专利名称：交流无级变功率自调速电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交流调速电机，尤其适合于风机、水泵节电运行的交流无级变功率自调速电机。
背景技术：
现有技术中的交流无级调速系统，只有串级调速和变频调速是高效率的，但这些有附加装置的调速系统存在着技术复杂、价格昂贵以及存在多种负面效应。例如电子调速装置的高次谐波不仅污染电网，同时也污染电机；串级调速系统的功率因数只有0.55左右。
在已公开的众多交流无级自调速电机专利中，其各种技术方案所研制出的样机都尚未达到取代耗能调速的电磁调速电机的水平。
发明内容
为了克服现有技术中高效率交流调速系统的缺点与不足，本发明提供一种技术简单、制造成本低、调速效率高，且不污染电网的交流无级变功率自调速电机，将其用于风机、水泵的节能改造，能有效地消除“大马拉小车”这个多年未能解决的老问题。
本发明的目的是这样实现的在交流电机外壳中，装有定子铁心、定子绕组、三相交流定子、感应转子、转子铁心轴向位置调控机构以及前后端盖，其特征是感应转子的铁心由固定在同一旋转轴上的两段长度比为1∶2至1∶4且槽数相等或成倍数的软磁叠片，如硅钢叠片构成，两段铁心共用一个整体定子。感应转子的绕组是由长、短铁心共用的多个相互绝缘并自成回路的独立线圈组成，每个独立的线圈在长铁心上绕制成1/4至3/4极距的超短节距，并在两段铁心之间较宽的间隙中反相180度电角度和改变节距，用全节距或接近全节距的长、短节距绕在短铁心的槽内。
当短铁心全部被移出定子铁心内侧，而长铁心全部进入定子铁心内侧时，绕在短铁心槽内的半截线圈因没有定子旋转磁通的感应，不产生感应电势E2s，这时定子的全部旋转磁通都与长铁心耦合，链绕着长铁心槽内的线圈旋转，与普通感应电机相似，能使转子在高速下产生较大转矩，拖动风机在高转速下高效率运行。当逐渐把短铁心移进定子内侧，以及部分长铁心从另一端移出定子时，长铁心上的部分磁通转移到短铁心上，使长铁心槽内的线圈电势下降，短铁心槽内的线圈电势升高，再加上短铁心槽内的线圈是高感应电势的全节距线圈，线圈在铁心单位长度上的感应电势比长铁心槽内的线圈高数倍，由于长、短铁心共用的线圈在两段铁心之间反相180度电角度，故在自成回路的绝缘线圈中，其电势的差值才是形成回路中电流的电势。这种特殊的转子绕组结构，能使感应转子的电流I2随着短铁心移进定子铁心内侧而急骤减小，最终达到使每个绝缘线圈中两端的两个同频率、幅值相等的反相电势，串联在与外界绝缘的闭合回路内，不论感应转子的转差率多大都不会产生转子电流I2。
感应转子上每个绝缘线圈中的电流，都是由长铁心段的剩余电势，即长、短铁心之和电势产生的，因每个线圈都在两段铁心之间反相180度电角度后再绕到短铁心槽内，所以短铁心电流的相位与电势方向相反，并超前定子电压相位90度电角度，通过这个电流将感应转子的转差功率直接高效率地回馈给定子边。
通过调控与螺杆(24)传动连接的伺服电机，就能有效地调控交流变功率无级自调速电机的输入功率和输出转矩，使其按风机的固有特性变化，从而达到无级调节风机运行转速的目的。
其从属特征是1.定子铁心是由固定在壳体上长度比1∶2至1∶3的一段长铁心和一段短铁心组成，定子绕组是由两段铁心共用的绕组线圈构成，每个线圈的2个有效边都在两段铁心之间的空间处扭转180度电角度。
2.长、短铁心共用的多个自成回路的绝缘线圈，还包含有用扁铜漆包线、扁铝线绕制在长、短铁心槽内的单根或多根并绕的线圈，并在转子的其中一端全部焊接在一个共用的短路端环上。
3.鼠笼型转子的导条与转子槽之间有不导电的绝缘层。
4.在后端盖上有中心导套(25)，内孔有槽的中心导套(25)与感应转子的后轴承之间设置有能在中心导套(25)内孔中轴向滑动的衬套(26)，衬套内孔的后段用卡圈固定着一个外圆有一至四根筋的圆形螺母(17)，螺母(17)外圆上的筋，通过衬套后段的开口，伸到中心导套的槽内，以及与螺母相配套的螺杆(24)，螺杆的后端与后端盖之间，通过径向止推轴承如满装滚子的交叉圆柱滚子轴承装配在后端盖上。
5.前端盖的轴承室(6)中装有能承受倾覆力矩的滚动轴承(5)，在轴承(5)的内环孔中固定着一个轴套(4)，轴套(4)的内孔径向焊接着3片以上的柔性传动用的板片弹簧(3)。
6.感应转子的后轴头有容纳螺杆(24)伸进的孔，前轴头(2)有容纳板片弹簧的深槽。
7.感应转子的两段铁心是固定在一根空心的旋转轴(38)上，感应转子的后轴伸是通过交叉圆柱滚子轴承、四点接触球轴承支承在后端盖中心向内伸出的轴头(37)外圆上，前轴伸的内孔中固定有1至3个较短的滑套(33)，空心轴(38)的内孔中段径向焊接着两片以上的板片弹簧(3)。
8.后端盖向内伸出的轴头(37)的外圆上有放置螺杆(24)和异形螺母(35)的导槽，异形螺母(35)的两端有卡住转子后轴承内环的凸台。
9.空心轴(38)内孔的前段和/或后段与转矩输出轴(39)之间，有在多条内、外轴向沟道中沿轴向滚动的滚珠，在每对半圆形的内、外沟道中，沿轴向排列的滚珠之间有圆柱形的保持架。感应转子的扭矩，是通过轴向排列的几排钢珠传递到转矩输出轴上。由于滚珠轴承有无间隙滚动运行的功能，使感应转子即能无间隙传动，又能灵活地轴向调控感应转子。
10.感应转子的铁心是由固定在外转子内孔中的长、短两段铁心构成，内定子与机壳之间有能使定子铁心沿轴向相对外转子移动的机构。
本发明的有益效果是1.由于电机自身能高效率无级调速运行，用调节风机运行速度直接实现系统工况的调节，可节省系统中的调节设备，如调节风量的风门和控制风门的步进电机及其传动机构等的投资和维修费用。
2.由于变功率交流无级自调速电机能在小于额定电流下带风机顺利起动，可节省各种起动设备、减小供电系统的起动容量和提高电机使用寿命，能使投资和维修费用大幅度下降。
3.变功率交流无级自调速电机用改变转速的方法调节系统工况，将消耗在档风板和阀门上的大量电能省下来，而又不产生污染电网的高次谐波。
4.解决风机、水泵系统中广泛存在的“大马拉小车”这个经多年努力一直未能解决的技术难题，能大幅度提高系统效率，节约电能和延长设备使用寿命。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是交流无级变功率自调速电机第一个实施例的纵剖面构造图。
图2是交流无级变功率自调速电机第二个实施例的纵剖面构造图。
图中1.风罩，2.前轴头3.板片弹簧，4.轴套，5.前端盖上的交叉圆柱滚子轴承，6.前端盖轴承室，7.风扇，8.前端盖，9.放置板片弹簧的深槽，10.转子绕组，11.转子上的短铁心，12.定子铁心，13.转子上的长铁心，14.三相定子绕组，15.容纳螺杆的孔，16.转子后轴上的交叉圆柱滚子轴承，17.外圆有筋的圆形螺母，18.中心导套内孔的槽，19.伺服电机，20.伺服电机齿轮，21.卡住螺母的卡圈，22.螺杆上的减速齿轮，23.使螺杆轴向定位的滚珠轴承，24.螺杆，25.后端盖上的中心导套，26衬套，27.转子轴，31.风扇卡圈，32.滚珠轴承，33.短滑套，34.径向止推轴承，35.异形螺母，36.滚针轴承，37.后端盖上的空心轴头，38.空心轴，39.转矩输出轴。
具体实施例方式
在图1所示实施例中，三相定子绕组(14)嵌在定子铁心(12)的定子槽中并浸绝缘清漆；36槽的转子短铁心(11)、两段铁心之间的隔离环、36槽的转子长铁心(13)按图1位置顺序压装在转子轴(27)上，装上铁心定位卡圈并进行精加工；绕制长、短铁心共用的绝缘自短路线圈，用1/2极距嵌在有槽绝缘层的长铁心槽内，并在两段铁心之间反相180度电角度和改变节距，再用全节距嵌在有槽绝缘层的短铁心槽内组成转子绕组(10)，绕组(10)的两端部与中间的反相段，经整形和绑扎后用无纬带在外圆上加固和浸漆处理。
绕有三相绕组(14)的定子铁心(12)按图1位置压装到电机外壳中；交叉圆柱滚子轴承(16)的内环压装在感转子后轴头的外径上，并用卡圈轴向固定，衬套(26)套在轴头上，轴承(16)的外环、圆形螺母(17)先后装进衬套(26)的内孔，螺母外圆上的筋从衬套后段的开口伸出，并用卡圈(21)使螺母(17)紧压在轴承(16)的外环上；轴套(4)固定在轴承(5)的内环中，轴承(5)的外环和内、外轴承盖压紧在前端盖(8)的轴承室(6)中，使轴套(4)通过交叉圆柱滚子轴承限位在前端盖上高速旋转，使轴套(4)不仅能承受轴向和径向负荷，也能承受很大的倾覆力矩。
将装有衬套(26)和推拉感应转子的螺母(17)的转子组件，装入定子铁心的内孔图1的位置，装有轴套(4)的前端盖(8)，用端盖螺钉固定在电机外壳前侧面的止口上，带有中心导套(25)的后端盖，用螺钉固定在电机外壳后侧面的止口上，固定在轴承(23)内环孔中的螺杆和装配在轴承(23)外环上的轴承盒，用螺钉固定在中心导套(25)的侧面止口上，螺杆(24)通过减速齿轮(22)、伺服电机齿轮(20)与调控感应转子转速的伺服电机(19)传动连接。
在图2所示实施例中，感应转子的短铁心(11)同长铁心(13)是固定在一根空心的旋转轴(38)上，感应转子的后轴伸是通过交叉圆柱滚子轴承或用1至2个超轻系列的深沟球轴承，支承在后端盖中心向内伸出的轴头(37)外圆上，前轴伸内孔中固定着2个较短的滑套(33)，滑套的内孔支承在转矩输出轴(39)中段的外径上，空心轴(38)的内孔中段，按120°径向焊接着三片板片弹簧(3)，转矩输出轴(39)的前轴伸上压装有滚珠轴承内环和用卡圈轴向定位的风扇(7)，轴头(37)的外圆上有放置螺杆(24)和异形螺母(35)的导槽，异形螺母(35)的两端有卡住转子后轴承(16)内环的凸台。同异形螺母相配套的螺杆(24)，通过减速齿轮(22)、伺服电机齿轮(20)同调控感应转子转速的伺服电机(19)传动连接。
权利要求
1.一种交流无级变功率自调速电机，由电机外壳、定子铁心、定子绕组、感应转子、转子铁心轴向位置调控机构和端盖组成，其特征是感应转子的铁心由固定在同一旋转轴上的两段长度比为1∶2至1∶4的有槽软磁叠片构成，两段铁心共用一个定子，感应转子的绕组是由长、短铁心共用的多个相互绝缘并自成回路的独立线圈组成，每个独立的线圈在长铁心上绕制成1/4至3/4极距的超短节距，并在两段铁心之间较宽的间隙中反相180度电角度和改变节距，用全节距及接近全节距的长、短节距绕在短铁心的槽内。
2.根据权利要求1所述的交流无级变功率自调速电机，其特征是定子铁心是由固定在壳体上长度比1∶2至1∶3的一段长铁心和一段短铁心组成，定子绕组是由两段铁心共用的绕组线圈构成，每个线圈的2个有效边都在两段铁心之间的空间处扭转180度电角度。
3.根据权利要求1所述的交流无级变功率自调速电机，其特征是长、短铁心共用的多个自成回路的绝缘线圈，还包含有用扁铜漆包线、扁铝线绕制在长、短铁心槽内的单根或多根并绕的线圈，并在转子的其中一端全部焊接在一个共用的短路端环上。
4.根据权利要求2所述的交流无级变功率自调速电机，其特征是鼠笼型转子的导条与转子槽之间有不导电的绝缘层。
5.根据权利要求1或2所述的交流无级变功率自调速电机，其特征是在后端盖上有中心导套(25)，内孔有槽的中心导套(25)与感应转子的后轴承之间设置有能在中心导套(25)内孔中轴向滑动的衬套(26)，衬套内孔的后段用卡圈固定着一个外圆有一至四根筋的圆形螺母(17)，螺母(17)外圆上的筋，通过衬套后段的开口，伸到中心导套的槽内，以及与螺母相配套的螺杆(24)，螺杆的后端与后端盖之间，通过径向止推轴承如满装滚子的交叉圆柱滚子轴承装配在后端盖上。
6.根据权利要求1或2所述的交流无级变功率自调速电机，其特征是前端盖的轴承室(6)中装有能承受倾覆力矩的滚动轴承(5)，在轴承(5)的内环孔中固定着一个轴套(4)，轴套(4)的内孔径向焊接着3片以上的柔性传动用的板片弹簧(3)。
7.根据权利要求1或2所述的交流无级变功率自调速电机，其特征是感应转子的后轴头有容纳螺杆(24)伸进的孔，前轴头(2)有容纳板片弹簧的深槽。
8.根据权利要求1或2所述的交流无级变功率自调速电机，其特征是感应转子的两段铁心是固定在一根空心的旋转轴(38)上，感应转子的后轴伸是通过交叉圆柱滚子轴承、四点接触球轴承支承在后端盖中心向内伸出的轴头(37)外圆上，前轴伸的内孔中固定有1至3个较短的滑套(33)，空心轴(38)的内孔中段径向焊接着两片以上的板片弹簧(3)。
9.根据权利要求1或2所述的交流变功率无级自调速电机，其特征是后端盖向内伸出的轴头(37)的外圆上有放置螺杆(24)和异形螺母(35)的导槽，异形螺母(35)的两端有卡住转子后轴承内环的凸台。
10.根据权利要求1或2所述的交流变功率无级自调速电机，其特征是空心轴(38)内孔的前段和/或后段与转矩输出轴(39)之间，有在多条内、外轴向沟道中沿轴向滚动的滚珠。
11.根据权利要求1所述的交流变功率无级自调速电机，其特征是感应转子的铁心是由固定在外转子内孔中的长、短两段铁心构成，内定子与机壳之间有能使定子铁心沿轴向相对外转子移动的机构。
全文摘要
一种能按转速立方调节输出功率的高效率交流无级变功率自调速电机，由电机外壳、定子铁心、定子绕组、感应转子、转子铁心轴向位置调控机构和端盖组成。其感应转子的铁心是由固定在旋转轴上的两段长度比为1∶2至1∶4的有槽叠片构成，长铁心是转矩输出铁心，短铁心是转差功率回馈铁心。感应转子的绕组是由长、短铁心共用的多个相互绝缘并自成回路的独立线圈组成，每个线圈都在两段铁心之间反转相位并改变节距。这种电机适用于风机、水泵调速运行，其结构简单、造价低廉、调速运行的节电率高、运行时不产生污染电网的高次谐波。
文档编号H02K16/00GK1536739SQ20041003203
公开日2004年10月13日 申请日期2004年3月28日 优先权日2003年4月10日
发明者江允良 申请人:崔小芳