三相交流同步电机及电器设备的制作方法

本发明涉及电机结构的改进，以及采用该改进了的电机驱动的电器设备，具体地说，涉及一种改进了转子结构的三相交流同步电机及电器设备。

背景技术：

现有的三相交流同步电机都需要与控制器配合使用，然而控制器结构复杂，成本高昂且易出故障。

在带有负载的情形下，三相交流同步电机不用控制器直接市电无法启动，因此现有的三相交流同步电机都是与控制器配合使用的，控制器的功能之一是将三相交流电的频率拉低对同步电机进行启动，然后逐步提高频率至50赫兹或更高，以便加有负载的电机在这一过程中能够顺利输出动力，同时不会产生对电力线路的冲击。

技术实现要素：

本发明的发明人长期观察、实验后发现如果启动负荷足够小的条件下，例如空载时三相交流同步电机是可以不用控制器进行启动的，对于某些三相交流同步电机启动时负载无需立即响应的使用场合，如果能够省略控制器将会产生巨大的经济效益。

本发明的主要目的是提供一种无需控制器即能顺利启动且对电力线路冲击很小的三相交流同步电机；

本发明的另一目的是提供一种采用上述三相交流同步电机驱动的电器设备。

为实现上述主要目的，本发明提供的三相交流同步电机包括定子及转子，转子包括共轴线设置的主动转子和被动转子，被动转子固定有转子轴，主动转子通过扭力限制器与被动转子联结。

由以上方案可见，转子设计成主动转子和被动转子，转子轴设置在被动转子上，因此主动转子的质量相对很轻，通电瞬间主动转子由于质量很轻可以立即转动，又由于主动转子通过扭力限制器与被动转子联结，通电即启动后的主动转子短时间内相对被动转子打滑，而后被动转子通过扭力限制器相对缓慢地被主动转子驱动，直到与主动转子同步转动，这一过程中转子轴上的负载是在主动转子已经转动后一定角度后再缓慢施加的，因此，一方面在省去了控制器的情形下实现了启动，另一方面对电力线路的冲击大大减小。本发明的扭力限制器，在现有技术中也叫扭矩限制器，安全联轴器或挠性联轴器，具有角度补偿性能，电机启动时主动转子与被动转子之间因过载而打滑，然后逐步恢复主动转子与被动转子的联结，即滞后联结。

进一步的方案是扭力限制器具有三相交流同步电机启动时使主动转子相对被动转子滑动，所述主动转子转动后滞后带动被动转子的滑动扭矩。

更进一步的方案是被动转子具有相对转子轴固定的被动转子体，扭力限制器包括随被动转子体转动的摩擦钳；环状的刹盘，刹盘的一部分位于摩擦钳的钳口内，刹盘的外周壁相对主动转子的内周壁至少在周向和径向固定。

再进一步的方案是摩擦钳包括钳体，设置在钳体内的一对形成钳口的摩擦片及一块压板，压板通过紧固件固定在钳体上，压板与摩擦片之间置有迫使钳口咬合的弹性件。

另一更进一步的方案是被动转子具有相对转子轴固定的第一被动转子体，相对转子轴周向固定，轴向滑动的第二被动转子体；扭力限制器包括在周向相对第一被动转子体和第二被动转子体固定的多片被动摩擦片，在周向相对主动转子固定的多片主动摩擦片，多片被动摩擦片和多片主动摩擦片在轴向上交错叠置并在轴向上受到用于产生摩擦力的正压力；主动摩擦片的外周壁相对主动转子的内周壁至少在周向固定。

再进一步的方案是扭力限制器还包括迫使第二被动转子体沿轴向靠近第一被动转子体的第一压簧；沿轴向穿过第一被动转子体上的簧座孔，紧定在第二被动转子体上，或穿过第二被动转子体上的簧座孔，紧定在第一被动转子体上的压紧螺钉；第一压簧被安置在簧座孔内。

还进一步的方案是扭力限制器还包括迫使第二被动转子体沿轴向靠近第一被动转子体的第二压簧；转子轴的一端具有筒状腔，该端的轴向的端面设置有沿轴向穿入筒状腔的调压螺钉，筒状腔的周壁上设有径向贯通的腰圆孔，腰圆孔的长轴沿轴向，一销穿腰圆孔并紧固在第二被动转子体上；第二压簧安置转子轴的筒内，抵压在调压螺钉和销之间。

另一再进一步的方案是主动转子具有一个密封容纳被动转子的主动转子腔，主动转子腔容纳有润滑油，扭力限制器位于主动转子腔内。

更进一步的方案是转子轴的一端具有筒状腔，该端的轴向的端面设置有沿轴向穿入筒状腔的调压螺钉，筒状腔的周壁上设有径向贯通的腰圆孔，腰圆孔的长轴沿轴向，一销穿所述腰圆孔并抵压在第二被动转子体背向第一被动转子体的轴向端面上；筒状腔通过所述腰圆孔与主动转子腔连通。

为实现本发明的另一目的，本发明提供的电器设备包括电机，电机采用上述任一方案中的三相交流同步电机。电器设备是工业电扇或空气压缩机或增氧机或电梯或卷扬机。

上述各方案的优点将在相应的实施例中具体说明。

附图说明

图1是本发明三相交流同步电机第一实施例的主视图；

图2是图1的a－a剖视图；

图3是本发明三相交流同步电机第一实施例的结构分解图；

图4是本发明三相交流同步电机第一实施例中电机壳体及定子的剖视图；

图5是本发明三相交流同步电机第一实施例中第二被动转子体的结构图；

图6是图5的b－b剖视图；

图7是本发明三相交流同步电机第一实施例中第一被动转子体的结构图；

图8是图7的c－c剖视图；

图9是本发明三相交流同步电机第一实施例中转子轴的立体图；

图10是本发明三相交流同步电机第一实施例中被动摩擦片的立体图；

图11是本发明三相交流同步电机第一实施例中主动摩擦片的立体图；

图12是本发明三相交流同步电机第二实施例的剖视结构图；

图13是本发明三相交流同步电机第二实施例中主动转子与刹盘组装后的立体图；

图14是本发明三相交流同步电机第二实施例的结构分解图；

图15本发明三相交流同步电机第二实施例中被动转子体的主视图；

图16是图15的俯视图；

图17是本发明三相交流同步电机第二实施例中转子轴的立体图；

图18是本发明三相交流同步电机第二实施例中摩擦钳略去缓冲橡胶体后的立体图；

图19是图18的d－d剖视图；

图20是图18的e－e剖视图；

图21是本发明三相交流同步电机第二实施例中摩擦钳略去缓冲橡胶体后另一视角的立体图；

图22是本发明三相交流同步电机第二实施例中主动转子、被动转子及摩擦钳组装状态下的剖视图；

图23是本发明三相交流同步电机第三实施例的剖视结构图；

图24是本发明三相交流同步电机第三实施例的结构分解图；

图25是本发明三相交流同步电机第三实施例中下主动转子体的主视图；

图26是图25的立体图；

图27是本发明三相交流同步电机第三实施例中上主动转子体的主视图；

图28是图27的立体图；

图29是本发明三相交流同步电机第三实施例中第二被动转子体的主视图；

图30是图29的立体图；

图31是本发明三相交流同步电机第三实施例中第一被动转子体的立体图；

图32是本发明三相交流同步电机第三实施例中压簧板的结构图；

图33是本发明三相交流同步电机第三实施例中被动摩擦片的结构图；

图34是本发明三相交流同步电机第三实施例中主动摩擦片的结构图；

图35是本发明三相交流同步电机第三实施例中转子轴的立体图。

以下结合各实施例及其附图对本发明的各方案进一步说明。

具体实施方式

三相交流同步电机第一实施例

参见图1，本发明的三相交流同步电机1有一个壳体12及与之通过紧固件紧固连接的盖11，为一40极的三相交流同步电机。本领域技术人员可以理解的是，对磁极为16级或在此基础上以偶数递增磁极的三相交流同步电机而言，都可以在省去变频器的情形下直接由三相交流电进行启动，并且极数越多，三相交流同步电机的转速越低，越有利于启动。

参见图2，定子13固定安装在壳体12内，转子轴153通过一对分别两只盖11上的轴承19支承，被动转子15(见图3)由第一被动转子体151和第二被动转子体152构成，其中第一被动转子体151固定在转子轴153上，而第二被动转子体152的轴孔与转子轴通过滑键连接，进而相对转子轴153在周向固定轴向上可滑动。主动转子14与被动转子15是共轴线设置的，在内周壁上设置有四条沿轴向沿伸的齿槽141，主动转子14在径向和轴向上受被动转子15的檐部限制。主动转子14与被动轴子15之间通过一个扭力限制器16联结。

参见图3，本例的扭力限制器16由多片被动摩擦片161、多片主动摩擦片162、四只第一压簧163、四只压紧螺钉164、四只垫圈165、一只第二压簧166及一只调压螺钉167构成。在盖11的轴孔与转子轴153之间设置有密封圈。

结合图2及图3，多片被动摩擦片161与多片主动摩擦片162在轴向上是交错叠置的，两者都是圆环状的片。套有垫圈165及第一压簧163的压紧螺钉164穿过第二被动转子体152上的簧座孔紧定在第一被动转子体151的螺孔中，使第一压簧163被固定在簧座内，第一压簧163的恢复力迫使第二被动转子体152沿轴向靠近第一被动转子体151，进而使交错叠置的主动摩擦片162与被动摩擦片161之间受到轴向上的压力，该压力为主动摩擦片162相对被动摩擦片161有绕轴线转动趋势时，产生摩擦力的正压力。通过压紧螺钉164的旋紧或旋松，可以对该正压力的大小进行调整，也就是对扭力限制器的滑动扭矩进行调整，进而使扭力限制器16满足本发明电机启动时使主动转子立即转动，并相对被动转子滑动，滞后带动被动转子逐渐同步转动的设计要求。第二压簧166置于转子轴153内，一端抵压在销1533上，另一端低压在调压螺钉167下端，其可对滑动扭矩进行微调，具体结构及微调方法后面详细说明。

参见图4，定子13固定在盖11和壳体12内，其结构可以按已有技术进行实施。

参见图5、图6，第二被动转子体152上设置有四个簧座1521，环状的上檐部1523，轴孔1524，销孔1525，四条轴向沿伸的齿槽1526。簧座1521的底部设有供压紧螺钉164穿过的簧座孔1522，轴孔1524与转子轴153通过滑键配合，销孔1525用于固定销1533。

参见图7、图8，第一被动转子体151上设置有四个螺孔1511，环状的下檐部1512，轴孔1513，四条轴向沿伸的齿槽1514。压紧螺钉164旋拧在螺孔1511中，用于在径向和轴向上约束主动转子14的檐部由上檐部1523和下檐部1512构成，从而使主动转子14可以相对被动转子15共轴线旋转滑动。

显然，簧座1521可以设置在第一被动转子体151上，而螺孔1511设置在第二被动转子体152上，压紧螺钉164在轴向上反向如前述安装，同样可以实施并实现本发明的设计目的。

参见图9，转子轴153的上端设有筒状腔，该端的端面则设有螺孔1532，供调压螺钉167旋入，筒状腔的周壁上设有径向贯通的腰圆孔1531，销1533穿过腰圆孔1531并可在其中沿轴向移动，调压螺钉167旋紧或旋松时，位于筒状腔内的第二压簧166的恢复力变化可使第二被动转子体152沿轴向相对转子轴153移动，实现对滑动扭矩的微调。

参见图10，被动摩擦片161的内周壁上有四个沿径向向内沿伸的齿1611，齿1621与齿槽1526或齿槽1514配合，实现被动摩擦片161相对第二被动转子体152或第一被动转子体151在周向上的相对固定。

参见图11，主动摩擦片162的外周壁上有四个沿径向向外沿伸的齿1621，齿1621与齿槽141配合，实现主动摩擦片162相对主动转子14在周向上的固定。

在省略了控制器的情形下，为采用三相交流市电直接启动三相交流同步电机，本发明的主要发明构思是尽量减轻转子的重量，本发明提供的技术方案是将转子设计成主动转子和被动转子，由被动转子输出动力，而被动转子由主动转子滞后驱动，即轻载情形下的主动转子启动后再驱动被动转子转动。

三相交流同步电机第二实施例

以下仅就本例与三相交流同步电机第一实施例的结构及联结关系不同之处加以详细说明，相同之处不再赘述。

参见图12，本例的主动转子14结构更加简单，只有转子筒及固定在其外周壁上的磁钢片，而被动转子由一对相对转子轴153固定的一对被动转子体150构成，扭力限制器由相对被动转子体150固定安置，随被动转子体150转动的一对摩擦钳17与一刹车盘18构成。

参见图13，主动转子4由转子筒142与固定在其外周壁上的多块磁钢片143构成。刹盘18为一圆环状的片件，其外周壁与转子筒142的内周壁固定连接，从而相对主动转子固定连接。显然，如果刹盘18设计成上例中主动摩擦片162带齿的结构形状，并在转子筒142的内周壁上对应设置条状槽，使刹盘18相对主动转子14在周向和径向固定，同样可以实现本发明的目的。

参见图14，图中与上例相同的标号为与上例相同的零件或结构，一对被动转子体150结构基本对称，一对摩擦钳17关于轴线对称地被夹持在一对刹车盘150内。每只摩擦钳17由一只钳体170、一对形成钳口的摩擦片171、一块压板172、三只螺钉173、二只垫片174、二只压簧175及一对固定在钳体170周向端头的缓冲橡胶体176构成。

参见图15、图16，每只被动转子体150设置有一对有轴向敞口的钳座1501，以便组装成被动转子15时将摩擦钳17约束在钳座1501内。还在周边设置了檐部1502，用以在轴向和径向限位主动转子14，使主动转子14相对被动转子只能在周向转动。以搁置的方式安装到钳座内的摩擦钳17在主动转子14相对被动转子打滑的过程中，摩擦钳17将会在周向冲击钳座1501，设置缓冲橡胶体176后可以有效缓冲并降低启动噪声。由于摩擦钳17关于钳口在轴向不是对称的，因此，压板172面对的钳座1501相对背对的钳座1501在轴向的尺寸略大。

参见图17，转子轴153用于对被动转子体150轴向限位的两个台肩1534之间的轴向距离应满足如下条件，即被动转子体150相对转子轴153安装就位后，主动转子14在轴向上与被动转子15之间是间隙配合。

参见图18至图20，压板172通过三只螺钉173固定在钳体170上，压板把两只压簧175压在摩擦片171和垫片174(图中不可见)之间，使两摩擦片171之间形成的钳口177咬合刹盘18伸入钳口177的部分。

参见图21，通过螺钉173的旋拧松紧，可以调整钳口177的咬合力，即扭力限制器的滑动扭矩。

参见图22，本图示出了主动转子14与被动转子15之间的相对位置关系，摩擦钳17与被动转子15的相对位置关系以及钳口177与刹盘18之间的位置关系。

显然，被动转子15并不必需设计成由两只被动转子体150的结构形式，本领域技术人员完全可以设计成一只被动转子体，并具有限制主动转子14的檐部和固定摩擦钳的固定部，同样可实现本发明的目的。

三相交流同步电机第三实施例

参见图23，本例与上两例主要不同的是主动转子14、被动转子15及扭力限制器16的具体结构形状不同。主动转子14由转子筒142、上转子体144与下转子体固定连接，并在转子筒142外固定磁钢片143而成，特点是在上转子体144与下转子体145之间形成一个密封容纳被动转子15的主动转子腔146，该主动转子腔146内容纳有润滑油。被动转子15包括与转子轴153固定连接的第一被动转子体151和相对转子轴153周向固定轴向滑动的第二被动转子体152。一只调压螺钉167与一只第二压簧166及一只销1533的作用与第一例相同，此外，还兼有向主动转子腔146注入、补充润滑油的功能。

参见图24，本例中盖11、壳体12、定子13的结构与前两例完全相同，下转子体145有一个敞口朝上的主动转子腔，该敞口被上转子体144密封盖住后形成密封的主动转子腔146。一组主动摩擦片161、一组被动摩擦片162在轴向上交错叠置，被轴向挤压在第一被动转子151和第二被动转子152之间，由六只压紧螺钉156穿过压板154及六只第一压簧155及第二被动转子体152上的簧座孔，紧定在第一被动转子体151上，构成了本例扭力限制器16的主要结构。考虑到节约成本及装配工艺的因素，本例中采用市售的摩托车用cg125离合小鼓总成，因此，不再对其具体结构进行详细说明。

参见图25和图26，下转子体145有一个上端敞口的主动转子腔146，檐部1453与转子筒142固定连接，形成主动转子腔146的周壁内表面设置有轴向的用于与主动摩擦片161，即离合小鼓总成摩擦片外齿配合的齿槽1451，轴孔1452与转子轴153间隙配合，并与转子轴153之间设置有构成主动转子腔146必须的油封。

参见图27和图28，上转子体144具有檐部1442及带有与转子轴153通过油封配合的轴孔1441，当离合小鼓总成装入主动转子腔146，通过紧固件及密封圈的装配形成密封的主动转子腔146后，再将檐部1442与转子筒142固定连接。

参见图29和图30，第二被动转子152具有六个压簧座1521、簧座孔1522、与转子轴153间隙配合的轴孔1524，多条轴向沿伸的齿槽1526，位于轴向端面上的销槽1527用于约束销1533。

参见图31，第一被动转子151上设置有六个螺孔1511，供压紧螺钉156拧入，轴孔1513与转子轴153固定连接。

参见图32，本例中的压板154作用与第二例中的压板172作用相同。

参见图33和图34，本例中的主动摩擦片162与被动摩擦片161与第一例中的相应摩擦片作用也完全相同，结构上仅是齿的设置略有不同。

参见图35，转子轴153设置有装配离合小鼓总成用的花键1535，供销1533穿过并相对滑动的腰圆孔1531，腰圆孔1531连通密封的主动转子腔146，此外，转子轴153上还设置有固定油封用的环状槽1536。

电器设备第一实施例

作为本发明电器设备第一实施例的是工业电扇，工业电扇被广泛用于厂房、车间内换气或降温，由支架、电机、扇叶及护罩构成，电机采用本发明三相交流同步电机上述实施例中的任意一款。

电器设备第二实施例

作为本发明电器设备第二实施例的是空气压缩机，空气压缩机被广泛用于以压缩机为动力源的生产活动中，本例的压缩机由一电机驱动，电机采用本发明三相交流同步电机上述实施例中的任意一款。

电器设备第三实施例

作为本发明电器设备第三实施例的是增氧机，增氧机被广泛用于渔业生产中，例如养鱼溏或养虾溏中都配置有增氧机，本例的增氧机由一电机驱动，电机采用本发明三相交流同步电机第三实施例。利用现有增氧机的浮体、机架及叶轮，即，将一台现有增氧机的异步电机拆除，安装一台本发明三相交流同步电机第三实施例的电机，经对本例增氧机转子轴转速的实际检测，设计转速为150转/分钟的转子启动时的转速约为110转/分钟至120转/分钟，约10秒钟后达到设计转速。通过电流表对启动电流的观察，启动电流远小于异步电机的启动电流，即具有同步电机功率因数高的前提下，还具有对电力线路的冲击大大降低优点。

电器设备第四实施例

作为本发明电器设备第四实施例的是电梯，电梯被广泛用在高层建筑中，主要有轿笼，滑轮组及采用上述三相交流同步电机实施例中的任意一款作为驱动力的电机。

电器设备第五实施例

作为本发明电器设备第五实施例的是卷扬机，卷扬机被广泛用在工程施工领域，由机架、卷筒及电机等构成，电机采用本发明三相交流同步电机上述实施例中的任意一款。

以上各电器设备实施例中除电机之外的设备零部件，本领域技术人员完全可以依据现有技术加以实施，例如工业电扇的支架、扇叶及其护罩；增氧机的浮体、机架等。