專利名稱：兩性多功高節(jié)能電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是對當(dāng)前電機的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)改進(jìn)的一種電機，是一種即有交流特性又有直流特性的高效率、高節(jié)能的多功能電機。
當(dāng)前異步電動機起動電流大、轉(zhuǎn)矩小、功率因數(shù)低，起動設(shè)備龐大、價昂。直流電機的磁場是靜止不動的，電刷時刻與換向器摩擦，而且速度很高，換向性能不好。
本實用新型的目的是提供一種可調(diào)速，換向性能好，起動電流小，轉(zhuǎn)矩大，起動方便，功率因數(shù)高的節(jié)能多功能電機。并且做交流發(fā)電機時頻率穩(wěn)定，頻率不隨拖動機轉(zhuǎn)速變化而變化，易與其它電源同步同相。


圖1是本實用新型的整機剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2、圖3是電動機轉(zhuǎn)子工作原理圖，圖4、圖5、圖6是電動機轉(zhuǎn)子工作特性原理圖，圖中各標(biāo)號如下1－端蓋；2－刷架；3－絕緣座；4－靜止刷；5－軸承；6－軸；7－滑環(huán)；8－換向器；9－換向片；10－功角刷；11－同步功角轉(zhuǎn)子；12－排風(fēng)門；13－副機定子；14－機殼；15－風(fēng)道；16－定子；17－轉(zhuǎn)子；18－軸承；19－進(jìn)風(fēng)門；20－轉(zhuǎn)子磁場旋向；21－主機定子導(dǎo)體；22－定子磁場旋向；23－副機定子導(dǎo)體；24－刷盤；25－副機轉(zhuǎn)子旋向；26－副機定子磁場旋向；27－調(diào)節(jié)環(huán)空；28－調(diào)節(jié)螺釘；29－電樞內(nèi)電勢方向；30－電樞內(nèi)電流方向；31－幾何中性線；32－物理中性線；∠1有功角，∠2無功角，C－D線電勢軸。
本實用新型主要由主機與副機組成。其外部是機殼14及左右端蓋1，左側(cè)近軸端蓋上有進(jìn)風(fēng)門19，右側(cè)遠(yuǎn)軸端蓋上有排風(fēng)門12，主機與副機定子有數(shù)個風(fēng)道15?？諝鈴?9進(jìn)入，流經(jīng)15，從12排出，因轉(zhuǎn)子上有風(fēng)片，轉(zhuǎn)動時風(fēng)受離心力作用，近軸空氣壓強低，冷空氣易從19吸入，遠(yuǎn)軸空氣壓強高，熱空氣易從12排出。機殼內(nèi)有主機與副機。主機由定子16，轉(zhuǎn)子17，換向器8組成。定子16結(jié)構(gòu)與當(dāng)前籠型電機定子結(jié)構(gòu)相同，也有與當(dāng)前直流電機定子結(jié)構(gòu)相同，呈極掌形狀的，轉(zhuǎn)子17結(jié)構(gòu)與當(dāng)前直流電機結(jié)構(gòu)相同。副機由同步功角轉(zhuǎn)子11，功角刷10，靜止刷4，滑環(huán)7，刷盤24，軸承5，副機定子13及刷架、絕緣座組成。副機定子13可從機殼14中抽出，以便維修。副機定子13的的結(jié)構(gòu)也與當(dāng)前籠型電機的定子結(jié)構(gòu)相同。副機轉(zhuǎn)子由同步功角轉(zhuǎn)子11，功角刷10，刷盤24，滑環(huán)7，軸承5及功角刷10上的刷架，絕緣座組成。同步功角轉(zhuǎn)子11為一同步電動機的轉(zhuǎn)子。其中功角刷10，滑環(huán)7，刷盤24及機構(gòu)11上的刷架、絕緣座都安裝在同步功角轉(zhuǎn)子11上。功角刷10安裝在刷架2上，刷架2絕緣地安裝在刷盤24上，刷盤24固定在功角轉(zhuǎn)子11上，通過刷盤的調(diào)節(jié)環(huán)空27可調(diào)節(jié)刷盤24在功角轉(zhuǎn)子11上的相對轉(zhuǎn)向位置，可實現(xiàn)相位調(diào)整。副機轉(zhuǎn)子與主機轉(zhuǎn)子同軸，副機轉(zhuǎn)子內(nèi)有軸承5，副機轉(zhuǎn)子可通過軸承5在軸6上轉(zhuǎn)動。功角刷10與換向片9摩擦相接，數(shù)根導(dǎo)線穿過同步功角轉(zhuǎn)子11分別把功角刷10與滑環(huán)7兩兩對應(yīng)相連，滑環(huán)7又分別與靜止刷4摩擦相接，靜止刷4是安裝在機殼的刷架2上，而通過刷辮引出機殼外的。換向片、滑環(huán)、導(dǎo)線、功角刷，靜止刷都與機體絕緣。
本實用新型的代表符號為本書以“ ”，表示電流流入紙面的導(dǎo)體，以“ ”表示電流流出紙面的導(dǎo)體。
電動機整機工作情況主機定子與副機定子的磁場以同步方式旋轉(zhuǎn)，主機轉(zhuǎn)子17在定子內(nèi)可以以任何速度旋轉(zhuǎn)，副機轉(zhuǎn)子卻與旋轉(zhuǎn)磁場以同步速度帶動功角刷10和滑環(huán)7一起旋轉(zhuǎn)，即主機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(換向器旋轉(zhuǎn))，功角刷10和滑環(huán)7與旋轉(zhuǎn)磁場同步也在旋轉(zhuǎn)。換向器8旋轉(zhuǎn)，功角刷10繞換向器也在旋轉(zhuǎn)，滑環(huán)7在靜止刷內(nèi)旋轉(zhuǎn)。參見圖1。在電動機的實際應(yīng)用中，總是將功角刷置于能使物理中性線與幾何中性線重合，或功率因數(shù)大于1的這一位置上。
電動機轉(zhuǎn)子工作原理當(dāng)定子磁場如22方向旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子17的電樞感生上正下負(fù)的電勢，這時用功角刷將1、7換向片連接成回路，(設(shè)1、7換向片為電勢差最大的兩點，并此時物理中性線與幾何中性線重合。實際由于導(dǎo)線端頭與換向片焊接位置的不同，功角刷可能需放在3、9等其它位置上。)電樞內(nèi)有了電流，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。在電機實際應(yīng)用中，不是將功角刷直接短接的。而是通過靜止刷的辮在機殼外進(jìn)行短接或串接的，通過靜止刷間的串接可實現(xiàn)調(diào)速等控制。參見圖2。但值得注意的是“功角刷相對旋轉(zhuǎn)磁場的位置必須靜止，而保持一定的恒位置?！蓖焦寝D(zhuǎn)子11為一個同步電動機的轉(zhuǎn)子(本例舉為永磁式)。刷盤24、功角刷10，滑環(huán)7都是安裝在同步功角轉(zhuǎn)子11上的，27、28機構(gòu)可供調(diào)節(jié)功角刷與旋轉(zhuǎn)磁場的相對位置、相位。又由于同步功角轉(zhuǎn)子工作近于空載，所以功角刷10與旋轉(zhuǎn)磁場是容易保持穩(wěn)恒同步的。以上均采用了瞬間分析法。參見圖3、圖1。功角刷通過滑環(huán)7，靜止刷4及刷辮引出機殼外。通過靜止刷4間的短接，串接可對電動機實行電氣控制。例如在靜止刷4間施加反向直流電壓或正向直流電壓，就可完成串級無級調(diào)速的目的。電動機起動時，如先起動副機，待達(dá)到同步轉(zhuǎn)速后，再起動主機，這樣會有更好的起動效果。在電動機的實際應(yīng)用中，總是將功角刷置于能使物理中性線與幾何中性線重合，或功率因數(shù)大于1的這一位置上。
兩性多功能高節(jié)能電動機的功率因數(shù)會有顯著的提高，具有轉(zhuǎn)矩大，起動電流小，更適宜頻繁起動的特性，為什么呢？圖4為籠型轉(zhuǎn)子的理想工作狀況，圖5為籠型轉(zhuǎn)子起動時的工作狀況，圖6為兩性多功高節(jié)能電動機轉(zhuǎn)子起動時的工作狀況。如把功角刷置于圖6的C、D點上，并構(gòu)成回路，這時它與圖5的特性相同，即與當(dāng)前籠型電動機的特性相同。這時它們的電流最大，又由于這時的反磁場很強，所以電流會進(jìn)一步增大，從圖5、圖6可以看出，雖然這時的電流最大，但很大部分是無功電流，產(chǎn)生了很大的反向轉(zhuǎn)矩，所以功率因數(shù)很低，轉(zhuǎn)矩很小，即∠2很大。圖5的籠型轉(zhuǎn)子不僅起動時物理中性線32遠(yuǎn)偏幾何中性線，而在正常運轉(zhuǎn)時無功角∠2也很大。再單看圖6，將功角刷置于C、D點時，電流最大，無功電流很大，反向轉(zhuǎn)矩很大，功率因數(shù)很低；將功角刷置于A、B點構(gòu)回路時，電流雖小，但無功電流幾乎不存在，反向轉(zhuǎn)矩消失了，功率因數(shù)近為1。這就闡明了兩個問題1.籠型轉(zhuǎn)子無論在起動時或正常運轉(zhuǎn)時的電流都最大，無功電流很大，反向轉(zhuǎn)矩很大，功率因數(shù)很低，轉(zhuǎn)矩并不大。2.將功角刷置于A、B點時，無功電流基本消失了，反向轉(zhuǎn)矩沒有了，功率因數(shù)顯著提高了。在起動時，轉(zhuǎn)子感生電動勢大，功率因數(shù)低，電勢軸C－D線偏離幾何中性線A－B線，A、B間電勢差就要相對減小，促使起動電流得到了減小的補償。又由于電流大大減小了，導(dǎo)體上的電壓降就減小了，這又促使定轉(zhuǎn)子的電流會進(jìn)一步增加，則轉(zhuǎn)矩便會增大。這就說明了兩性多功高節(jié)能電動機功率因數(shù)高，無功電流小，無功轉(zhuǎn)矩小，起動電流小，有功轉(zhuǎn)矩大，更適宜頻繁起動的特性?？梢钥吹?，通過調(diào)節(jié)功角刷在同步功角轉(zhuǎn)子上的位置，可達(dá)到改變功率因數(shù)的目的。這種特性是籠型電機不能實現(xiàn)的。
當(dāng)功角刷與換向器以同方向，近轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，雖然軸6相對空間轉(zhuǎn)速很高，但功角刷與換向器相對轉(zhuǎn)速很低，所以，換向的危害性問題幾乎不會發(fā)生。換言之，當(dāng)轉(zhuǎn)子17近于同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，換向危害性的問題幾乎不存在。這個特性在不需調(diào)速或調(diào)速范圍小的直流電機上可得到重要的應(yīng)用。
下面簡要說明兩性多功高節(jié)能發(fā)電機1.以主機定子電樞為電源的發(fā)電機直流勵磁電流由靜止刷4輸入到轉(zhuǎn)子17的繞組內(nèi)，軸6由動力機拖動旋轉(zhuǎn)，副機定子繞組由交流電源供給電流，功角刷穩(wěn)恒轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(一般功角刷與轉(zhuǎn)子17同轉(zhuǎn)向)，在定子電樞內(nèi)便感生了交流電動勢。這種電源的頻率由功角刷的轉(zhuǎn)速決定。電動勢的大小由功角刷的轉(zhuǎn)速與原拖動機的轉(zhuǎn)速共同決定。
2.以主機轉(zhuǎn)子電樞為電源的發(fā)電機主機定子繞組為直勵磁繞組。副機定子有旋轉(zhuǎn)磁場式與非旋轉(zhuǎn)磁場式兩類。當(dāng)轉(zhuǎn)子17由動力機拖動旋轉(zhuǎn)，功角刷不旋轉(zhuǎn)時，靜止刷4間輸出的便是直流電源。當(dāng)轉(zhuǎn)子17由動力機拖動旋轉(zhuǎn)。功角刷也旋轉(zhuǎn)時(一般轉(zhuǎn)子17與功角刷10轉(zhuǎn)向相同)，靜止刷4間輸出的便是交流電源。它的頻率由功角刷轉(zhuǎn)速決定。
除以上的直流勵磁發(fā)電機，還有交流勵磁發(fā)電機。
兩性多功高節(jié)能電機的“兩性”是指交流特性與直流特性。因為在很多情況下，它同時兼具交直流的特性。如上述論過的兩性多功高節(jié)能電動機，它的定子繞組內(nèi)流動的是交流電流，而在靜止刷4間流動的卻是“直流”電流，對它進(jìn)行串級調(diào)速時，在靜止刷4間輸入的也是正向或反向的“直流”電壓或電阻。所以兩性多功能高節(jié)能電機一般只有“發(fā)電”與“電動”之分，而沒有“交流”與“直流”之分。
本實用新型具有以下特點即有交流電機特性，又有直流電機特性，可取代部分直流電機而換向性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于當(dāng)前的直流電機，并且整流設(shè)旋簡單、可靠，可實現(xiàn)平滑無級調(diào)速，功率因數(shù)高，起動電流小，轉(zhuǎn)矩大，附加無功轉(zhuǎn)矩大大在減小，功率增大，做發(fā)電機時，它可輸出交直流兩種電源，當(dāng)做交流發(fā)電機時，它具有三大特點1.電源頻率穩(wěn)定。2.電源頻率不隨拖動機轉(zhuǎn)速變化而變化。3.易與其它電源實現(xiàn)同步、同相。
權(quán)利要求一種電機，由定子與轉(zhuǎn)子組成，其特征在于它由主機和副機組成，主機由定子16、轉(zhuǎn)子17、換向器8組成，副機由同步功角轉(zhuǎn)子11、功角刷10、靜止刷4、滑環(huán)7、刷盤24、軸承5、副機定子13及刷架、絕緣座組成，主機與副機定子結(jié)構(gòu)同當(dāng)前異步電機的定子結(jié)構(gòu)，主機轉(zhuǎn)子17為一直流電機的轉(zhuǎn)子，同步功角轉(zhuǎn)子11為一同步電動機的轉(zhuǎn)子，功角刷10、滑環(huán)7、刷盤24及機構(gòu)11上的刷架、絕緣座，都安裝在同步功角轉(zhuǎn)子11上，同步功角轉(zhuǎn)子11內(nèi)有軸承5，同步功角轉(zhuǎn)子11與主機轉(zhuǎn)子17為同軸6的轉(zhuǎn)子，11固定在軸6上，轉(zhuǎn)子11可通過軸承5沿軸6轉(zhuǎn)動，功角刷10與換向片9摩擦相接，功角刷10又分別與滑環(huán)7相連，滑環(huán)7分別與靜止刷4摩擦相接，靜止刷4是安裝在機殼的刷架2上，而通過刷辮引出機殼外的。
專利摘要兩性多功高節(jié)能電機是一種高效率，高節(jié)能的多功能電機。它主要由主機與副機組成。主機由定子16、轉(zhuǎn)子17、換向器8組成，副機由同步功角轉(zhuǎn)子11、功角刷10、靜止刷4、滑環(huán)7、刷盤24、軸承5、副機定子13及刷架、絕緣座組成。兩性多功高節(jié)能電機啟動電流小，功率因數(shù)高，轉(zhuǎn)矩大，換向性能可靠，更有利于做為動力機的拖動。
文檔編號H02K16/00GK2212853SQ94231358
公開日1995年11月15日 申請日期1994年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月30日
發(fā)明者朱子琨 申請人:朱子琨