专利名称：鼠笼式(笼型)变极无级调速电动机的制作方法
技术领域：
本发明属交流电动机及传动技术领域。
本发明是本发明人于1989年4月24日提出申请，申请号89212940.9的实用新型“笼型无级调速电动机”的发展。
本发明的目的鉴于笼型无级调速电动机(对申请号89212940.9以下简称为Ⅰ型笼型调速电机只有一个定子和一个组合转子，其输出转矩随转速下降，故最适用于风机型负载。用于恒转矩负载时有较大的转差损耗，影响调速范围和效率。Ⅱ型笼型调速电机可适用于恒转矩负载及恒功率负载，并具有较高的效率，可用于起重机、电梯以及机床一类的动力拖动，若用于风机、水泵则将会获得更高的节电率。
本发明的原理控制定子与转子之间的磁耦合及变极调速相结合。对于控制定子与转子的磁耦合已在Ⅰ型笼型调速电机专利申请中阐明，在它的基础上，对其定子采用多速定子(包括单速、双速、三速、四速等)。作为非限定的例子如附图1、图2所示。
本发明的内容由组合定子包括两个(或多个)多速(包括单速)定子和组合转子包括两个(或多个)主转子(或者合二为一)及两个副转子，以及调节组合定子与组合转子相对位置移动的传动机构组成，通过开环或闭环控制的传动机构，控制组合转子与组合定子的相对位置，改变它们之间的磁耦合，从而实现笼型电机的无级调速，对于封闭式电机可采用组合端盖降低温升，并通过对定子通电方式的选择，即能获得不同的调速特性，构成鼠笼式(笼型)变极无级调速电动机。其中副转子由硅钢片或其它绝缘导磁冲片叠成，构成定子磁通的一个磁分路，根据调速的需要可将冲片设计成不同的形状和尺寸(包括这部分的气隙尺寸)，一般副转子为没有绕组的光转子，为了获得不同的性能，可在转子上设置合适的绕组。主转子为各种型式的笼型转子，可采用非叠片转子(实芯)。对于组合转子和组合定子的相对位置可以通过各种型式的机械传动实现。对于定子的通电方式有如下几种(1)高速定子通电;(2)低速定子通电;(3)高速定子与低速定子交替通电;(4)高、低速定子同时通电。其通断控制可采用有触点电器，亦可采用无触点开关。控制方式可以手动控制(移动机构)，亦可采用遥控，可以开环，亦可采用闭环自动控制。若将组合定子改为单一单速定子，组合转子亦作相应的改动，即为本发明人所提出的申请号89212940.9所示的Ⅰ型笼型调速电动机，如将定子改为多速定子，即为本发明的最简单的Ⅱ型笼型无级调速电动机。
本发明的结构及工作性能图1为转子在轴上移动的一个非限定的实施例，其中组合转子(14)、(16)与套筒(1)连成一体，可在轴(21)上左右移动。采用螺母(15)、丝杆(16)传动，转动手柄(27)，通过空心轴(10)，使与空心轴(10)连成一体的螺母(15)转动，带动丝杆轴向运动，丝杆末端为一可轴向移动的销块(3)，它带动套筒(1)及组合转子(14)、(16)在轴上移动，从而实现了定子和组合转子的相对位移。这只是一个例子，可以用各种机械传动方式实现。例如销块可以用背靠背的推力轴承代替等等。
图2为定子铁芯作轴向移动的一个非限定的实施例，其中定子铁芯带外套筒紧配合成一体，可在定子机座内腔移动，通过手柄(32)使齿轮(34)转动，带动装在定子套筒(25)上的齿条(35)作轴向运动，定子铁芯(26)与套筒(25)连成一体，定子铁芯(26)由此即完成的轴向移动，实现了定子与组合转子轴向相对位置的调节。
关于让转轴作轴向移动也可带动转子铁芯在轴上移动的实施例，已在本发明人提出的申请号89212940.9的说明书中叙述，这里不再累述。
总之，对于定(转)子的轴向移动，可以通过各种传动机构实现。
为了获得平滑调速的特性和更大的调速范围，其定子为双定子(或更多个定子)构成，组合定子结构中每个定子可采用多速定子，而转子为组合转子，它由与组合定子数目相同的笼型转子及若干个副转子组合而成。作为非限定的例子如图3所示，图3中的机构传动可以用各种传动方式实现(不涉及本发明的实质的改变)，已如上所述，故于图3中未画出机械传动机构。如图3中的组合定子为两个双速定子，(39)为高速定子其极对数为P1、P3，(42)为低速定子，其极对数为P2、P4并有P1＜P2＜P3＜P4。转子为组合转子，由两个主转子(笼型转子)高速转子(38)、低速转子(40)(分别与定子(39)、(42)对应;(39)、(38)组成一台极对数为P1、P3的多速电机;(42)、(40)组成一台极对数为P2、P4的多速电机等等)和两个副转子(37)、(41)组成。其副转子的长度一般不大于主转子的长度，可由调速的要求确定。其主转子为笼型转子，可以为深槽式、双鼠式，高电阻率式等等，亦可采用实芯(非叠片式)转子，副转子起磁分路作用，可由硅钢片或其他绝缘导磁板冲片叠成，其冲片可设计成不同形状(无齿槽，也可有齿槽)，转子上一般不设置绕组，亦可设置合适的绕组以获得不同的性能。
控制定、转子的磁耦合，可以通过控制定、转子的轴向相对位移的各种传动机构来实现，可以移动定子部分，亦可移动复合转子，如图1、图2所示的非限定例子，亦可用于多定子的情况，只需将图1中移动的定子改为组合定子(两个或更多个定子)，图2中移动的转子改为移动多笼型转子和副转子构成的组合转子，即能实现磁耦合，故不再累述。
以图3说明其工作原理设开始时高速定子(39)与高速主转子(38)对齐，高速定子(39)极对数以P1的绕组(简称P1绕组，下同)通电，则此时电机以极对数P1决定的转速n1运行，通过传动装置控制高速定子(39)与高速主转子(38)的相对位置，即高速主转子(38)向右从高速定子(39)的空间移出，副转子(37)移入定子(39)的空间，同时低速主转子(40)向低速定子(42)的空间移近，此时电机的转速平滑下降，当低速主转子(40)与低速定子(42)对齐时，高速定子(39)的P1绕组断电、低速定子(42)的P2绕组通电，此时电机以P2决定的转速n2运行，平滑地实现P1→P2的变极调速。
同样，通过传动装置使定子与转子作与上述反方向的相对运行，待高速主转子(38)与高速定子(39)对齐时，则低速定子(42)、P2绕组断电，同时高速定子(39)及P3绕组通电，这样亦能平滑地实现P2→P3的变极调速。同理可以平滑地实现P3→P4的变极调速。
如果(39)、(42)为多速定子，则可以实现P4→P5、P5→P6、P6→P7、P7→P8等等的平滑地变极调速。
图4实施例其组合定子与图3中所示相同。而组合转子的安置与图3不同，副转子设置在两主转子之间，通过轴向移动可以达到同样效果。
图5实施例组合定子与图3中所示相同，而组合转子中的两个主转子(笼型转子)合二为一个笼型转子，通过轴向移动可以达到同样效果，且这一方案更易实现，其特性更佳。
根据调速的需要，对于Ⅱ型笼型调速电机的通电方式有四种(1)高、低速定子交替通电;(2)高速定子通电;(3)低速定子通电;(4)高、低速定子同时通电。
前三种通电方式为单电机拖动系统，第四种通电方式为双电机拖动系统。双电机拖动系统有两种运行方式第一种为一个电机作电动机运行，另一个电机作发电机运行，可提高开环运行时系统的稳定性和调速范围;第二种为两台电机均工作在电动机状态，可增大系统的出力，从而获得低速大转矩的恒功率调速的特性。
通断电的控制可用有触点电器控制系统实现，亦可用无触点开关控制系统实现，而后者可使系统的品质提高。对于控制的方式，可以开环控制(可以手控，亦可通过伺服机构来控制轴向移动)，亦可以为闭环(自动)控制。
降低温升措施-端盖设计调速电机作低速运行时，一般有较大转差损耗，这对封闭式电机是一个较大的问题，为此设计组合端盖。附图6是组合端盖的一个非限定的实施例，由内(动)端盖(53)、外(静)端盖(54)及间隙(55)组成。间隙可以设计成各种不同形状，或充以密封介质如油脂等，以满足电机防护等级的要求。动端盖与静端盖滑动配合，其配合的间隙的径向尺寸应尽量小，间隙的轴向尺寸选一适当的长度以保证密封的要求，其间隙可设计成不同的形状，附图8中(a)～(e)图为几个非限定的实施例。
内端盖紧靠着转子铁芯并固定在轴上，与转子一起旋转，转子轴向通风孔落在内端盖圆环形空隙内，使轴向通风孔与大气相通，在内端盖上还可安装风叶，以利于定子端部的散热。外端盖起一般电机端盖的作用，它使定子绕组处于密封状态，同时安装轴承支持转子旋转。
组合端盖使转子铁芯直接散热，其散热方式可采用电机的各种空气冷却方式。组合端盖除用于调速电机外，亦可用于普通电机，可使电机的温升降低，提高防护等级，例如，中型异步电动机目前只有防护式，若利用组合端盖则可制成封闭式。
本发明的优点(1)运行可靠、成本低廉、维护方便，其性能与价格均优于现有的任何交流调速系统;(2)电磁量均为正弦波，对电网无干扰，没有因波形畸变引起的附加损耗和出力的降低;(3)调速范围大、调速平滑、运行稳定;(4)电机可以工作在较小转差范围内运行，提高了效率，考虑了变极调速，其平均效率可以和变频调速媲美;(5)能够软起动，省去起动设备;(6)能构成闭环系统;(7)适用于起重机、电梯、机床等各种装置的拖动，用于风机水泵则节能效果亦可以与变频调速媲美。
附图1序号(1)套筒、(2)销座、(3)销、(4)光杆、(5)螺母、(6)丝杆、(7)手柄、(8)罩、(9)轴承、(10)空心轴、(11)垫圈、(12)端盖、(13)轴承、(14)副转子、(15)定子、(16)主转子、(17)端环、(18)机座、(19)轴承、(20)端盖、(21)轴。
附图2序号(22)轴承、(23)端盖、(24)机座、(25)套筒、(26)定子、(27)主转子、(28)端环、(29)副转子、(30)端盖、(31)轴承、(32)手柄、(33)齿轮轴、(34)齿轮、(35)齿条、(36)轴。
附图3序号(37)副转子、(38)高速主转子、(39)高速定子、(40)低速主转子、(41)副转子、(42)低速定子。
附图4序号(43)高速主转子、(44)高速定子、(45)副转子、(46)低速定子、(47)低速主转子。
附图5序号(48)副转子、(49)高速主转子、(50)主转子、(51)副转子、(52)低速定子。
附图6为电机整体通风系统风路图。序号(53)内端盖、(54)外端盖、(55)间隙。
附图7为图6的端盖侧视图。
附图8为间隙尺寸形状的几个非限定实施例如(a)～(e)图。
实施的最好方式本发明所示的方案，一般电机厂均能实现，其中图5所示的方案为最易实现的方案。
权利要求
1.一种笼型电动机，其特征是由组合定子包括两个(或多个)多速(包括单速)定子和组合转子包括两个(或多个)主转子(或者合二为一)及两个副转子，以及调节组合定子与组合转子相对位置移动的转动机构组成，通过开环或闭环控制的传动机构，控制组合转子与组合定子的相对位置，改变它们之间的磁耦合，从而实现笼型电机的无级调速，对于封闭式电机可采用组合端盖降低温度，并通过对定子通电方式的选择，即能获得不同的调速特性，构成Ⅱ型鼠笼式(笼型)无级调速电动机。
2.如权利要求1所述的Ⅱ型笼型无级调速电动机，其特征是副转子由硅钢片或其它绝缘导磁冲片叠成，构成定子磁通的一个磁分路，根据调速的需要可将冲片设计成不同的形状和尺寸(包括这部分的气隙尺寸)，一般副转子为没有绕组的光转子，为了获得不同的性能，可在转子上设置合适的绕组。
3.如权利要求1所述的Ⅱ型笼型无级调速电动机，其特征是主转子为各种型式的笼型转子，可采用非叠片转子(实芯)。
4.如权利要求1所述的Ⅱ型笼型无级调速电动机，其特征是组合转子和组合定子的相对位置可以通过各种型式的机械传动实现。
5.如权利要求1所述的Ⅱ型笼型无级调速电动机，其特征是定子的通电方式有如下几种(1)高速定子通电;(2)低速定子通电;(3)高速定子与低速定子交替通电;(4)高、低速定子同时通电。通断控制可采用有触点电器，亦可采用无触点开关，控制方式可以手动控制(移动机构)，亦可采用遥控，可以开环，亦可采用闭环自动控制。
6.如权利要求1所述的Ⅱ型笼型无级调速电动机，其特征是将组合定子改为单一单速定子，组合转子亦作相应的改动，即为本发明人所提出的申请号89212940.9所示的Ⅰ型笼型调速电动机，如将定子改为多速定子，即为本发明的最简单的Ⅱ型笼型无级调速电动机。
7.如权利要求1所述的Ⅱ型笼型无级调速电动机，其特征是组合端盖由内(动)端盖(53)、外(静)端盖(54)及间隙(55)组成，间隙可以设计成各种不同形状，或充以密封介质如油脂等，以满足电机防护等级的要求。
全文摘要
本发明属交流电动机及传动技术领域，解决的问题是鉴于I型笼型无级调速电动机只有一个定子和一个组合转子，其输出转矩随转速下降，用于恒转矩负载时有较大的转差损耗。特发明II型鼠笼式(笼型)无级调速电动机，可适用于恒转矩负载及恒功率负载。主要技术特征是控制定子与转子之间的磁耦合及变极调速相结合，并设计了组合端盖以降低温升，适用于风机、水泵、起重机、电梯及机床等的动力拖动。
文档编号H02K16/00GK1063000SQ9011036
公开日1992年7月22日 申请日期1990年12月21日 优先权日1990年12月21日
发明者万远骐, 万涛 申请人:重庆建筑工程学院