專利名稱：矢量疊加異步電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)的交流異步電動機。
目前交流電動機的各種調(diào)速方法需要使用具有和控制對象相當(dāng)容量的控制元件和設(shè)備，使成本增加，浪費較多的電能，例如滑差離合器式的調(diào)速裝置。雖具有設(shè)備簡單的優(yōu)點，但其輸出的功率須經(jīng)二次的能量轉(zhuǎn)換，使單機的重量增加，能耗增大，用大功率半導(dǎo)體器件進行調(diào)壓和變頻的調(diào)速裝置，成本和維護費用高，存在著電源利用率低和產(chǎn)生較大的諧波的缺點。
本實用新型的任務(wù)是提出一種更為簡單，且與現(xiàn)有技術(shù)相比更為可靠，成本更低，節(jié)省電能的可調(diào)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的異步電動機。
本實用新型的異步電動機具有組成現(xiàn)有的異步電動機的外殼，端蓋、軸和軸承，以及鐵芯沖片等組件，本實用新型的異步電動機的特征在于定子和轉(zhuǎn)子上都有磁路是獨立的兩個鐵芯，轉(zhuǎn)子的兩個鐵芯分別被定子的兩個鐵芯包圍，它們能夠互相提供磁通的回路。定子或轉(zhuǎn)子之一的兩個鐵芯上裝有電樞繞組，而另一個的兩鐵芯上裝有短路繞組，電樞繞組的繞制使得其接通交流電源時，兩個獨立鐵芯的園周上具有大致相同的磁通分布。并產(chǎn)生各自的旋轉(zhuǎn)磁場，且這兩個旋轉(zhuǎn)磁場具有相同的轉(zhuǎn)角速度和相同的旋轉(zhuǎn)方向，短路繞組的繞制使得分布于兩個鐵芯上的短路線圈為串接。并構(gòu)成若干個獨立的回路。當(dāng)電樞的兩個旋轉(zhuǎn)磁場分別切割短路繞組線圈時，每個短路繞組閉合回路中的感應(yīng)電勢的變化規(guī)律基本相同，且是這兩個旋轉(zhuǎn)磁場在分布于兩個鐵芯上的短路繞組中形成的感應(yīng)電勢的矢量和。當(dāng)改變電樞繞組或短路繞組之一的磁路是獨立的兩個鐵芯連同繞組之間的相對轉(zhuǎn)角，或改變這兩個鐵芯上繞組的接線順序，使得短路繞組回路中兩個感應(yīng)電勢矢量間的夾角在0－π弧度之間變化時，轉(zhuǎn)子的輸出軸上轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速可在最大值和最小值之間變化。電樞繞組或短路繞組之一的磁路是獨立的兩鐵芯連同繞組間的相對轉(zhuǎn)角，通過傳動裝置手動和自動調(diào)節(jié)。兩個鐵芯間離開的離距應(yīng)不使兩對電樞繞組和短路繞組間的能量交換互相受到較大的影響；在需要這兩個鐵芯連同繞組間相對轉(zhuǎn)動時不致互相障礙。可見，本實用新型的異步電動機調(diào)整轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的主要部件，也是電機能量轉(zhuǎn)換的主部件，使電機的調(diào)速不必增加復(fù)雜的調(diào)速裝置，沒有額外的能量損耗，電源的利用率提高，調(diào)速裝置簡單，制造費用低。
本實用新型的解決方案，可進一步用以下幾個附圖和實施例進行說明。
圖①是本實用新型的電動機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖①中1、10為轉(zhuǎn)子鐵芯。轉(zhuǎn)子鐵芯上的短路繞組為鼠籠式，11為轉(zhuǎn)子短路導(dǎo)體，2為短路環(huán)，5和9為定子鐵芯，定子鐵芯裝有電樞繞組3，其中定子鐵芯9固定在一個可在電機外殼4中轉(zhuǎn)動的套筒6上，套筒6上固定有蝸輪7，蝸輪與蝸桿14相嚙合，套筒6由壓圈8來限定其軸向的位置。當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄13，蝸輪、蝸桿機構(gòu)可帶動套筒6和定子鐵芯9在所限定的角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)，

圖1中的12為通風(fēng)孔。
兩個定子上電樞繞組的繞制和一般交流電動機的繞制方法相同，電樞繞組通入三相交流電，使兩個電樞鐵芯具有相同的旋轉(zhuǎn)磁場方向和相同的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)角速度，兩個旋轉(zhuǎn)磁場矢量如圖2所示；F為定子鐵芯5上的旋轉(zhuǎn)磁場矢量，G為定子鐵芯9上旋轉(zhuǎn)磁場的矢量，兩個矢量間的夾角為θ，改變定子上兩鐵芯的相對轉(zhuǎn)角位置，也就改變了兩旋轉(zhuǎn)磁場矢量間的夾角θ。圖1中電動機的短路繞組是由轉(zhuǎn)子上的短路導(dǎo)體和短路環(huán)構(gòu)成的，短路導(dǎo)體均勻地分布在轉(zhuǎn)子鐵芯園周上，短路繞組各閉合回路都是由穿過兩個轉(zhuǎn)子鐵芯的短路導(dǎo)體相串聯(lián)組成。當(dāng)兩個旋轉(zhuǎn)磁場分別切割轉(zhuǎn)子短路導(dǎo)體時，每個短路繞組閉合回路中感應(yīng)電勢的變化規(guī)律是相同的，且是這兩個旋轉(zhuǎn)磁場在分布于兩個鐵芯上的短路繞組中形成的感應(yīng)電勢的矢量和。如果短路繞組是由多匝的繞組做成的繞線式，則其線圈的繞制和連接應(yīng)保證每個短路繞組閉合回路中感應(yīng)電勢的變化規(guī)律基本相同，每個短路繞組的閉合回路都是由分布于兩個鐵芯上的繞組相串聯(lián)組成，使其能實現(xiàn)兩個電樞旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電勢的疊加。圖②中的矢量M、N是由矢量F、G表示的兩電樞旋轉(zhuǎn)磁場在短路繞組閉合回路中形成的感應(yīng)電勢，這兩個感應(yīng)電勢矢量間的夾角和兩個旋轉(zhuǎn)磁場矢量間的夾角是相同的。本例中的電動機為6級，0－π弧度的電角度對應(yīng)的機械角度為π／3弧度，定子鐵芯9可轉(zhuǎn)動的角度恰是π／3弧度。這樣，轉(zhuǎn)動手柄13，使定子鐵芯9連同其上的繞組在0－π／3弧度的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，兩個定子旋轉(zhuǎn)磁場矢量間的夾角就在0－π弧度之間變化，短路繞組閉合回路中的兩個感應(yīng)電勢間的夾角也在0－π弧度之間變化。
圖①中的兩個定子繞組的電參數(shù)相同，兩個旋轉(zhuǎn)磁場矢量的幅值相同，定子通電后，只要轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速沒有達到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)就有感應(yīng)電勢產(chǎn)生，每個短路繞組閉合回路中的電勢都是這兩個旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電勢的矢量和。圖②中矢量Q即是矢量M、N的矢量和，它表示了短路繞組各閉合回路中實際電壓的相位和幅值。改變兩旋轉(zhuǎn)磁場矢量間的夾角，同時也改變了兩感應(yīng)電勢矢量間的夾角和它們的矢量和，使短路繞組閉合回路中的電壓和電流發(fā)生變化，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。對于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的感應(yīng)電勢而言，相當(dāng)于兩個旋轉(zhuǎn)磁場的矢量和切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，圖②中的矢量H即是矢量F和G的矢量和。改變定子上兩鐵芯連同繞組間的相對轉(zhuǎn)角位置，即改變了兩矢量F和G間的夾角θ和它們的矢量和H，從而改變轉(zhuǎn)子回路中的電勢和電流，使電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速連續(xù)調(diào)節(jié)。在圖②中，兩矢量F和G的夾角為θ時，轉(zhuǎn)子上有轉(zhuǎn)矩輸出，當(dāng)改變定子鐵芯9的位置，使矢量F和G間的夾角增大α角度后，兩矢量間的夾角為π弧度，它們的矢量和為零，轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)矩輸出，當(dāng)轉(zhuǎn)動定子鐵芯9，使矢量F和G間的夾角為零，此時轉(zhuǎn)子獲得最大轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。改變兩定子鐵芯5和9連同其上的繞組間的相對轉(zhuǎn)角，就可使兩旋轉(zhuǎn)磁場矢量間的夾角在0－π弧度之間變化，短路繞組回路中兩個感應(yīng)電勢矢量間的夾角也在0－π弧度之間變化，它們的矢量和幅值和相位也發(fā)生變化，使轉(zhuǎn)子輸出軸上轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速在最大值和最小值之間變化。上述的電動機定子和轉(zhuǎn)子之一上磁路是獨立的兩個鐵芯間離開的距離，應(yīng)不使兩對電樞繞組和短路繞組間的能量交換互相受到較大的影響；在需要定子或轉(zhuǎn)子兩個鐵芯連同繞組間相對轉(zhuǎn)動時，不致互相障礙。
上述的電動機調(diào)整定子鐵芯的相對轉(zhuǎn)角位置也可用電動，、氣動和液力偶合等方式實現(xiàn)，如果采用轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的檢測及控制裝置驅(qū)動調(diào)節(jié)機構(gòu)，則可使電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)。
本實用新型的目的也可用改變繞組間的接線順序的方式實現(xiàn)，采用這種方式時，轉(zhuǎn)子的輸出轉(zhuǎn)矩是階躍變化的。下面用一個實施例做具體的說明。
本例中的電動機具有和上述電動機相同的電樞繞組和短路繞組雙鐵芯結(jié)構(gòu)，不同的是定子的雙鐵芯和繞組不能相對轉(zhuǎn)動，定子電樞繞組中的一個直接接入三相電源，另一個電樞繞組是通過一組切換接點和電源接通，使這個電樞的旋轉(zhuǎn)磁場可相對另一個電樞的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動。
圖③中的3對矢量對應(yīng)于分布一對極下電樞三相繞組的相位關(guān)系，三相繞組相角互差2π／3弧度，它們的反向接法又可形成三個互差2π／3弧度的矢量，這樣共形成互差π／3的六個矢量，其中1、4為一相，2、5為一相，3、6為一相，當(dāng)這三個繞組接入電源的首尾和順序變化時，可使由這三個繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場依次轉(zhuǎn)過π／3，2π／3和π弧度的電角度。
圖④中的D為本實用新型的電動機需要調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)磁場的電樞，A、B、C表示三相電源，圖④中標(biāo)有相同數(shù)字的接點由導(dǎo)體連到一起，共接成6組，每組有4個接點，6組接點依次和電動機的6個引出線相連接，每個引出線的號碼都與圖③中各矢量的號碼對應(yīng)，圖④中虛線所連的第一行接點中的三個與電源相連，另三個短接，使電動機的接法為星形，圖中的虛線表示第一行接點是聯(lián)動的，當(dāng)它們分別和第2行、第3行、第4行的接點對應(yīng)接通，即圖④中的I、J、K、L、位置，就可改變所控制的電樞的旋轉(zhuǎn)磁場矢量和另一個電樞的旋轉(zhuǎn)磁場矢量間的夾角為π、2π／3、π／3和0弧度。短路繞組各閉合回路中兩個感應(yīng)電勢矢量間的夾角與兩個旋轉(zhuǎn)磁場矢量間的夾角相同。當(dāng)?shù)谝慌沤狱c在圖中H的位置時，電動機從電源斷開，如果第一排接點在I位置時兩旋轉(zhuǎn)磁場間夾角為π弧度，電動機無轉(zhuǎn)矩輸出，接通空載電流。當(dāng)?shù)谝慌沤狱c經(jīng)過J、K位置，最后處于L位置時，兩旋轉(zhuǎn)磁場矢量夾角為0，產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。
改變兩旋轉(zhuǎn)磁場矢量間的夾角的目的是改變短路繞組中兩個感應(yīng)電勢間的夾角，以改變這兩個電勢的矢量和，本實用新型又一個實施例就是通過改變短路繞組閉合回路中兩部分導(dǎo)體的相對位置來改變它們的感應(yīng)電勢矢量間的夾角，從而實現(xiàn)本實用新型的目的。
圖⑤中的1和10為定子鐵芯，短路繞組裝在定子鐵芯1和10上，其中2為短路環(huán)，7為連接兩鐵芯上短路導(dǎo)體的柔性連線，5和9為轉(zhuǎn)子鐵芯，其上裝有電樞繞組3，定子鐵芯1裝在帶有傳動齒輪并可在外殼4中轉(zhuǎn)動的套筒6上，可由外部的傳動齒輪來調(diào)節(jié)兩定子鐵芯間的相對轉(zhuǎn)角。8為限位圈，轉(zhuǎn)子上電樞繞組是一次繞成的，這樣兩個電樞鐵芯上的旋轉(zhuǎn)磁場的相位和轉(zhuǎn)角速度都是相同的。如果短路繞組分布于兩個鐵芯上的相串聯(lián)的導(dǎo)體在一條直線上時，兩個旋轉(zhuǎn)磁場在短路繞組中形成的感應(yīng)電勢的方向相一致，短路繞組閉合回路中電勢和電流的幅值最大。當(dāng)改變定子上兩鐵芯連同繞組間的相對轉(zhuǎn)角時，短路繞組各閉合回路中兩個感應(yīng)電勢間的夾角也隨之改變，使短路繞組中的電壓和電流發(fā)生變化，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子輸出軸上轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。當(dāng)外部傳動齒輪帶動套筒6和定子鐵芯1連同繞組轉(zhuǎn)動時，使得短路繞組閉合回路中兩個感應(yīng)電勢矢量間的夾角在0－π弧度之間變化，轉(zhuǎn)子輸出軸上轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速在最大值和最小值之間變化。這樣的結(jié)構(gòu)可減小兩鐵芯的間距，縮小電機尺寸，電樞繞組可一次繞成，節(jié)省了工序和導(dǎo)線。
本實用新型的電動機可以由幾種不同的組合方式構(gòu)成電動機的電樞繞組可在轉(zhuǎn)子上，也可在定子上；短路繞組可為鼠籠式也可為繞線式，當(dāng)采用繞線式時，可以接入適當(dāng)?shù)碾娮?，用以獲得不同的機械特性。兩個電樞繞組可并聯(lián)也可串聯(lián)，也可用一個繞組繞在兩個鐵芯上(如圖5)；采用機械的方式或改變接線順序的方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，可以在兩電樞繞組間實現(xiàn)，也可在兩短路繞組間實現(xiàn)，被調(diào)節(jié)的部分可以是定子，也可以是轉(zhuǎn)子。
根據(jù)實際使用的需要，本發(fā)明的電動機兩個電樞繞組的電參數(shù)可以相同也可以不同，當(dāng)電動機拖動的負(fù)荷需要控制的最小轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速大于零時，可使兩電樞繞組的電參數(shù)不同，一個容量大，一個容量小，使被調(diào)整的部分是容量小的一個。
本實用新型的電動機以機械方式和改變接線順序的方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速時，前者的缺點是時間常數(shù)大，后者的缺點是不能連續(xù)調(diào)節(jié)，可以用兩種方式的結(jié)合進行調(diào)整。
權(quán)利要求1.一種可改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的異步電動機，其特征在于定子和轉(zhuǎn)子上都有磁路是獨立的兩個鐵芯，轉(zhuǎn)子的兩個鐵芯分別被定子的兩個鐵芯包圍，它們能夠互相提供磁通的回路，定子或轉(zhuǎn)子之一的兩個鐵芯上裝有電樞繞組，而另一個的兩個鐵芯上裝有短路繞組，當(dāng)電樞繞組接通交流電源并在其兩個鐵芯園周上形成各自的相同轉(zhuǎn)角速度和相同旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場時，串接于兩鐵芯間的短路繞組各閉合回路中的感應(yīng)電勢的變化規(guī)律基本相同，且是這兩個旋轉(zhuǎn)磁場在分布于兩個鐵芯上的短路繞組中形成的感應(yīng)電勢的矢量和，當(dāng)改變電樞繞組或短路繞組之一的磁路是獨立的兩鐵芯連同繞組之間的相對轉(zhuǎn)角，或改變這兩鐵芯上繞組間的接線順序，使得短路繞組回路中的兩個感應(yīng)電勢矢量間的夾角在O-π弧度之間變化時，轉(zhuǎn)子的輸出軸上轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速在最大值和最小值之間變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異步電動機，其特征為電樞繞組或短路繞組之一的磁路是獨立的兩鐵芯連同繞組間的相對轉(zhuǎn)角，通過傳動裝置手動和自動調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異步電動機，其特征為定子和轉(zhuǎn)子之一上磁路是獨立的兩個鐵芯間離開的距離應(yīng)不使兩對電樞繞組和短路繞組間的能量交換互相受到較大影響；在需要定子或轉(zhuǎn)子兩個鐵芯連同繞組間相對轉(zhuǎn)動時不致互相障礙。
專利摘要本實用新型的異步電動機適用于需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的負(fù)荷，該電動機調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的主要部件也是其進行機電能量轉(zhuǎn)換的主部件，不增加額外的能量損耗，效率提高，該電動機具有簡單的雙鐵芯結(jié)構(gòu)，其短路繞組回路的電流和電壓是通過改變其中兩個感應(yīng)電勢的矢量之和進行調(diào)節(jié)的，其調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速只須調(diào)節(jié)兩鐵芯間的相對轉(zhuǎn)角，或改變兩鐵芯上繞組間的接線順序，方便可靠。
文檔編號H02K16/00GK2038688SQ8820520
公開日1989年5月31日 申請日期1988年5月2日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月2日
發(fā)明者鄒積武 申請人:鄒積武