專利名稱：兩定子交叉感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種新型交流電動(dòng)機(jī)現(xiàn)行交流異步電動(dòng)機(jī)利用的是旋轉(zhuǎn)磁場的原理，其定子繞組是分散嵌入定子內(nèi)圓表面的許多槽內(nèi)。它的主要缺點(diǎn)是調(diào)速性能差;其次是定子繞組機(jī)械化嵌線困難，端部無效部分的導(dǎo)線較長，嵌線槽內(nèi)空間利用率也較低，增加了它的制造成本。對于第一個(gè)問題，人們一直在進(jìn)行研究，以改善它的調(diào)速性能雖出現(xiàn)了許多好的方案，但多因結(jié)構(gòu)比它復(fù)雜，成本比較高而未能令人滿意。而對第二個(gè)問題，幾乎是百年來沒有多大改進(jìn)。
本發(fā)明的目的就是從根本上克服交流電動(dòng)機(jī)的上述缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，能降低成本，又具有無級(jí)調(diào)速性能的新型交流電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明沒有采用旋轉(zhuǎn)磁場原理。其基本結(jié)構(gòu)如附

圖1所示將同一籠形轉(zhuǎn)子1的定子在長度方向上分為定子2和定子3兩個(gè)部分，套在轉(zhuǎn)子兩端，各占轉(zhuǎn)子鐵芯長度約一半。若定子2的磁極垂直放置，則定子3的磁極就水平放置，使其磁力線在空間上互相垂直卻又通過各自對應(yīng)的半截轉(zhuǎn)子構(gòu)成閉合磁路，互不干擾。兩定子繞組通以相位差為90°的正弦交流電。因它們的磁路是分開的，不在一個(gè)平面上，不會(huì)合成旋轉(zhuǎn)磁場。但垂直穿過轉(zhuǎn)子的磁通量的變化會(huì)在轉(zhuǎn)子水平導(dǎo)電環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流;水平穿過轉(zhuǎn)子的磁通變化會(huì)在轉(zhuǎn)子垂直導(dǎo)電環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。這兩個(gè)感應(yīng)電流分別流經(jīng)對方磁場時(shí)，在對方磁場作用下會(huì)產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械力矩。可以證明只要通過這兩個(gè)定子繞組的電流相位差為90°，則整個(gè)周期內(nèi)都產(chǎn)生相同方向的旋轉(zhuǎn)力矩。由于這兩截定子共用一個(gè)轉(zhuǎn)子，所以對這兩定子繞組來說，負(fù)載性質(zhì)是完全相同的。只要供給這兩個(gè)定子繞組的電壓是相位差為90°的正弦交流電壓就可滿足要求。
將其中任一定子繞組反接，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向也跟著反轉(zhuǎn)。而改變供電電壓大小就可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。下面用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)兩定子產(chǎn)生的主磁通最大值Φm相等時(shí)，這種電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式設(shè)垂直主磁通為φ┴＝φmsinωt，水平主磁通為φ─＝φmsin(ωt-π/2)＝-φmcosωt。則轉(zhuǎn)子水平導(dǎo)電環(huán)內(nèi)感應(yīng)電壓為U─＝-dφ┴/dt＝-ωφmcosωt轉(zhuǎn)子垂直導(dǎo)電環(huán)內(nèi)感應(yīng)電壓為(考慮到此極位置后)U┴＝-(-dφ─/dt)＝ωφmsinωt水平導(dǎo)電環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)后所生反電勢為e─＝2B─LV＝2φ─/[(πD/4)L].L.(πDn/60)＝-(2n/15)φmcosωt垂直導(dǎo)電環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)后所生反電勢為e┴＝2B┴LV＝(2n/15)φmsinωt水平導(dǎo)電環(huán)內(nèi)電流為(設(shè)導(dǎo)電環(huán)阻抗為R)i─＝(U─-e─)/R＝-(ω-2n/15)φmcosωt/R垂直導(dǎo)電環(huán)內(nèi)電流為i┴＝(U┴-e┴)/R
＝(ω-2n/15)φmsinωt/R而轉(zhuǎn)矩M＝(F┴+F─)D＝(B┴Li┴D+B─Li─D)＝[4φ2m/(πR)](ω-2n/15)(sin2ωt+cos2ωt)＝[4ωφ2m/(πR)]-[8φ2m/(15πR)]n故n＝7.5ω-[15πR/(8φ2m)]M(機(jī)械特性方程)由上面機(jī)械特性方程式可看出，其機(jī)械特性與并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相似。只是第一項(xiàng)為角頻率ω乘以一個(gè)常數(shù)，與供電電壓大小無關(guān)。當(dāng)f＝50Hz時(shí)，ω＝100π，因此理想空載轉(zhuǎn)速為n。＝7.5ω＝750π≈2350(轉(zhuǎn)/分)。φm是由供電電壓大小決定，因此供電電壓對轉(zhuǎn)速影響很大，改變供電電壓大小就能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。
轉(zhuǎn)子導(dǎo)電環(huán)的阻抗這時(shí)只考慮了純電阻R因?yàn)橛?jì)算感應(yīng)電壓時(shí)是按主磁通變化率計(jì)算的，已把其電抗作用考慮進(jìn)去了。值得注意的是這種電機(jī)無論在高速運(yùn)行，還是低速運(yùn)行其功率因數(shù)都是很高的，這點(diǎn)從推導(dǎo)公式過程中的同相性可以看出。
發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下實(shí)施例及附圖2給出。實(shí)施例由鋁質(zhì)外殼小型三相鼠籠式電機(jī)改制。除定子外，其余都利用了原物。附圖2給出的只是一截定子與外殼和轉(zhuǎn)子位置關(guān)系圖。另一截定子與外殼及轉(zhuǎn)子的位置關(guān)系只是定子在空間旋轉(zhuǎn)了90°，其余都一樣，沒有再畫出。定了由鐵芯2、鐵芯2′、繞組4和繞組4′，楔塊5和楔塊6及四個(gè)方向的調(diào)節(jié)螺桿組成。鐵芯2和鐵芯2′形狀大小完全相同，用0.5mm厚硅鋼片(DR510-50)疊成，其疊后壓緊的厚度比轉(zhuǎn)子鐵芯長度的1/2略小點(diǎn)。繞組4和4′只是示意圖，實(shí)際是用適當(dāng)直徑的QZ-2厚漆膜聚脂漆包圓銅線分層密繞在所示位置，注意絕緣及兩邊的繞線方向，使相同極性的磁極并在一端，但中間用鋁質(zhì)楔塊5或6隔開，四個(gè)方向的螺釘既可對鐵芯起固定作用，又可適當(dāng)調(diào)節(jié)定子磁極與轉(zhuǎn)子鐵芯間的空氣隙。由于漆包線分層緊繞在所示位置便于操作和實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。與相同功率現(xiàn)行三相異步電動(dòng)機(jī)比較約可節(jié)約銅線量四分之一以上。
在同一轉(zhuǎn)軸上裝三組上面所講的基本結(jié)構(gòu)一樣的裝置，就構(gòu)成三相對稱交流電動(dòng)機(jī)。其供電方式可以這樣設(shè)第一組兩互相垂直的定繞組電壓分別為U1和U′1;第二組為U2和U′2;第三組為U3和U′3。在三相四線制電源中，相電壓UA與線電壓UBC相位差90°;相電壓UB與線電壓UCA相差90°;相電壓UC與線電壓UAB也相差90°。因此U1和U2及U3分別用UA、UB、UC，則U′1和U′2及U′3就分別用UBC、UCA、UAB。內(nèi)部接線方式是U1、U2、U3三個(gè)繞組的尾端連成一點(diǎn)接中線N;U1和U′3的首端與U′2的尾端連成一點(diǎn)接火線A;U2和U′1的首端與U′3的尾端連成一點(diǎn)接火線B;U3和U′2的首端與U′1的尾端連成一點(diǎn)接火線C。這樣，只用一根四芯電纜與三相四線制電源接通就可工作。而且同現(xiàn)行三相異步電動(dòng)機(jī)一樣也只交換任意兩根火線就會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。用三相自耦變壓器改變供電電壓的大小就可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。
上面接線方法由于線電壓與相電壓不相等會(huì)造成基本單元兩定子主磁通不相等。其基本單元主磁通不等時(shí)，機(jī)械特性方程式如下n＝7.5ω-[15πR/(8φmφ′m)]M
其基本規(guī)律還是一樣的。
不過通過合理設(shè)計(jì)和接線盡量使每基本單元兩定子主磁通相等也是可以做到的。
本發(fā)明因?yàn)椴捎昧私徊娓袘?yīng)的原理，使磁極為互相垂直的兩對，各占半截轉(zhuǎn)子。這樣使每截定子可分成兩個(gè)半圓環(huán)，實(shí)現(xiàn)緊密繞線，因而比現(xiàn)行異步電動(dòng)機(jī)，要節(jié)約大量銅線;第二比現(xiàn)行異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)高;第三可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。
權(quán)利要求
1.兩定子交叉感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本單元是一個(gè)轉(zhuǎn)子1就有兩個(gè)定子2和3與之對應(yīng)的電動(dòng)機(jī)。其特征在于a.所述兩個(gè)定子各占轉(zhuǎn)子長度的約一半，定子2和定子3都只有兩個(gè)隔著轉(zhuǎn)子相對的磁極，但定子2的磁極與定子3的磁極在空間上相差90°卻又各自通過自己所對的半截轉(zhuǎn)子構(gòu)成閉合磁路，相互獨(dú)立。b.每個(gè)定子又從磁極中間分成兩個(gè)近似的半圓環(huán)，繞組繞在半圓環(huán)的弧線部分，不繞在對著轉(zhuǎn)子的磁極上；這兩個(gè)半圓環(huán)的端部之間有非磁性楔塊5和6隔開，這個(gè)非磁性部分的平均寬度大于轉(zhuǎn)子與磁極間隙的10倍。c.轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電條穿過兩個(gè)定子的磁場，受上述兩個(gè)定子磁場的交叉感應(yīng)和相互作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征是兩定子繞組通以相位差為90°的正弦交流電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述裝置，其特征是三個(gè)這樣的基本單元構(gòu)成一臺(tái)三相對稱的交流電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
兩定子交叉感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，可無級(jí)調(diào)速，且高、低速運(yùn)行其功率因數(shù)都很高，相當(dāng)于同步電動(dòng)機(jī)。特點(diǎn)是每個(gè)轉(zhuǎn)子對應(yīng)的定子為兩個(gè)，套在轉(zhuǎn)子兩端各占轉(zhuǎn)子長度一半，磁極相互垂直并通過相位差為90°的正弦交流電。交叉感應(yīng)相互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。為便于繞制定子繞組，又將每個(gè)定子鐵芯沿磁極中間分成兩個(gè)半圓、導(dǎo)線密繞在半圓弧上、從而縮短了端部導(dǎo)線，提高了生產(chǎn)率。三個(gè)基本單元可構(gòu)成一對稱三相電動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)H02K16/04GK1101463SQ93101830
公開日1995年4月12日 申請日期1993年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月19日
發(fā)明者唐仲全 申請人:唐仲全