuǎn)子，至少所述第一組導體元件和所述第二組導體元件中的某一組在所述空當或非導磁芯部分處，彎折一個不同于所述第一和第二組導體元件的另一組的角度;多個定子并排且圍繞配置且面對各自的所述轉(zhuǎn)子鐵芯;用來在面對一個所述定子的所述轉(zhuǎn)子導體元件部分上的感應電壓和面對另一個所述定子的所述轉(zhuǎn)子導體的相應部分上的感應電壓之間產(chǎn)生相位差的移相裝置;由此，所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速能夠靠控制所述移相裝置來改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的可控變速感應電動機，其所述第一組導體元件和所述第二組導體元件分別布置在直徑互不相同的園周上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的可控變速感應電動機，其所述第一組導體元件是電阻率較高的，而所述第二組導體元件是電阻率較低的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的可控變速感應電動機，至少其所述第一組導體元件在所述空當或所述非導磁芯部分處通過電阻元件連接在一起。
全文摘要
可控變速感應電動機包括一個一體化單個轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上的不同轉(zhuǎn)子導體元件組分別在不同速度范圍起作用，即至少有一組專門用于低速范圍的第一導體元件組和一組專門用于高速范圍的第二導體元件組；多個并排且圍繞配置的、面向各自的所述轉(zhuǎn)子部分的多個定子；以及在各轉(zhuǎn)子導體元件部分上產(chǎn)生相位差的移相裝置。不同轉(zhuǎn)子導體元件組分別得到的特性的結(jié)合效果使電動機能夠達到寬范圍的速度控制。
文檔編號H02K17/36GK1030854SQ88104359
公開日1989年2月1日 申請日期1988年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月14日
發(fā)明者佐竹利彥 申請人:株式會社佐竹制作所