專利名稱：籠型轉(zhuǎn)子及其電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)電動機，更明確地說，涉及一種起動轉(zhuǎn)矩大、起動電流小并能在很大范圍內(nèi)滿足電動機外特性要求的籠型轉(zhuǎn)子及有該轉(zhuǎn)子的電動機。
已知的籠型電動機降低起動電流和提高起動轉(zhuǎn)矩的技術(shù)，有傳統(tǒng)的雙籠轉(zhuǎn)子、深槽窄槽轉(zhuǎn)子，以及中國專利第85102382號、第86105956號和中國的《中小型電機》雜志1987年第一期介紹的一種英國研制的電動機等。其中，雙籠和深槽、窄槽的轉(zhuǎn)子其效果往往較差。中國專利第85102382號提出的“諧波起動法”的籠型電動機，其轉(zhuǎn)子端部有基波和諧波兩種不同電路，故不能制成鑄鋁轉(zhuǎn)子;且基波電路難于滿足變極要求，不適用于變極電動機。中國專利第86105956號所述電動機，則因端環(huán)開口的個數(shù)難以滿足變極要求，也不適用于變極電動機;同時其轉(zhuǎn)子電路的對稱性差，電動機的振動、噪聲將有所增大?！吨行⌒碗姍C》1987年第一期第59頁《集中了繞線型和籠型優(yōu)點的混合式電動機》一文介紹的電動機，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條伸出鐵心一端并在各導(dǎo)條上分別套上鋼管，這一結(jié)構(gòu)不能制成鑄鋁轉(zhuǎn)子，其阻抗特性也不適用于大速比的變極電動機，同時轉(zhuǎn)子所占空間也較大。
本發(fā)明的目的是提供一種籠型轉(zhuǎn)子，能使電動機具有小的起動電流和大的起動轉(zhuǎn)矩，并能在很大范圍內(nèi)滿足對電動機外特性的要求;該轉(zhuǎn)子可以制成鑄鋁的或嵌銅條的轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明的另一目的是提供利用上述目的所述轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動機，所說電動機可以具有很軟或很硬的外特性，并可以是單速的、變極多速的或改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的技術(shù)措施是，用軟磁性的鋼材制成一具有環(huán)狀空腔的空心環(huán)狀體，稱為“導(dǎo)磁環(huán)”，將籠型轉(zhuǎn)子的端環(huán)放置在該導(dǎo)磁環(huán)的環(huán)狀空腔中，在所說導(dǎo)磁環(huán)上與籠型轉(zhuǎn)子的各導(dǎo)條相應(yīng)的位置處均有孔或槽，各導(dǎo)條分別經(jīng)這些孔或槽穿入導(dǎo)磁環(huán)的環(huán)狀空腔并與端環(huán)連接，這樣，端環(huán)中有電流時導(dǎo)磁環(huán)中即有大量磁通;在導(dǎo)磁環(huán)上設(shè)置一與其內(nèi)的磁通相交鏈的次級繞組，所說次級繞組中即可產(chǎn)生感應(yīng)電流和損耗。
在電動機電路中，所說導(dǎo)磁環(huán)及次級繞組可用轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)的一可變的等效阻抗來表示;適當(dāng)選擇導(dǎo)磁環(huán)及次級繞組的參數(shù)，可使其等效阻抗在電動機起動時因轉(zhuǎn)子電路頻率較高而具有較大的值和較高的功率因數(shù)，從而獲得大的起動轉(zhuǎn)矩和小的起動電流;在電動機轉(zhuǎn)速升高后，上述等效阻抗的值又因轉(zhuǎn)子電路的頻率降低而變小，從而有較高的效率和較硬的特性。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是，把導(dǎo)磁環(huán)沿通過其環(huán)狀空腔的某個面分為兩部份，其中一部份固定在轉(zhuǎn)子鐵心與端環(huán)之間，稱為“內(nèi)環(huán)”，另一部份則稱為“外環(huán)”，外環(huán)與內(nèi)環(huán)共同構(gòu)成環(huán)繞端環(huán)的磁路。
這樣，把內(nèi)環(huán)固定在轉(zhuǎn)子鐵心端部，即可按常規(guī)工藝制成鑄鋁的或嵌銅條的籠型轉(zhuǎn)子。同時，導(dǎo)磁環(huán)及籠型轉(zhuǎn)子的制造工藝也得以簡化。
本發(fā)明的又一改進(jìn)，是使外環(huán)可以在一定距離內(nèi)沿軸向?qū)?nèi)環(huán)作相對運動，外環(huán)與內(nèi)環(huán)之間的距離則按電動機的運行狀態(tài)的要求來控制。
這樣，當(dāng)外環(huán)與內(nèi)環(huán)接觸時，整個導(dǎo)磁環(huán)及次級繞組的等效阻抗為最大值;當(dāng)外環(huán)與內(nèi)環(huán)之間有預(yù)定的最大距離時，上述等效阻抗為最小值。利用所說等效阻抗的變化，能使電動機起動時具有很好的起動性能，運行時又有很高的效率和很硬的外特性;此外，還能利用上述等效阻抗變化引起的外特性變化來變速。
控制外環(huán)與內(nèi)環(huán)之間距離的方法有2種1、設(shè)置一組彈簧，使得電動機不通電時外環(huán)與內(nèi)環(huán)之間由于彈簧力的作用而有預(yù)定的最大距離;在電動機通電的瞬間，籠型轉(zhuǎn)子的端環(huán)中通過一個瞬時的大電流，從而在外環(huán)與內(nèi)環(huán)之間產(chǎn)生一個大的電磁力并克服彈簧力使外環(huán)靠近內(nèi)環(huán);電動機轉(zhuǎn)速升高后，端環(huán)中的電流減小，相應(yīng)的電磁力也減小，從而彈簧力克服該電磁力使外環(huán)回到原位置。
2、設(shè)置一組彈簧及電磁鐵，電磁鐵不通電時，外環(huán)由于彈簧力的作用而處于距內(nèi)環(huán)最近的位置;電磁鐵通電時，其電磁力克服彈簧力和內(nèi)、外環(huán)之間的電磁力，使外環(huán)處于距內(nèi)環(huán)最遠(yuǎn)的位置。
本發(fā)明的另一改進(jìn)是，把導(dǎo)磁環(huán)或其內(nèi)環(huán)沿圓周方向分段，所分段數(shù)與轉(zhuǎn)子齒數(shù)相同。各段的長度可與轉(zhuǎn)子齒寬相近，并分別固定在轉(zhuǎn)子鐵心端部與轉(zhuǎn)子齒相應(yīng)的位置。
這樣，即可按傳統(tǒng)工藝制成鑄鋁的或嵌銅條的籠型轉(zhuǎn)子，同時導(dǎo)磁環(huán)或其內(nèi)環(huán)的制造更為簡單。
導(dǎo)磁環(huán)由實心鋼件制成時，其本身的鋼材又是自行短路的次級繞組。導(dǎo)磁還可以由沖片疊成或由沖片與較厚的鋼環(huán)組成。在導(dǎo)磁環(huán)本身的電能損耗較小而不能滿足電動機的性能要求時，可在導(dǎo)磁環(huán)上嵌放外加的次級繞組，該次級繞組由不同于導(dǎo)磁環(huán)本身鋼材的導(dǎo)電材料制成，從而可增大電能損耗，提高其等效阻抗的功率因數(shù)以改善電動機的性能。
導(dǎo)磁環(huán)上嵌有外加的次級繞組時，該次級繞組的相數(shù)、極對數(shù)和感應(yīng)電壓可在一定范圍內(nèi)選擇，并可以是自行短路的或有出線端的。當(dāng)所說次級繞組有出線端時，可將出線端經(jīng)軸中心孔引到電動機外，從而可以串聯(lián)一大電阻，使電動機在頻繁起動或以很高的轉(zhuǎn)差率運行時，大量電能消耗在電動機外的外接大電阻上，故電動機溫升不高;還可以經(jīng)電刷、滑環(huán)，在上述出線端上串聯(lián)可變電阻調(diào)速或串聯(lián)附加電勢作串級調(diào)速。
按電動機的具體情況，可以僅在籠型轉(zhuǎn)子的一端或者同時在兩端放置導(dǎo)磁環(huán)及次級繞組;在兩端同時放置時，可按電動機性能及制造的難易程度，選擇相同的或不同的導(dǎo)磁環(huán)與次級繞組的組合。
所說籠型轉(zhuǎn)子用于較大容量的電動機時，導(dǎo)磁環(huán)可有多個沿軸向排列的環(huán)狀空腔，具有多層結(jié)構(gòu)的端環(huán)被放置在各環(huán)狀空腔中;此時導(dǎo)磁環(huán)由形狀與一層端環(huán)相近的多個圈及外圈、內(nèi)圈、導(dǎo)磁塊構(gòu)成，制造時使各圈與各層端環(huán)交替排列，然后套上外圈和裝上內(nèi)圈。外加的次級繞組可嵌在內(nèi)圈上，內(nèi)圈還可以按電動機運行的要求沿軸向移動，以增大阻抗的變化幅度。這種結(jié)構(gòu)還能有效地增強籠型繞組端部的強度及降低其溫升。
對同類型感應(yīng)電動機，其極數(shù)越多則阻抗越大，籠型轉(zhuǎn)子端環(huán)的阻抗則隨電動機極數(shù)增多而迅速減小;本發(fā)明所提供的籠型轉(zhuǎn)子其端環(huán)的阻抗可以很大，這樣，在用于變極多速電動機時，能充分地調(diào)整各不同極數(shù)下的阻抗值，從而改善其性能，故本發(fā)明尤其適用于大速比的變極多速電動機。
與傳統(tǒng)的籠型電動機制造工藝比較，本發(fā)明提供的籠型轉(zhuǎn)子及電動機除導(dǎo)磁環(huán)及次級繞組外其余均相同;導(dǎo)磁環(huán)的制造精度要求不高，用普通設(shè)備即可制造;次級繞組的制造工藝則與傳統(tǒng)的繞組制造工藝相似。故本發(fā)明易于實施，電機產(chǎn)品質(zhì)量也易于保證。
以上所述，本發(fā)明所提供的籠型轉(zhuǎn)子及其電動機，能廣泛取代已知的各種籠型電動機，包括通用的及各種特殊性能的電動機，并具有已知的籠型電動機所不能達(dá)到的優(yōu)越性能，尤其在頻繁起動、超高轉(zhuǎn)差率或電源容量小等惡劣條件下，更具有很好的適應(yīng)性和可靠性。同時，利用電磁鐵通電或斷電這一簡單的控制方式，還能實現(xiàn)某一速比的兩級調(diào)速，從而提供了一種新的變速方法。此外，還能與繞線型電動機一樣，經(jīng)滑環(huán)和電刷調(diào)速。
結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
附

圖1A是導(dǎo)磁環(huán)靠近轉(zhuǎn)子鐵心一側(cè)的形狀示圖;
附圖1B是導(dǎo)磁環(huán)的剖面示圖，所示剖平面過導(dǎo)磁環(huán)的軸線;
附圖2A和附圖2B是導(dǎo)磁環(huán)由內(nèi)環(huán)和外環(huán)構(gòu)成的示圖;
附圖3A和附圖3B是導(dǎo)磁環(huán)由分段的環(huán)構(gòu)成的示圖;
附圖4A和附圖4B是導(dǎo)磁環(huán)的內(nèi)環(huán)分段的示圖;
附圖5A和附圖5B是導(dǎo)磁環(huán)上有次級繞組，并有出線端的示圖;
附圖6是由端環(huán)電流的大小決定外環(huán)與內(nèi)環(huán)之間距離的示圖;
附圖7是用彈簧和電磁鐵控制外環(huán)與內(nèi)環(huán)之間距離的結(jié)構(gòu)示圖;
附圖8是導(dǎo)磁環(huán)具有多個環(huán)狀空腔時的示圖。
見附圖1A，導(dǎo)磁環(huán)1的外圈有均布的孔或槽4，籠型轉(zhuǎn)子的各導(dǎo)條6分別穿過孔或槽4進(jìn)入導(dǎo)磁環(huán)1的環(huán)狀空腔5;見附圖1B，籠型轉(zhuǎn)子的端環(huán)7位于導(dǎo)磁環(huán)1的環(huán)狀空腔5中并與導(dǎo)條6連接。
見附圖2A，導(dǎo)磁環(huán)1由內(nèi)環(huán)2和外環(huán)3構(gòu)成，其中內(nèi)環(huán)2固定在轉(zhuǎn)子鐵心8與端環(huán)7之間，并與外環(huán)3共同構(gòu)成環(huán)繞端環(huán)7的磁路。見附圖2B，內(nèi)環(huán)2由輻射狀的構(gòu)件14和內(nèi)圈15、外圈16構(gòu)成，其中構(gòu)件14是沖片疊成的疊片組，也可以與內(nèi)圈15一道制成一整體的實心鋼件;外環(huán)3上有籠型的次級繞組10;為了放置次級繞組10，在外環(huán)3上的某個圓周上打均布的孔19，籠型次級繞組10的導(dǎo)條在孔19中，端環(huán)則在外環(huán)3的兩側(cè)。
見附圖3A，導(dǎo)磁環(huán)1由環(huán)17構(gòu)成，環(huán)17的件數(shù)與轉(zhuǎn)子鐵心8的齒數(shù)相同，厚度與齒寬相近;環(huán)17可由沖制件疊成或用實心鋼制成，必要時可在其上套短路環(huán)10。見附圖3B，把各環(huán)17分別固定在與轉(zhuǎn)子鐵心8端部與各齒相應(yīng)的位置，籠型轉(zhuǎn)子的端環(huán)7則穿過環(huán)17的孔。
見附圖4B，由與轉(zhuǎn)子鐵心8的齒數(shù)相同個數(shù)的ㄈ形塊18構(gòu)成內(nèi)環(huán)2，ㄈ形塊18的厚度與轉(zhuǎn)子鐵心8的齒寬相近。見附圖4A，外環(huán)3與各ㄈ形塊18共同構(gòu)成環(huán)繞籠型轉(zhuǎn)子的端環(huán)7的磁路。
見附圖5A，在外環(huán)3的一個圓周上開均布的孔19，孔19個數(shù)應(yīng)滿足次級繞組10的要求;有所需的相數(shù)、極對數(shù)和出線端數(shù)的次級繞組10嵌在各孔19中。見附圖5B，為便于嵌入分布的次級繞組10，把外環(huán)3分為兩部份分別制造，待次級繞組10嵌入后再裝配成整體。
見附圖6，內(nèi)環(huán)2固定在轉(zhuǎn)子鐵心8和端環(huán)7之間，并與轉(zhuǎn)子鐵心8一道固定在軸23上;外環(huán)3經(jīng)鍵或花鍵24與軸23連接，并由擋圈25決定其與內(nèi)環(huán)之間的最大距離;外環(huán)3與內(nèi)環(huán)2之間有一組彈簧21;電動機不通電時，外環(huán)3與內(nèi)環(huán)2之間有最大距離;在電動機通電的瞬間，端環(huán)7中有一瞬時的大電流，內(nèi)環(huán)2與外環(huán)3之間產(chǎn)生一較大的電磁力，彈簧21的彈力小于該電磁力，故外環(huán)3立即靠攏內(nèi)環(huán)2，電動機的電流隨阻抗的增大而降到起動電流;在電動機達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時，其輸入電流接近額定電流，端環(huán)7中的電流也接近正常值，內(nèi)環(huán)2與外環(huán)3之間的電磁力減小到小于彈簧21的彈力，外環(huán)3被彈簧21頂?shù)接蓳跞?5決定的位置。這樣，電動機就可以有很好的起動性能以及很高的運行效率和很硬的外特性。
見附圖7，外環(huán)3與內(nèi)環(huán)2之間的距離由彈簧21和電磁鐵22、銜鐵26控制;其中，電磁鐵22固定不動，銜鐵26經(jīng)軸承27固定在外環(huán)3上，彈簧21套在支承桿28上，外環(huán)3經(jīng)花鍵和平鍵24套在軸23上。電磁鐵22不通電時，彈簧21的彈力經(jīng)銜鐵26使外環(huán)3與內(nèi)環(huán)2靠近，電動機的阻抗大，從而能以小的起動電流和大的起動轉(zhuǎn)矩起動，并以較軟的特性在較高的較差率下運行;電磁鐵22通電時，其電磁力克服彈簧21的彈力以及內(nèi)環(huán)2和外環(huán)3之間的電磁力，使銜鐵26靠近電磁鐵，從而使外環(huán)3與內(nèi)環(huán)2之間的距離最大，電動機的阻抗小，這樣就能以很高的效率和很硬的特性在很小的轉(zhuǎn)差率下運行。
見附圖8，導(dǎo)磁環(huán)1由圈30及外圈31、內(nèi)圈32、導(dǎo)磁塊33構(gòu)成。制造時先放一個圈30，再放上一層端環(huán)7并與導(dǎo)條6焊接，再如此重疊放置，最后放一個圈30;然后在各導(dǎo)條6之間放置導(dǎo)磁塊33，并套上外圈31;內(nèi)圈32裝入，即構(gòu)成環(huán)繞端環(huán)7的磁路。根據(jù)需要，可在內(nèi)圈32上嵌放外加的次級繞組10。內(nèi)圈32可以固定在軸上，也可以是能在軸向一定距離內(nèi)運動并按需要決定其位置的。對于這種結(jié)構(gòu)，可以把內(nèi)圈32看作是前述的外環(huán)3，其余圈30及外圈31、導(dǎo)磁塊33則可共同看作是前述的內(nèi)環(huán)2。
權(quán)利要求
1.一種籠型轉(zhuǎn)子，有軸(23)，轉(zhuǎn)子鐵心(8)以及由導(dǎo)條(6)和端環(huán)(7)構(gòu)成的籠型繞組，其特征是端環(huán)(7)放置在導(dǎo)磁環(huán)(1)的空腔(5)中，導(dǎo)條(6)經(jīng)導(dǎo)磁環(huán)(1)上的孔或槽(4)穿入導(dǎo)磁環(huán)(1)的空腔(5)與端環(huán)(7)連接；導(dǎo)磁環(huán)(1)由軟磁性鋼材制成，其上有次級繞組(10)。
2.如權(quán)項1所述的轉(zhuǎn)子，其特征是導(dǎo)磁環(huán)(1)由內(nèi)環(huán)(2)和外環(huán)(3)構(gòu)成，其中內(nèi)環(huán)(2)固定在轉(zhuǎn)子鐵心(8)和端環(huán)(7)之間，外環(huán)(3)則與內(nèi)環(huán)(2)共同構(gòu)成環(huán)繞端環(huán)(7)的磁路。
3.如權(quán)項1所述的轉(zhuǎn)子，其特征是導(dǎo)磁環(huán)(1)由環(huán)(17)構(gòu)成，環(huán)(17)的件數(shù)與轉(zhuǎn)子鐵心(8)的齒數(shù)相同，厚度與齒寬相近，且各環(huán)(17)均分別固定在轉(zhuǎn)子鐵心(8)端部的與各齒相應(yīng)的位置。
4.如權(quán)項1和2所述的轉(zhuǎn)子，其特征是內(nèi)環(huán)(1)由ㄈ形塊(18)構(gòu)成，ㄈ形塊(18)的件數(shù)與轉(zhuǎn)子鐵心(8)的齒數(shù)相同，厚度與齒寬相近，且各ㄈ形塊(18)均分別固定在轉(zhuǎn)子鐵心(8)端部的與各齒相應(yīng)的位置。
5.如權(quán)項1到4所述的轉(zhuǎn)子，其特征是導(dǎo)磁環(huán)(1)上的次級繞組(10)是由導(dǎo)磁環(huán)(1)自身的鋼材構(gòu)成的。
6.如權(quán)項1到5所述的轉(zhuǎn)子，其特征是導(dǎo)磁環(huán)(1)上嵌有外加的次級繞組(10)，該次級繞組(10)是由不同于導(dǎo)磁環(huán)(1)自身的鋼材的導(dǎo)電材料構(gòu)成的。
7.如權(quán)項1、2、4、5、6所述的轉(zhuǎn)子，其特征是外環(huán)(3)與內(nèi)環(huán)(2)之間在軸向有一可變距離，該距離的大小決定于彈簧(21)的彈力與由于端環(huán)電流而在外環(huán)(3)與內(nèi)環(huán)(2)之間產(chǎn)生的電磁力之差。
8.如權(quán)項1、2、4、5、6所述的轉(zhuǎn)子，其特征是外環(huán)(3)與內(nèi)環(huán)(2)之間在軸向有一可變距離，該距離由彈簧(21)和電磁鐵(22)控制。
9.如權(quán)項1、2、3、4、6、7、8所述轉(zhuǎn)子，其特征是導(dǎo)磁環(huán)(1)上所嵌的次級繞組有一組出線端，該出線端經(jīng)軸(23)的中心孔到電動機外與滑環(huán)連接或與一組大電阻串聯(lián)。
10.一種電動機，其定子和轉(zhuǎn)子均不少于一個，其特征是該電動機至少有一個轉(zhuǎn)子是權(quán)項1到9中任一權(quán)項所述的籠型轉(zhuǎn)子。
全文摘要
一種籠型轉(zhuǎn)子及其電動機，用一軟磁性鋼材制成的導(dǎo)磁環(huán)圍繞轉(zhuǎn)子端環(huán)，導(dǎo)磁環(huán)上有次級繞組。電動機起動時阻抗大、電流小、功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)矩大；運行時阻抗隨轉(zhuǎn)差率減少。導(dǎo)磁環(huán)可沿垂直于軸向的平面分為兩半，改變該兩半間的距離能增大阻抗變化的幅度，其效果更好，還能作兩級調(diào)速。在轉(zhuǎn)子上易于制成鑄鋁或嵌銅條的籠型繞組。該轉(zhuǎn)子適用于各種性能的電動機。次級繞組外接滑環(huán)能以繞線型的方式調(diào)速。
文檔編號H02K17/16GK1053974SQ90106069
公開日1991年8月21日 申請日期1990年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月14日
發(fā)明者胡利民, 夏光祥, 王玉祥, 夏宗林, 胡啟民, 夏海濤, 胡愛民 申請人:胡利民