具有改进的频率响应的感应电机转子的制作方法

专利名称：具有改进的频率响应的感应电机转子的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及转子中的电荷存储装置的用途。特别地，本发明 涉及用于改进的频率响应的感应电机转子中的诸如电容器的电荷存储 装置。
背景技术：
电能转换为有用功消耗大量的电力。因此提高它们的能量转换机 制的操作参数具有很大的优点。转子是电磁能转换为有用旋转功中的 电负载的终点。迄今，转子的频率响应面临很大的挑战和困难。AC频率大多数AC电力产生、传输和分配电网(grid)在50 或60赫兹的固定基频下工作。其它基频在使用中，例如25和400赫 兹。各区域一般被同步化和锁相到选择的基频。DC产生、传输和异 步联系(tie)被用于在这些区域之间转移电力。在希望在特定的位置 或应用中使用其它频率或可变频率时，频率转换器或可调频率装置付 诸使用。电动发电机组和电力电子频率转换器以及可调速驱动器是通 常可用的具有这些能力的产品。谐频失真谐频或分谐频常被叠加在基频上。对于60赫兹基频的 情况，第二、第三和第四谐频是120、 180和240Hz。麻烦的频率包括 第五谐频和诸如第三、第九和第十五谐频的三重谐频。分谐频包括1/2(30Hz)和1/3 (20Hz)分谐频。存在显著性水平的分谐频和谐频， 特别是在这些频率上存在共振，可对电网和连接的设备造成很大的困 难。许多电源和负载产生谐频或分谐频失真或对它们敏感。频率响应电气部件和系统一般响应频率变化而在功能、行为和 特性上改变。这些性能的变化一般以频率响应曲线的形式被制图。电 气部件和系统的成分可常常改变，以使它们的频率响应最小化、最大 化、线性化或平坦化。给定材料或系统的频率响应是常规的工程设计 考虑。放大器、扬声器、可调频率装置以及许多其它电气装置和系统 的电气设计主要关注系统频率响应。各种复杂数学的、启发式的和电 路模型被使用，以解释部件、子系统和系统的与频率有关的性能变化。 由于谐频、分谐频和杂散共振等的存在，因此，即使在诸如电力网的 固定频率系统和装置中，频率响应也是重要的考虑。存在材料、设计、 处理和实施以选择、改变和调谐频率响应。电容器电容器是公知的在电场中存储电能的基本电路元件。普 通的电容器类型，平板电容器由被电绝缘体或介电材料分开的两个电 导体构成。如下面称为"平板电容公式"的式1所示，平板型电容器的 电容一般在数学上由板的表面积(A)、隔开板的距离(D)和电介质 的电性能(E)模型化。存在两种通用化的电容器技术，非极化和极 化。存在公知的用于互换使用极化和非极化电容器的机制和方法。几 种普通的非极化电容器技术包括牛皮纸、油填充并金属化的膜。几种 普通的极化电容器技术包括电解质、钽、超级电容器(super capacitor)、超电容器(ultra capacitor)和双层电容器。电力乾在电容 器和电容电路中导致电压。式1:平板电容7^式EA负载上的电容器并联电容器主要作为电流源工作。串联电容器 主要用作电压源。因此，可以为各种电路需要配置混合电容器拓朴结 构。通常认为，在电负载点上或其附近定位串联、关联和混合电容器 的AC电气系统获得显著的益处。这些电容器的益处常趋于随距负载
的距离减小。可变电容器简单的电容改变方法是通过以并联的方式添加附加 电容器(增加)和以串联的方式添加以减小电容。从式l可清楚地看 出，存在几种可改变电容的机制。无线电设备上的射频调谐器一般是通过移动平行板电容器导体表面的阵列到更大或更小的对准程度和交 迭部分工作的可变电容器。这种机制改变式1的表面积(A)参数。也可通过改变板分开距离(D)改变电容。存在用于改变介电参数的 各种附加机制，例如，在带空气间隙的一组平板的两块板之间插入高 介电常数(E)板。极化电容器中的电容也随电解质温度显著改变。伪电容(pseudo capacitance):某些电容器的电容随频率增加显 著降低。也可以这样说，这些电容器实现的电容响应频率的降低显著 增加。这种现象有时被称为伪电容。在图1中示出这种装置中的电容 与频率关系的通用图，称为伪电容。伪电容在诸如双层电容器、超级 电容器、超电容器、钽电容器、铌电容器和电解质电容器的极化电容 器中极其明显。这些装置的电容在DC上或在DC附近被最大化。由 于电引线电感(electrical lead inductance )，因此在更高的频率下出 现类似的现象。虽然所有的极化电荷存储装置的通用化的电容频率响 应曲线形状相似，但诸如电阻的其它电气参数的频率响应的变化大大 不同。频率、电容和电阻的关系有时称为耗散因数曲线。这些电容器表现出主导的电气参数是电阻的自共振频率。在该频 率之上，它们的电路行为本质上算是感应的。这种现象在一些情况下 可以被表征为用于电荷存储和释放的松驰时间。伪电容的各种机制已 在文献中被确定，包括吸收和氧化还原伪电容。这些装置中的电容也 随电解质温度改变。各极化电容器技术具有已知的频率响应。频率响 应一般将包括电容、电感和电阻数学模型参数的变化。这些技术的电 阻参数也随温度显著变化。可以使用并联的一组不同频率特性的电容 器，以合成希望的总频率响应。这种设计技术称为打磨(polishing)。电感器电感器的电感和结构同样是电磁学科内的得到深入研究 的领域。电感器在磁场中存储能量。扼流圏(choke)、变压器、电磁体、马达和发电机是电感器的普通例子。电感器之所以这样命名是基 于可以通过各种已知的手段在这些装置中在某一距离上感应电磁信号和力的性能。磁感应一般在数学上作为频率、材料和距离的函数被计 算。在存在诸如铁、镍和钴的铁磁材料时，感应被大大放大。在电磁 设计中例行使用这些材料和许多其它感应增强材料的合金。电感器的 电气特性在数学上一般由滞后和损失曲线模型化。在电感器和电感电 路中电流滞后于电压。滞后和饱和在规定的频率和温度下工作的》兹路元件和电感电路 中的AC电压和电流之间的关系是一般由滞后曲线描述的复杂函数。 这些曲线在本领域中是公知的。典型的滞后曲线较为复杂，但一般通 过线性区、软饱和区和饱和区被模型化。电感器和电容器的频率响应电感器和电容器表现出依赖于频率 的行为。例如，电感器的能量存储和电感耦合能力随频率增加而增加。 为了将60赫兹变压器和马达转换为50赫兹服务结构，要求电感器质 量增加约25% 。电感器在DC应用中是短路并且在高频下将接近开路。 电容器相反在DC中是开路，并且在高频下将接近电短路。电抗在数学上使选择频率上的电感器和电容器的电路行为相关 联的电气参数是术语电抗。电抗以类似于电阻的方式使AC电压与电 流相关。容抗和感抗可相互4氐消，从而只留下电路电阻〗吏AC电压和 AC电流相关。电抗依赖于频率。因此，感抗趋于随频率增加而增加， 而容抗一般随频率增加而降低。在下式2中以商的形式给出容抗，该 商包含分子1和由90度相量偏移函数(phasor shifting function )( J )、式2: 容抗JWC如下式3给出的那样，感抗由相同的JW函数乘以电感器的电感 (L)给出。从这些等式可很清楚地看出，理想电感器和理想电容器 的电路频率响应完全相反。实际电气部件的确切电路行为当然比这些 数学模型近似复杂一些。式3:感抗XL = JWL功率因数功率因数是用于模型化AC电路的经典数学工具。功 率因数可用于使AC电压、电流和角相位移与源自该电路并通过该电 路下降的瓦特数(watts)相关。包含大部分电力网负载的电感负载由 迟滞功率因数表征。电容负载由超前功率因数表征。当电感负载和电 容负载刚好平衡时，电路将表现出单位功率因数。在这种条件下，电 压和电流^皮相位锁定(phase )在一起。在下式4中示出电感幅值平 衡，该式称为理想串联LC共振条件，该共振条件忽略了电阻。称为 串联LC共振等式的式5重新描述了这种大小关系。存在公知的类似 的用于理想并联共振的公式。包括电阻效应的更复杂的串联和并联共 振公式在本领域中也是公知的。混合共振和准共振的公式可被导出或 模型化。式4:理想串联共振条件Xl = Lc式5:串联LC共振等式功率传递理论在本领域中众所周知，AC电功率传递在单位功 率因数上被优化。这在感抗等于容抗时出现。在功率传递理论的各种 表述中说明这一点。类似地，电共振和准共振是得到深入研究的电气 现象。在与共振相关的现象中释放的力接近无穷大。当然，在可实现 的装置中，电阻、损失和功用来抑制这些力。在电功率的传送、分配 和转换中例行地遇到和使用这些主体。简单的电路中的单位功率因数 或共振的一个通用条件是使感抗等于容抗。由于大多数有用的电负载 是电感性的，因此一般将电容器添加到电力网中以增加功率因数并由 此使电功率向负载的传递最大化。功率传递一般在源和负载互为复共 轭时纟皮最大化。变压器众所周知， 一个导体中的AC电流在附近的电感器中导 致或感应相同频率的AC电流。这将在真空、空气中或通过绝缘体发 生。当未供电的导线与电力线邻近和平行时，观察到该过程。当例如电话线或其它导体直接在/>用电力线(power utility line )的一相导线 下穿过时，这常常会发生。 一般可能供电大约为48伏DC的常规的电 话线将随着平行的路线的长度的增加逐渐增加AC电压。电话公司将 他们的线路交替到电杆的相反侧，以避免在较长的平行路径上追踪单 相导体。类似地，电力公司依次编织这些相导体以使这种效果最小化。 在存在铁、钴、镍和其它铁磁材料的情况下，这种电感过程大大 增加。变压器动作基于这种感应。在电压变压器中，两个导体以固定 的匝数比^皮缠绕在》兹芯周围。/磁芯可以为实心的，或由以窗口的形状 插入的薄板构成。导体常被缠绕在变压器磁芯的相对的柱子上。低压 导体具有一些圏数的大直径导线。变压器的高压侧具有许多匝的较小直径导体。导体中的一个与AC电源连接。其它导体线然后将通过磁 感应被供电到AC电压，该AC电压十分接近其匝数除以与电源连接 的导体的匝数的比值。逐步减低电压变压器被例行用于从高压分配线 向更低和安全的家用电压电平传递电功率。也可以通过使用诸如蒙乃 尔铜-镍合金和哈司特镍合金的某些非磁性材料改变和控制感应的过 程。扼流圏电扼流圏一般由其上缠绕单个导体的铁芯构成。电扼流 圏 一般包含开放的间隙而不是诸如在变压器中使用的连续的磁芯。间 隙可以为空气或可以填充一般称为电介质的电绝缘材料。扼流圏具有 常在电路设计中使用的有许多文件证明的电气效应。磁芯形状、材料 和空气间隙距离在扼流圏的电气和磁性能中作用显著。在一些配置中， 这种类型的装置可被设计为用作电磁体。其它扼流圏设计常被用于电 滤波器应用中。通过使用有意包含空气间隙的导体缠绕磁芯，设计包 含电动机的其它有用的电气产品。电机(electric machine):几乎所有的电机都基于利用两种基本 现象在磁场中的电流施加的力和在承载磁通的铁磁结构之间产生的 力。在大多数旋转机器中，主要在转子的铁芯上施加扭矩，并且只直 接在线圈上施加很小的扭矩。 马达和发电机 一般地，马达和发电机的能量转换过程是可逆的， 但具有损失和滞后曲线。它们通过电感现象工作，其中，当以马达模 式工作时，定子在转子中感应电磁力。存在几种有用的电动力机器， 包括线性和旋转马达。旋转马达有多种类型，包含称为定子的机械固 定側和称为转子的旋转构件。AC感应马达的定子侧一般由AC或换 向的DC供电，这在转子中感应电动力和功率并导致旋转。相反，当 机械驱动转子时，这些装置将趋于发电，由此以发电机模式工作。同步和异步旋转电机AC马达一般是同步或异步类型。同步马 达严格按由极对计数(pole pair count)规定的源频率旋转，而异步马 达表现出由转差率(slip)的存在表征的更慢的速度。常规异步感应电 机的转子一般为鼠笼结构或绕组转子结构。随着异步马达的转子接近 旋转磁场的速度，在转子中感应的电的频率降低。在接近同步速度的 极限是DC。因此，在该同步速度下对于异步马达没有扭矩产生。常规转子类型用于AC感应马达的两个最常用的常规设计包括 鼠笼和绕组转子类型。从图2的简图可以看出，轴、铁芯和大多数转 子导体棒被省略。虽然在AC感应马达中没有实际的鼠笼(squirrel)， 但鼠笼转子确实具有熟悉的形状。绕组转子AC感应电机的结构同样 是本领域技术人员公知的。诸如DC转子和同步转子的其它转子类型 也是本领域技术人员十分熟悉的。i走转》兹场用电流产生旋转磁场是由Nicola Tesla在1883年发明 的感应电机的基础。在三相马达的定子中容易建立旋转或转动磁场。 以单相电工作的马达一般必须通过其它7>知的^:计方法产生旋转》兹 场。为了在以单相电源工作的感应电机中感应旋转磁场，屏蔽极、电 容器运行和电容器启动马达是公知的定子设计。存在从单相源操作三 相感应马达的已知方法。马达速度感应AC马达的旋转速度是电极对的数量、与负载相 关的转差率和电频率的函数。在60赫兹下驱动的同步马达的旋转速度 为使用一对磁级(1PP)时为60转每秒或3600RPM,或者，使用 附加的/P兹极时为1800 ( 2PP) 、 1200 (3PP)和900 ( 4PP )等。用相
同的频率驱动的异步AC马达将以3580RPM、 1752RPM等的量级转 差到额定的负载速度。可调速度驱动装置和类似的装置一般将频率转 换器连接到感应马达上。通过驱动装置的频率和电压或电流的适当变 化，转子的旋转速度和/或转矩被改变。驱动装置能够在广泛的频率上 工作，因此能够在广泛的旋转速度上工作。转子频率在AC感应马达的转子中循环的电频率随转子的旋转 速度改变。随着马达的旋转速度或速度增加，从定子耦合的频率开始 降低。由以其设计的同步速度的一半旋转的转子看到的主频率将处于 与定子连接的频率的一半的量级。当转子以同步速度的四分之三旋转 时，转子电压和电流的频率为基频的约四分之一。当定子与60Hz源 连接时，转子电频率的范围可以为从大电机中的0.3Hz到较小的电机 中的3Hz。随着转子接近同步速度，转子中的电流频率接近DC。由于感应 是电频率的函数，因此在DC上没有出现感应。因此，当以同步速度 旋转时，AC感应马达不能产生任何转矩。类似地，当以同步速度旋 转时，感应发电才几不能产生任何电力。同步马达/发电机通过由Tesla 提出的机制以同步速度工作。但是，如所述的那样，在该速度下AC 感应马达/发电才几在功能上是无用的。转差率转子频率与定子频率的比值是转差率。但是，马达转差 率常以百分比的形式表示。转差率在接合的时刻最大并随着马达加速 而减小。马达工作范围上的转差率是马达设计的目标。在同步速度上， 马达转差率是零。市售的高转矩、高转差率马达可表现出范围为5~8 %或更高的依赖于负栽的转差率。效率和电比率(electrical rate)结构存在可将机械输出功率与 电功率输入相比的马达用电动机械转换效率的各种定义。 一些简化的 测量法仅考虑电学瓦特。更一般的公式包含操作马达所需的伏特安培。 这种更宽的测量法称为VA效率。其它公式考虑谐波畸变和其它电学 扰动。因此，工业用户一般都会选择动力系统和其它能量转换，同时 兼顾效用清单(utility bill)。LC定子马达设计电容器已被加入单相AC定子设计中超过80 年。这些马达类型一般包含马达启动、马达运行和马达启动/马达运行 设计。 一般地，这些单相LC马达定子包含两个绕组。 一个绕组直接 与电源连接，另一个通过电容器与源连接。在这几年中已开发了各种 单相定子绕组系统。Wanlass和Smith马达是增加功率因数、扭矩、 效率、轴承寿命等的两个著名的例子。启动电容器常被添加到大和高 扭矩要求的单相马达上。接合时刻在接合时刻以及在锁定转子条件下，转子在磁性上通 过磁感应以其最大程度与定子链接或耦合。在接合时刻，这种感应耦 合是在电源的基频上。感应马达的励磁涌流电流和启动电流使源电压 大大滞后。与励磁涌流相关的滞后电流和启动电流远大于马达的全负 载电流。这种低功率因数需要较大的磁化VAR的源以启动马达。这 些磁化VAR —般由电网同步发电机(grid synchronous generator)提 供。稳态和瞬时VAR需求也可由连同电网的电容器组以及由其它已 知的手段提供。可以以并联、串联或混合结构配置这些电网电容器组。测量和计算马达电气参数为了进行某些电气试验和确定马达参 数，可以将转子锁定在适当的位置并将源电压降低到额定电压的四分 之一到三分之一的量级。可以通过将转子速度从同步速度改变到无负 载并逐渐达到全负载、运转因数负载和中断扭矩负载(breakout torque load)，进行其它的电气试验。可以在去除转子的情况下进行其它的 定子电气试验。可调速驱动、与频率有关的电气参数会需要更多的性 能特性。单相LC马达设计电容器在AC感应马达应用中的现有用途一 般已包含电连接到定子上。它们可被表征为电感器/电容器或LC定子 设计。已存在大量的这种将电容器加入单相定子设计中的马达设计和 专利。这些设计包含但不限于被合理地表征为高VA有效单相运行感 应马达的永久分相式电容器(Permanent Split Capacitor ) 、 Cravens Wanlass和JM Smith设计。它们因此表现出较高的功率因数和良好 的瓦特到HP电转换效率。可以作为小数形式的这两个参数的乘积计 算VA效率。在图3中示出经典的永久分相式电容器定子。定子与单相源连接， 并通过右边的只有电感器的分支和左边的串联的电感器/电容器分支 之间的相移产生近似2相旋转磁场。可以出于各种目的更具体地设计 该定子。 一个通常的目的是在效率出现峰值的操作负载下或附近实现 总体定子准共振条件。这种和其它设计目的包含以已知的方式为电容器和电感器定尺寸。当需要附加的启动转矩时，以与永久(运行)电 容器并联的方式使用启动电容器。Wanlass单相感应马达Wanlass单相马达一般是上面示出的7、 久分相式电容器定子的变体。Wanlass马达也一般由相反的同名端 (dot convention )的两个定子绕组构成，这两个定子绕组可在一端与 系统中性或公共引线连接。运行电容器与一个绕组串联连接。电容器 和剩余的定子绕组端然后与系统热引线连接。这种广泛使用的单相马 达设计表现出规定的旋转方向。可通过简单的外部重新连接颠倒该旋 转方向。在图4中示出通用化的Wanlass定子设计。这种单相电马达 的两个绕组的理想电流位移是90度。这会提供最大扭矩。据报告，在 大多数情况下，Wanlass马达电流相互位移约60度到70， 一般为67 度。这种位移将在某种程度上随负载变化。这种角距赋予这种类型的 马达确定的120Hz 4几械振动。这些马达也将响应各种负载、电压和部 件变化趋于表现出滞后、单位或超前功率因数。这里不准备全面地详 细说明这些分布广的马达系统。J. M. (Otto) Smith感应马达Smith感应马达一般包含相对标准 的12引线三相马达与单相电源的复杂连接。一般以各种公知的方式连 接12根马达引线以形成两个半马达。至少两根引线一般与系统热导线 和公共导线连接。剩余的马达引线一般以规定的交叉的方式相互连接， 使得某些连接穿过一个或多个电容器。当希望附加的启动扭矩时， Smith马达设计以公知的方式使用一个或多个启动电容器。当电容器 值被适当地选择时，Smith定子电流被平衡并被分开约120度。因此 在全负载操作中，Smith定子设计表现出最小的120Hz机械振动。它
们也一般为了三相电压条件在马达的额定效率下或附近执行。Smith 马达设计表现出超前功率因数并可被用于操作附加的3相卫星马达。 然后可以在单位功率因数下或附近操作整个系统。不打算全面说明 Smith马达结构。三相电容器组电容器有时被放在三相服务中以校正功率因数以 及满足局部负载的VAR要求。电容器组也可被用于满足三相马达和 系统的磁化VAR、涌流、启动扭矩和功率因数需求。存在公知的不希 望有的与这些电容器组的使用有关的效应。例如，在电网上并联和串 联电容器安装中经常遇到杂散谐波和分谐波共振。并且，当存在马达 飞轮4亍为时，来自并联电容器组的电路切断上游(disconnect upstream)可产生破坏性的瞬时过压情形。这种过压情形可继续存在 于相电压断供期中。尽管系统电损失降低，但调节改进和发电机燃料 成本节约已在电力网中促成了的大量的固定和可变电容组。三相定子设计对通过使用电容器增加电网VA效率、电压调节 和其它希望的因数存在迫切需求。结果，已引入将电容器加入定子中 的大量的感应马达设计。这些设计包含Hobart、 Wanlass和Roberts 三相LC定子i殳计。图11是AC感应3相-Hobart定子i殳计的示意 图。图12是Wanlass定子现有技术设计的示意图。图13是Robert 定子现有设计的示意图。这些马达已在文献中得到广泛研究。这些设 计的设计、特性、优点和限制已被深入报道，但在一些情况下还存在 相当热烈的争论。存在的定子、空气间隙和转子设计的各种闭合形式 和数值数学模型工具十分先进。现有的单相和三相马达的一个基本缺点与频率或带宽有关。转子的^f兹和电频率随马达加速而降低。因此，在需要较大的启动扭矩时， 需要至少两个电容器值，即运行电容器和启动电容器。0到全负载的 范围上的稳态操作会需要更大数量的电容器值。在宽范围负载上优化 感应电机的功率因数、效率并由此优化其VA效率方面，存在很大挑 战。该挑战进一步被发电模式操作和交替马达/发电机服务复杂化。最 后，使用具有感应电机的可调频率功率电子装置以形成可变频率或可
调频率驱动装置(ASD)进一步增加挑战。ASD的带宽可从赫兹的几 分之一到几百赫兹变化。当与感应马达连接时，脉沖宽度调制(PWM)型和类似的可调速 度驱动装置一般具有正弦定子电流。但是电压具有峰值或瞬间的高幅 值。高电压峰值在感应马达中产生轴承问题。PWM高电压峰值可在 轴承和座圏上产生蚀坑。这加速马达的寿命终止。现有的LC定子设计和其它异步马达电容器电路配置表现出某种 程度的电气自激发。常规的马达电容要求大大降低，但在额定负载下的速度和无负载 速度之间有些改变。当转子在物理上不存在或者被加速到同步速度时， 校正定子的功率因数所需要的电容仍较低。为了提供马达启动扭矩电 流要求和稳态功率因数校正，需要较大的启动电容器和较小的运行电 容器。这种公知的用于满足AC感应马达电容需要的试探法几乎完全 忽略转子自身。众所周知，对感应马达容量的限制一般与铁磁体有关 而不是与导体有关。并且，采用诸如超导体和高密度磁性和铁^磁材料 的先进材料，感应电机的频率响应变得更加关键。在图21中示出马达的一般结构。通过本发明修改转子。电容器正 在被添加到转子导体中的至少一些中的电气路径中。这些电容器在电 学上位于铁质叠层的端部。它们在物理上还位于转子铁质叠层的端部 附近。转子是电马达的旋转部分。马达包含鼠笼或绕线转子。与定子相 似，转子由缠绕有软导线的芯部构成，但添加了轴和轴承。轴和轴承 由端盖支撑，这使得转子能够旋转。鼠笼转子看起来有些类似于仓鼠的训练轮。这就是其名称的来历。 转子由以圆筒的图案配置在轴的周围的诸如铜、黄铜或铝的软金属的 导电条块制成。这些条块的尺寸、形状和电阻在很大程度上影响使用 它们的马达的特性。参见图22。条块在各端部由也用于使条块短路的环支撑。这样，在马达内提 供完整的电路。来自定子的磁场在鼠笼转子条块中感应相反的磁场。
由于条块被该磁场排斥，因此转子开始旋转。常被称为"工业的驮马，，的鼠笼感应马达既廉价又可靠。它们适于 最多的应用并容易从供应商那里获得。绕线转子以与鼠笼相同的原理工作，但设计方法不同。参见图23。 绕线转子由在轴上的滑环(slip ring)上终止的绕组而不是短路条块性可以变化。通过添加外部电阻可以实现约五到一的速度范围变化。但是，除 非使用转差能量恢复电路，这是以电效率为代价的。参见图24。绕线转子马达可产生的最大扭矩取决于转子的设计。显示最大扭 矩时的比率(rate)取决于外部转子电阻。绕线转子感应马达在许多 应用中是有用的，因为它们的转子电路可被改变以提供希望的启动或 运行特性。图27表示常规鼠笼或绕线转子的剖开图。由于绕线转子马达需要电刷维护，因此，初始成本和维修费一般 比鼠笼马达高。但是绕线转子马达具有优异的启动扭矩和较低的启动 电流。转子定义感应AC马达的旋转部件。 一般由具有铸造铝导体的 槽的层叠的圆筒铁芯构成。短路端环完成当移动磁场在短路导体中感 应电流时旋转的"鼠笼"。在图25中观察常规的鼠笼转子导体是如何在 两端形成固态短路(solid short)的。这i兌明了单绕组马达。在图中没 有示出层叠的铁芯。图26表示具有短接端盖的常规鼠笼转子。注意导体的倾斜配置， 这有助于减少接头(cogging)的数量。在该图仍没有包含转子铁芯。转子铁芯包含大量的薄的叠层，这些叠层一般为硅石钢，诸如图 28中所示的那种。这些叠层被垂直堆叠为希望的长度以形成铁芯。图29中示出组装的常规的转子和轴。如图30的剖开图所示，叠层被堆叠在一起以形成转子芯。铝、铜 或黄铜是转子芯的槽中的压铸件(die cast)，以在转子的周边形成一 系列导体。穿过导体的电流流动形成电磁体。导体条块通过机械和电子中的端环连接。转子芯安装在钢轴上以 形成转子组件。绕线转子马达另一马达类型是绕线转子。绕线转子马达和鼠笼 转子马达之间的主要差别是绕线转子的导体包含绕线线圈而不是条 块。这些线圏通过滑环和电刷与外部的可变电阻器连接。旋转磁场在 转子绕组中感应电压。增加转子绕组的电阻导致转子绕组中有更少的 电流流动，从而降低速度。减小电阻使得有更多的电流流动，从而使 马达加快速度。参见图31。由此，我们在常规的转子中每个槽具有单个导体。图32表示两个 绕组转子断面机械图的例子。外笼和内笼通过以蓝色示出的层在电学 上相互绝缘。在该特定的例子中，各个外槽以电的方式通过至少一个 电容器被连接。在本例子中，内芯槽导体可被缠绕在一起或通过端板 相互短接。电容器可穿过内槽和外槽之间以将它们相互电连接。因此， 从短接的内端环到外端环和/或电容器连接，我们可具有短接的内端 环，并且，如果需要，可具有电容连接。由此，在机械和电气连接中，本发明的LC转子绕组与现有的转 子大大不同。在可调速度驱动装置中，随着频率增加，漏电感的效应趋于变得 更显著。由此，最大的可用扭矩趋于随着频率增加迅速减小。因此， 只能对有限的转子速度范围保持近恒定输出功率特性。由此，对于先进的感应电机方法和设计存在强烈需求。因此，存 在对于具有改进的频率响应的感应电机转子的需求。发明内容这里使用的术语"一个"可意p木着一个或更多个。如这里在权利要 求书中使用的那样，当与词语"包括"一起使用时，词语"一个"可意味 着一个或多于一个。这里使用的"另一个"可意味着至少第二个或更多 个。这里使用的术语"电容器"应意味着基于与电场有关的现象的电路 元件。电场的源是电荷或电压的分离。如果电压随时间变化，那么电 场随时间变化。随时间变化的电场在由电场占据的空间中产生位移电 流。电路电容参数将位移电流与电压相关联。能量可被存储在电场中 并由此被存储在电容器中。电容器的瞬时电压和电流与电容器上的物 理效应之间的关系对于电容器改进十分关键。这里使用的术语"电荷存储装置"应意味着能够存储或产生电场的 任何装置。电荷存储装置一般包含极化的电容器、非极化的电容器、 电化学电池、燃料电池、同步马达、同步发电机、太阳能电池等。可 以出于本领域技术人员熟悉的多种有用目的以公知的方式相互串联、并联、反串联和加偏压反串联(biased antiseries )配置这些电荷存储 装置。本发明一般涉及电荷存储装置在感应电机的转子中的用途。最佳 的感应电机转子电场需求随旋转速度增加并与频率相反。伪电容和其 它反向频率电容调整方法被用于满足该需要并由此提高感应电机转子 性能参数。电抗的优化是用于在旋转感应电机中提高功率传递、扭矩、 效率、稳定性、热力学、振动、热力学和轴承寿命的基础。在这里略 述LC转子方法和设计以实现这些目的。在本发明的一个方面中，存在具有至少一个转子绕组的改进的感 应电机转子、包含至少一个与至少一个转子绕组耦合的电荷存储装置 的感应电机转子。在一个实施例中，电荷存储器是非极化电容器。电 容器可以为各种类型，诸如平板型、绕线型、圆筒型、线型。在某些 实施例中，电荷存储装置是量子电荷存储装置或纳米量级存储装置。本发明可利用具有增强的表面积的电荷存储装置。在各种实施例中，本发明可利用作为极化电容器的电荷存储装置。 极化电容器可以为各种类型，诸如电解质型、铝型、钽型、铌型、铷 型、钛型、超级型、超型(Ultra)、混合型、双层型、阀金属(valve metal)型、量子型或纳米量级型。在各种实施例中，本发明可利用作为非对称电容器、对称电容器、 电化学电池、或极化电荷存储装置的加偏压反串联组件的电荷存储装 置。本发明利用的电荷存储装置可以是可调整或可变化的以下两个方面伪电容电荷存储装置，该伪电容电荷存储装置可由表面积变化调 整、可由分开距离变化调整、可由介电常数变化调整、可由电解质变 化调整、可由温度变化调整、可由松驰周期变化调整、可由向心变化 调整、可由电引线变化调整、可由辐射调整、可由无源变化调整、可 由受控制的变化调整；通过操作与一个电荷存储装置连接的电源。在各种实施例中，本发明的感应电机转子可以为鼠笼转子或绕组 转子。在另一实施例中，感应电机转子是普通的定子设计。在一个实施例中，感应电机转子是LC转子。在另一实施例中。 感应电机转子包含通过机械方式与LC转子耦合的感应电机定子。在 另一实施例中，感应电机转子包含通过电磁方式与LC转子耦合的感 应电机定子。在另一实施例中，感应电机转子包含通过轴与LC转予 连接的机械负载或原动机。在一个实施例中，感应电机转子包含至少一个与LC转子绕组连 接的轴承。在没有限定的情况下，轴承可以为磁轴承、经向轴承或负 载轴承。在另一实施例中，感应电机转子包含磁场闭塞、绝缘或排除 装置材料。在另一实施例中，感应电机转子具有带有单个并联电容器 的作为单绕组的转子绕组。在一个实施例中，感应电机转子具有带有多个并联电容器的作为 单绕组的转子绕组。在另一实施例中，感应电机转子具有带有单个串 联电容器的作为双绕组的转子绕组。在另一实施例中，感应电机转子 具有作为双绕组的转子绕组，该转子绕组分别具有相同的同名端。在 另一实施例中，感应电机转子具有作为双绕组的转子绕组，该转子绕 组分别具有相反的同名端(或CW/CC)。在另一实施例中，感应电机转子具有带有混合电容器(即，串联 和并联配置)结构的作为双绕组的转子绕组。在另一实施例中，感应 电机转子具有带有混合电容器(即，串联和并联配置)结构的作为多
绕组的转子绕组。在另一实施例中，感应电机转子包含并联的至少一对不同的电容器，以合成希望的频率响应的LC转子。本发明的许多目的中的一个在于将电容器与电马达的转子连接。 这里说明的各种电连接代表电容器可与转子连接的大量的实际设计。 以下说明连接电气存储装置的一些益处。实现的特定益处或目的可适 用于电容器和转子的特定配置，因而可能不能适用于所有的情况。实 施例的益处包括I) 在转子设计中使用变化和可调电容电容器；2 ) 在转子设计中利用伪电容的现象是本发明的目的；3) 在转子设计中利用电容器耗散现象是本发明的目的；4) 增加ASD的恒定伏特每赫兹控制区域的带宽；5) 当转子频率在运行条件下较低时，与低效率转子电路电阻组 合，在联机启动中增加高效率转子电路电阻。6) 增加转子的电阻与电感系数的比率； 7 ) 增加转子和感应电机的功率因数；8) 使转子的频率响应平坦化；9) 减少转子中的接头；10) 提高转子和感应电机的瞬态响应；II) 提高转子和感应电机的能量转换效率；12) 增加转子和感应电机的扭矩能力；13) 减少转子和感应电机中的振动；14) 增加定子磁链的额定值；15) 当以发电机模式工作时，提高对定子的功率返回效率；16) 降低定子频率的整数倍的链接水平；17) 增加可维护全或额定定子磁链的最大ASD定子频率；18) 增加最大定子频率之上的ASD常数功率特性的带宽；19) 减少由谐波特别是诸如第5谐波的产生相反相序扭矩的谐波 导致的效应；20) 减少转子和定子的绕组中的热；21) 降低转子和定子中的绕组的温度；22) 减少电源谐波电流和相关的发热；23 )以并联的方式混合电容器技术以加宽转子操作的带宽;24) 减少由转子和感应电机产生的噪声；25) 减少AC网络和电网中的杂散和寄生共振；26) 减少转子和感应电才几中的磁化电流；27) 提高向转子和感应电机的传递功率的功率因数；28) 提供转子和感应电机的某种程度的自激发；29) 减少对电容器组的电网维护和调整的需求；30) 减少在第6、第12和第18谐频上的振动扭矩的产生；31) 减少感应电机上的电源电压不平衡的效应；32) 减少低速下的ASD急动(jerky)操作；33) 产生具有固有扭矩产生机构的转子；34) 产生具有固有速度产生机构的转子；35) 增加转子扭矩&感应电才几扭矩；36) 启动扭矩；37) 稳态扭矩；38) 瞬态扭矩；39) 最大扭矩；40) 破坏扭矩；41) 增加转子设计加速控制；42 )启动加速43 )瞬态加速；44) 最大加速；45) 改变异步电机的VAR输入和输出能力；46) 增加马达和感应电机的操作速度范围；47) 增加转差率设计控制；48) 减少由于马达启动导致的光闪烁的严重性和持续时间；49) 提高对马达端子的电压调节；以及50 )将大量的已知的电感器电容器(LC )定子设计技术和跨过空 气间隙的布局转化到转子上。为了可以更好地理解后面的具体实施方式
，上面相当概括地略述 了本发明的特征和技术优点。以下将说明形成本发明的权利要求的主 题的本发明的其它特征和优点。应当理解，公开的概念和特定实施例它结构的基础。应当认识到，这些等同的结构不背离所附的权利要求 阐述的本发明。当结合附图考虑以下说明时，能够更好地理解被认为 是本发明的特征的关于其结构和操作方法的新颖性特征以及其它目的 和优点。应清楚地理解，提供各个附图的意图在于解释和说明，而不 在于对本发明进行限定。


为了更完整地理解本发明，现在参照结合附图进行的以下说明， 其中，图1是表示伪电容的示图； 图2是鼠笼转子的示图；图3是永久分相式电容器LC定子设计的示意图；图4是Wanlass LC定子设计的示意图；图5是串联LC转子设计的示意图；图6是分相LC转子设计的示意图；图7是分相LC转子细节的示意图；图8是双笼转子的示意图；图9是集总参数常规转子的示意图；图IO是集总参数LC转子块的示意图；图11是AC感应3相-Hobart定子i殳计的示意图；图12是Wanlass定子现有技术设计的示意图；图13是Robert定子现有技术设计的示意图；图14是LC转子设计的剖开图； 图15是LC转子设计的剖开图； 图16是LC转子设计的剖开图； 图17是LC转子设计的剖开图； 图18是LC转子设计的剖开图； 图19是LC转子设计的剖开图； 图20是可变电容转子的示意图； 图21是普通马达设计的示图； 图22是鼠笼感应马达的示图； 图23是绕线转子的示图；图24是具有外部电阻器的使用速度变化的示图； 图25是感应AC马达的具有铸铝导体槽的一般构成的层叠的圆筒 铁芯的示图；图26是具有短接端盖的常规鼠笼转子的示图； 图27是鼠笼和绕线转子设计的示图；图28是具有大量的一般为硅石钢的薄叠层的转子铁芯的示图； 图29是组装的常规的转子和轴的示图；图30是被堆叠在一起以形成剖开图中所示的转子芯的叠层的示图；图31是绕线转子的示图；以及图32是示例的二绕组转子断面机械图的示图。
具体实施方式
转子芯和绕组形成电感电路元件。 一个或多个电容器可被添加到 转子上，以一般增加功率因数并由此增加装置的功率传递和功率转换 特性。众所周知，可以以各种LC配置组合电容器和电感器。这些配 置可包含电路元件的串联、并联和混合组合。在感应马达接合时，转子一般是不动的。此刻，定子和转子以它 们的最大的程度被电磁耦合。在接合时感应马达需要很大的磁化 VAR。随着感应电机中的转子加速，转子中的电频率降低。为了在转 子电频率改变时维持转子中的共振或准共振电路，需要电容的变化。在图5中示出简单的LC转子，称为串联LC转子设计。这种类 型的转子会需要无限的电容以在同步速度下共振。当然，感应马达转 子不能产生实现同步速度的扭矩。类似地，感应发电机在同步速度下 不产生电力。被构成为与这种设计匹配的转子的最高转子速度会趋于 受电容限制。在马达的正常操作负载和设计速度内，需要有限但可变 的电容以实现准共振。每个电路由单个电感器(L)和单个电容器构 成，该LLC转子电路的电感可以由 一次微分方程和相对简单的迭代方 法模型化。在对称实现中，物理零件计数当然更大。因此，例如，通 过常在DC马达中使用的类似电刷的结构，具有64槽的感应转子可以 在物理上只具有一个电容器或一对加偏压的反串联极化电容器。使用 对称将允许2、 4、 8、 16、 32、 64、 128或多于256个电容器，同时该 电路模型在数学上保持有效。最大的数假定在各个转子条块的各端上 使用反串联电容器组件。反串联极化电容器加偏压方法、电路、试探 法、技术和设计都是相当公知的。集总源参数涉及定子和空气间隙特 性，这些函数和数学模型是本领域技术人员公知的。优化转子操作的电容需求与从空气间隙的定子侧看到的十分不 同。考虑选择的频率下的已知电感的转子。选择六十赫兹作为基准频 率，但马达的操作范围中或可调整速度驱动装置中的任何单一频率可 被合理地考虑。 一般作为电感频率和常数2Pi的乘积计算感抗。因此式6:弧度感抗公式XL = F0*2Pi*L 考虑公共北美基频60Hz。XL60 = 60*2Pi*L对于60赫兹，感抗为感应系数的约377倍。这种条件与接合时的 转子感应对应。下面，我们将考虑由3赫兹信号通电的相同电感的感抗。XL3 = 3*2Pi*L对于3赫兹，作为感应系数的约19倍计算感抗。该转子频率会与
一些小电感马达上的大负载对应。现在，我们将计算与1赫兹信号相关的感抗。XL1 = 2Pi化对于1赫兹，作为感应系数的约6.25倍计算感抗。从1赫兹到3 赫兹考虑的值的范围产生300%的感抗变化。用1除以电容量乘以频率乘以标量2Pi的总量，给出电容器的容抗。Xc = 1/ ( F0*2Pi*C ) 现在考虑偏移该感抗所需要的容抗和电容。简化的(忽略电阻) 串联共振电路中的容抗的大小等于该电路的感抗的大小。从文献中容 易获得并且可以相对容易地导出更详细的公式。XC = XL (串联共振近似，忽略电阻) 1/ ( F*2Pi*C ) =F*2Pi*L C=l/ (F*2Pi*F*2Pi*L) C=1/(L ( 2Pi F ) 2) 或C=1/(39.48*F2*L)代表性的3PP高转差率感应转子从50%负载速度1172.6RPM到 125%负载下的速度1126.3RPM可具有46.3RPM量级的旋转速度变 化。因此，在50%负载，转子的电频率如下1172.6/1200=F/60F=60*(1200-1172.6)/1200F=(1200-1172.6)/20F=(27.4)/20F=1.37赫兹C50=1/(39.48*1.372*L)CS0=1/(39.48*L*1.372)C50=1/(39.48*L*1.88)对于125%负载，转子电频率为F= (1200-1126.3)/20 F=(73.7)/20 F=3.685赫兹因此，在125%负栽下需要的电容值由下式给出C125=1/(39.48*3.6852*L)C125=1/(39.48*L*3.6852)C125=1/(39.48*L*3.6852)C125=1/(39.48*L*13.58)作为结果，我们发现，50%负载(1.37Hz)需要的电容为125% 负载(3.685Hz)需要的电容的约7.22倍。因此，在给出的选择的频 度范围上在这种大小的电容上表现出增益的电容器将趋于在该范围上 以准共振的状态保持转子。在这一点上，功率传递定理规定，功率传 递在共振的附近被最大化，电容变化的这种大小会向这种条件下的转 子提供最佳功率传递。应当注意，大大偏离目标的电容变化会在该频率下导致不希望有 的谐波或分谐波共振。在这种应用中需要表现出希望的频率响应的在 物理上较小的电容器。在转子内存在的有希望的机械和热力学环境进 一步涉及可接受的电容器实现。在图6中示出称为分相LC转子或LLC转子的另一LC转子设计。 注意转子块图(block drawing)的纸面上的y〉共连接。这种连接与标 准的鼠笼端对应。在上连接上， 一个导体连接与鼠笼连接对应，而另 一导体通过电容器被连接。在该通用化设计内存在大量的可能的变化。参照图7分相转子细节，该图表示以这种方式穿过转子的跨度互 连的一对绝缘转子导体。占据相同的槽的这些导体之间的电流相位偏 移提供更大的转子电流和扭矩。当为了涉及的电感系数适当地规定电 容的大小时，可以接近复杂的共振。串联电感器电容器组合可用作用 于只有并联电感器的导体的并联电容。因此，这里存在同时简化转子 中的电压和电流的机构。在该图中，以并排的方式示出转子导体。可 以使用一个电容器以代替两个，或者，作为替代方案，可以将第二电
容器重新定位到转子的另一端。意图不是详述导体、电容器、电感器、电阻器、二极管、MOV、半导体和在定子、滤波器、功率电子和电子 电路中使用的其它电路元件的串联、并联和混合组合的所有设计选项 和目标。可以通过许多特定的和可配置的方法实现转子中的伪电容、 可调、可控制和扩展表面积电容器的使用。众所周知，可以通过改变鼠笼形状和它们之间的间隙，实现速度 -扭矩关系的各种形状。在图8中示出称为双笼转子的两笼转子。这 种类型的转子笼布局的特征可在于相对较小的断面面积的外笼和具有 更大的断面面积的埋入更深的笼子。外笼主要取决于笼连接器上的齿 对齿空气间隙。它将表现出对启动扭矩有用的高电阻和低电感。可以 通过包含电容器增强这种特性。内笼展示对高转子速度和相关的低频 率下的效率更有用的更高的电感和更低的电阻。可以在LC转子结构 中使用各种程度的对称和非对称以实现希望的频率响应并提供杂散共能目的。图9是表示常规转子的集总参数的框图。在各个槽位置中示出AC 源。作为参考示出槽的瞬时极性。外笼一般更具电阻性，并在马达启 动中起主导作用。内笼更具电感性，由此在操作速度中重要性增加。 在该图中模型化的转子电气行为接近典型的鼠笼马达的电路行为。虽 然鼠笼转子在端板上被短接，但在该图中还算精确地给出内外笼的电 气参数差异。在接合时，内笼电流大大滞后于外笼电流。在接近同步 的速度下，转子电流穿过槽的断面区域被更均匀地分配。图IO示出电容器已包含于外槽的电路中的LC转子。由于电容器 的存在，外槽电流将很大程度上引导内槽电流。在适当调谐和配置的 情况下，更大的电流引线可用于减少接头和增加转子扭矩。当通过可调速驱动装置并通过各种其它的满意的工程方法跨过空 气间隙以感应方式供能时，各种LC转子设计的最佳电容值可如上面 示出的那样被计算，通过使用马达参数导出方法被导出，通过第一原 理被计算，以迭代的方式通过使用有限差分计算方法被求出，并且也 可通过使用锁定的转子技术被测量。图14表示简单的LC转子纵向断面图。该图表示一对转子槽，每 个转子槽包含外笼和深(内)笼。转子槽在物理上和电学上被分开约 1800。在该实现中，外笼导体可以与内笼电绝缘。左右内笼导体通过 两端的导体被连接(即，短接在一起)。转子内笼电流滞后于外加电 压。外笼导体在一端通过导体并在另一端通过电容器被连接。与外槽 导体串联的电容器改变电压/电流关系。转子外槽中的电流可根据特定 旋转速度下的电容值滞后、锁相或引导外加电压。转子速度和扭矩在功能上与转子电流的频率和大小有关。随着转 子速度增加，转子电频率降低。在LC电路中在较低的频率下需要较 高的电容。因此，通过随着转子的旋转速度增加而增加电容，在整体 上增强外笼和转子的操作。因此，可变电容器被选择为在整个频率范 围上优化LC转子的操作。图15示出简单的LC转子纵向断面图。图15包含两端的外笼的 电容器耦合。内笼端通过两端的电导体被连接。图16示出简单的LC转子纵向断面图。本表示法中示出的可变电 容器是加偏压的反串联极化电容器。在该图中偏压电路被省略。内笼 端通过两端的电导体^皮连接。图17示出简单的LC转子纵向断面图。外笼槽导体被电容耦合。 内笼端通过两端的电导体被连接。内外导体通过顶端和底部的电容器 互连。电容器在内外槽导体之间提供电流路径。在本LC转子实现中， DC偏压偏移电压(bias offset voltage);陂示于在内外槽导体之间。图18示出另一简单的LC转子纵向断面图。在本实现中，外转子 笼槽导体与可变电容器串联连接。内笼端通过两端的电导体被连接。较深的笼与反串联的电容器对的中心节点连接，从而在内外笼导体之 间提供电容电流路径。在本实现中，内外笼导体处于不同的DC电压。 图19示出又一简单的LC转子纵向断面图。在本实现中，外转子 笼槽导体与可变电容器串联连接。内笼端通过两端的电导体被连接。在这种转子设计中，在内外槽导体之间设置电容电流路径。在本表示 法中，内外笼导体可被保持在相同的DC电势上。同样，不同的有效中。^ ; . 、 、 ^ 曰、图20的框图示出LC转子实现。为了简化，省略转子AC感应电 源。在接合时，在感应马达中，仅连接固定的电容器。随着转子机械 旋转速度加速和转子电频率降低，通过开关的闭合增加附加电容。并 且，随着转子电频率降低，深笼转子扭矩贡献增加。开关的实现可以 采用机械、电动机械或固态的方式。开关控制才几制在本质上可以采用 机械、模拟或数字的方式。通过电路电容的适当调整，电共振、准共 振和/或伪共振的状态可以被保持在选择的频率或跨过选择的频率范 围。开关的数量、开关电路布局和可选择的电容器值当然可被提高以 扩展有利的结果。通过使用依赖于频率的电容器元件，诸如表现出伪 电容和其它这种可变电容现象的电容器元件，可以类似地在整体上或 部分地实现这种机构。这些可变和/或可调电容器转子机构可被扩展为 可调的频率驱动装置和类似的通用感应电机转子。虽然已详细说明了本发明及其优点，但应理解，在不背离由所附 的权利要求限定的本发明的情况下，可以在这里提出各种变化、替代 和变更。并且，本申请的范围不应限于在说明书中说明的过程、机器、 制造、物质成分、手段、方法和步骤的特定实施例。从本公开很容易上相同的功能或实现与其基本上相同的结果的过程、机器、制造、物 质成分、手段、方法或步骤可被利用。因此，所附的权利要求意图在 于在它们的范围中包含这些过程、机器、制造、物质成分、手段、方 法或步骤。
权利要求
1. 一种改进的感应电机转子，具有至少一个转子绕组，所述感应电机转子包括至少一个与所述至少一个转子绕组耦合的电荷存储装置。
2. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是非极 化电容器。
3. 根据权利要求2的感应电机转子，其中，所述电容器是平板电容器。
4. 根据权利要求2的感应电机转子，其中，所述电容器是绕线电容器。
5. 根据权利要求2的感应电机转子，其中，所述电容器是圆筒电 容器。
6. 根据权利要求2的感应电机转子，其中，所述电容器是线性电 容器。
7. 根据权利要求l的感应电机转子，其中，电荷存储装置是量子 电荷存储装置。
8. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是纳米 量级存储装置。
9. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置具有增 强的表面积。
10. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是极 化电容器。
11. 根据权利要求10的感应电机转子，其中，极化电容器是以下 电容器中的一种电解质电容器、铝电容器、钽电容器、铌电容器、 铷电容器、钛电容器、超级电容器、超电容器、混合电容器、双层电 容器、阀金属电容器、量子电容器或纳米量级电容器。
12. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是非 对称电容器。
13. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是对 称电容器。
14. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是电 化学电池。
15. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是极 化电荷存储装置的加偏压反串联组件。
16. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置是可调或可变电荷存储装置。
17. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置是伪电容电荷存储装置。
18. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过表面积变化被调节。
19. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过分开距离变化被调节。
20. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过介电常数变化被调节。
21. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过电解质变化被调节。
22. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过温度变化被调节。
23. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过松驰周期变化被调节。
24. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过向心力变化被调节。
25. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过电引线变化被调节。
26. 根据权利要求1~15中任一项的感应电机转子，其中，电荷 存储装置可通过照射被调节。
27. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过被动变化被调节。
28. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过受控制的变化被调节。
29. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，还包括可 在操作中与所述一个电荷存储装置连接的电源。
30. 根据权利要求1~29中的任一项的感应电机转子，其中，所 述感应电机转子通过电和机械的方式由鼠笼型转子改装而成。
31. 根据权利要求1~29中的任一项的感应电机转子，其中，所成。
32.根据权利要求1~29中的任一项的感应电机转子，其中，所
33. 根据权利要求1~29中的任一项的感应电机转子，其中，所 述感应电机转子是LC转子。
34. 根据权利要求1~29中的任一项的感应电机转子，还包括与 LC转子轴连接的至少一个轴承。
35. 根据权利要求34的感应电机转子，其中，所述轴承是磁轴承、 经向轴承或负栽轴承。
36. 根据权利要求33的感应电机转子，还包括通过机械方式与所 述LC转子耦合的感应电机定子。
37. 根据权利要求33的感应电机转子，还包括通过电磁方式与所 述LC转子耦合的感应电机定子。
38. 根据权利要求33的感应电机转子，还包括通过轴与所述LC 转子连接的机械负载或原动机。
39. 根据以上的权利要求中的任一项的感应电机转子，还包括》兹 场阻挡、绝缘或排除装置材料。
40. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，所述转子绕组是具 有单个并联电容器的单绕组。
41. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，所述转子绕组是具 有多个并联电容器的单绕组。
42. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，所述转子绕组是具 有至少一个串联电容器的双绕组。
43. 根据权利要求42的感应电机转子，其中，所述转子绕组是双 绕组，使得每个绕组具有相同的同名端。
44. 根据权利要求42的感应电机转子，其中，所述转子绕组是双 绕组，使得每个绕组具有相反的同名端(或CW/CC)。
45. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，所述转子绕组是具 有混合电容器(即，串联和并联配置)结构的双绕组。
46. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，所述转子绕组是具 有混合电容器(即，串联和并联配置)结构的多绕组。
47. 根据权利要求1的感应电机转子，还包括至少一对并联的不 同的电容器，以合成希望的频率响应的LC转子。
48. —种改进的感应电机转子，如本申请的说明书和/或

那样具有至少一个转子绕组。
全文摘要
本发明一般涉及电荷存储装置在感应电机的转子中的用途。最佳感应电机转子电场需求随旋转速度增加但与频率相反。使用伪电容和其它反向频率电容调整方法以满足该需要并由此提高感应电机转子性能参数。电抗的优化是改进旋转感应电机中的功率传递、扭矩、效率、稳定性、热力学、振动、热力学和轴承寿命的基础。这里概述了LC转子方法和设计以实现这些目标。
文档编号H02K17/16GK101147310SQ200580021546
公开日2008年3月19日 申请日期2005年5月18日 优先权日2004年5月18日
发明者小威廉·B·达夫 申请人:小威廉·B·达夫