专利名称：双定子双磁回路鼠笼交流调速电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交流异步调速电机，特别是一种双定子双磁回路鼠笼交流调速电机。
自交流异步电动机问世以来，人们对交流异步电机的调速问题一直在进行深入广泛的研究。特别是交流鼠笼电机，因其具有工艺制造技术简单，电机本身可靠性高，无电接触元件，成本低的优点，而得到广泛的应用，但交流鼠笼电动机的调速问题，几十年来一直未得到理想的解决方案。目前人们的基本观点认为交流异步电动机的调速特性不佳，无论就其调速范围和调速的平滑性来讲都不能和直流电动机相比，如需在宽广范围内调速的机械负载，异步电动机便不能采用，利用直流电动机调速，虽然它具有良好的自然外特性，但由于直流电机工艺制造技术复杂，电机本身可靠性低，有电接触元件，成本高的缺点，在应用上也受到限制。现有的异步电动机的调速方法是改变供电电源的频率，改变电动机的极对数，改变转差率，这些调速方法虽也可以调速，但所能应用的范围是有限的。
本发明的目的在于提供一种具有交流鼠笼电机的全部优点又具有或十分接近直流电机的调速特性的双定子双磁回路鼠笼交流调速电机。
本发明是用如下方式完成的双定子双磁回路鼠笼交流调速电机，它包括在机座1上装有电机转子的转轴和铁芯及其绕轴9，在机座1内分别装有两组独立的定子铁芯及其懂组构成两组独立的定子铁饼及其绕组构成两组独立有磁回路同时作用在一个转子铁芯及其绕组9。两组独立的定子铁芯2和3及其绕组4和5是轴向排列装在机座1内，在电机转子的转轴6上装有两段独立的转子铁芯8和7分别对应两组独立的定子铁芯2和3，在两段独立的转子铁芯8和7上嵌装一组转子绕组9，转子铁芯及其绕组9穿插在两组独立的定子铁芯2和3之中构成两组磁回路同时作用在转子绕组9上。两组独立的定子铁芯2和3及其绕组4和5是分别装在机座1的两端盖上，在转子的转轴6的支架上分两段装有转子铁芯8和7，在两段独立的转子铁芯8和7上嵌装一组转子绕组9两组独立定子绕组4和5产生的定子磁场分别沿转子轴向作用于转子铁芯8和7用其绕组9构成两组回路，同时作用在转子绕组9上。两组独立的定子铁芯2和3及其绕组4和5是分别装在机座1内和机座1内的支承轴10上，定子铁芯2是圆筒，定子铁芯3是圆柱，传动轴6联接支承架11，在支承轴10装在支承架11上，传动轴6和支承轴10有端头分别半在机座1的两端盖上，在支承架11上装在转子铁芯7和其绕组9，转子铁芯7用其绕组9在定子铁芯3之间构成两组磁回路同时作用在转子绕组9上。
本发明双定子双磁回路鼠笼交流调速电机结构简单，无电接触元件，可靠性高，成本低，由于其结构与交流鼠笼电机类似，故它具有交流鼠笼电机的一切优点。它的调速范围宽，可由0一直调到额定转速，且调速的稳定性好，在调速特性上具有接近直流电机调速的性能。它的功率因素高，对电网无任何污染，其自然特性可按使用需要进行调速，采用不同的参数可获得恒转、短恒功率、恒转速等特性，与控制系统相配能获得与变频调速类似的人工特性，本发明在异步电机调速方面有着广阔的应用前景。
图1是本发明实施例1结构示意2是本发明等效电路3是本发明实施例二结构示意4是本发明实施例三结构示意图下面结合附图对本发明作进一步详细的说明实施例一如图1所示，本发明双定子双磁回路鼠笼交流调速电机是由在机座1内排列装有两组独立的定子铁芯2和3，转子铁芯及其鼠笼绕组9穿插在两组独立的定子铁芯2和3之中，在定子铁芯2上嵌装有定子三相绕组4，在定子铁芯3上嵌装有定子三相绕组5，转子铁芯及鼠笼绕组9可以是普通的鼠笼电机转子结构，只是比普通鼠笼电机转子要长;因它要同时穿插在两组独立的定子铁芯2和3之中，但采用这结构无疑要多消耗一些材料，同时也增加一些电能损耗，故最好是采用如图1所示的转子结构，即在转轴6上分两段装设转子铁芯8和7分别对应定子铁芯2和3，在两段转子铁芯8和7上装设一组鼠笼绕组9，在两段转子铁芯8和7之间用绝缘材料充填，这样的转子结构不仅能节省金属材料，而且能减少电能损耗，提高电机效率，转轴6装在机座1两端盖上的轴承内。该电机与普通鼠笼电机结构十分类似，只是多一组定子铁芯和定子三相绕组，它的三相定子绕组4接电网电源，三相定子绕组5经移相器后接电网电源，通过调节定子绕组5中电源的相位即可达到调速的目的。
本发明双定子双磁回路鼠笼交流调速电机的工作原理是在交流鼠笼电动机中，气隙磁场，激磁电流由电网电压提供，定子的激磁电流在气隙中产生旋转磁场，交流鼠笼式电机的基本方程式为 从上述基本方程式可见，r2′和x2′均很小， 接近 ，则电动机要工作在一定电功率条件下，转差率S必须很小，即电机要在接近同步速运行。
本发明双定子双磁回路鼠笼交流电机，同时具备两个独立的定子铁芯及其绕组，转子上的结构与普通鼠笼电机完全一样，只是铁芯分为两段，中间一段无铁芯，转子绕组只有一组，且处于两组定子铁芯及其绕组之下，两组定子绕组接有各自的电源，等效电路图如附图2所示。
图2所示等效电路图，将本电机分成A和B两侧，也即定子铁芯2和绕组4设为A例，定子铁芯3和绕组5设为B侧，A侧由U1供电，而B侧由U2供电 它们在各自的定子与转子之间的气隙中产生旋转磁场，作用于转子绕组9。用最简单的方式来说明作用原理，即取两组定子铁芯的气隙、电压以及绕组线圈等参数完全相同，只是供电压的相位不同，在转子两侧产生电势为E21和E22，根据磁势变换计算上述等效电路得到
这相当两台交流异步鼠笼电机的转子电路串联在一起，暂认为两侧均处于电动机运行状态。
如上所述，当A，B两侧定子铁芯、线圈、气隙、电压幅值等参数完全相同时，则 ，但相位将近似差θ角，即供电电源的相位差角。
若设想θ＝180°时，则 ，此时转子中没有电流。
若设想θ＝0°时，则 此时相当两台共轴异步鼠笼电机，改变θ值，由下式 可知将引起 的改变，进而引起转子绕组中电流 的改变。
由于电机两组定子绕组分别由各自外电压供电，负载电流 的关系不再是简单的与转子回路中的电抗和电阻值有关，但电流转换关系仍然按磁势关系 ，同时转子电流与两侧电势的幅值与相位有关，因而 的相位与 之间的夹角可能大于90°这时 将会出现 值大于 值的情况，此时该侧电机即以发电机方式运行另一侧除供给转轴输出机械功率外同时向发电机一侧提供电能，这种发电机的工作原理既不同于同步发电机，又不同于异步发电机，可称之为交流激磁同步发电机。
该机与一般同步发电机的不同之处在于它由f1＝Sf0的交流电源向转子激磁，在转子表面产生n1＝60(f0-f1)的旋转磁场，此时转子以n0-n1的转速运行，磁场的实际空间转速为n0，即为电源的同步速，该机的同步转速同时取决于激磁电流的频率与电源的频率，除电枢反应与同步电机有不同外，该机的特性与同步电机十分接近。
该机与一般异步发电机的不同之处在于发电机一侧的激磁电流由另一侧提供。
该机的交流激磁同步发电机有三种工作状态，状态的划分取决于相位角θ，如前所述，相位角θ由180°变到0°时，电机为B侧由发电机状态变为电动机状态，在该期间存在着某种特殊的状态为1.θ＝θ0时，这时电机的A侧向转轴提供转速n1的机械能，又向电机的B侧提供频率为f1的激磁电流，此时电机B侧不向电网提供或吸收有功功率，而向电网提供或吸收无功功率，电机的B侧是作为同步补偿器用，θ0称之为临界相位角。
2.θ＜θ0时，电机的A侧向转轴提供转速为n1的机械能P1，同时向B侧提供交流激磁电流，B侧则向转轴提供P2的机械能，此时电机B侧作为异步交流激磁同步电动机方式运行。
3.θ0＜θ＜180°时，电机的A侧向转轴提供转速为n1的机械功率，同时向B侧提供频率为f1的交流电源，B侧转速为n1向电网反馈供电频率为f0此时电机的A侧既是电动机，又是交流变频机，电机的B侧则为发电机。
由上述工作状态分析可知，本发明有电机能量的变换过程是若设电机A侧从电网吸收的能量为P1，B侧反馈给电网的或从电网吸收的能量为P2，该电机从电网吸收的总能量为P。
则θ由180°趋向θ0时，P1增加，向电网输出的能量P2减少，P增加，θ由θ0趋向0时，P1增加，从电网吸收的能量P2增加，P增加，在力矩不变的条件下，输出能量的大小决定了转速的高低，使该电机达到调速的目的。
调节θ角实际上是调整电机的功率角，无论同步电机或异步电机，功率角决定了电机的输出功率，功率角大于零时为发电机状态，功率角小于零时为电动机状态，由于本发明电机具有变频特性，因此功率的输出将取决于转速，而不是频率。
调节θ角的方法有两种，一种是电控，在B侧定子绕组与电源之间接入一移相变压器。二是在B侧定子上加一机械回转机构，这种方法对机床电机可进行直接调节，既省事又可降低整个调速系统的造价。
本发明最重要之点为两个定子磁场形成两组独立的磁回路同时作用在一个转子上，用以调节转子电流，而磁场的相互作用下仍然保持着一固定功率角。
根据上述原理，本发明在电机结构上可以作出很多变化，除上述实施例一应用传统结构外，还可以作出形成端面电机结构，实施例二，如图3所示，也可以构成内外定子结构，实施例三如图4所示。
实施例二，如图3所示，它是一个端面电机结构，在机座1的两端面上装分别有定子铁芯[2]和[3]及其定子绕组[4]和[5]，转子的转轴6装在两端盖上，在转轴6上装有支承架，在支承架上的两侧面分别装有转子铁芯8和7，转子铁芯8对应定子铁芯2转子铁芯7对应定子铁芯3，在转子铁芯8和7上嵌装一组转子绕组9，在转轴6的方向便形成了两组独立的定子磁场同时作用在一个转子上的一组转子绕组，调节两组定子绕组的电功率角θ便可方便地调节转速，其工作原理如上述实施例一。
实施例三，如图4所示，它是一个内外定子结构，在机座1内装有一个圆筒形的定子铁芯2，并嵌有定子绕组4，在支承架11的中心用轴承装有支承轴10，传动轴6联接支承架11，传动轴6和支承轴10的端头分别装在机座1的两端盖上，在支承轴11的两边侧上装有转子铁芯7并嵌前转子绕组9，转子铁芯7及绕组9形成一个套筒，在转子铁芯7的内侧，在支承轴10上装有定子铁芯3并嵌装有定子绕组5，这样便形成定子绕组2和3形成的定子磁场从转子铁芯及其绕组的内外两侧同时作用于转子绕组9，经传动轴6输出机械能，支承轴10不动，它也是两组独立的定子绕组磁场同时作用于一个转子绕组，其调整的原理同上述实施例一相同。
以上所述仅仅是三种典型的实施例结构，它们均能起到同样的调速效果，根据本发明的技术方案，可以作出各种结构的交流调速电机。
权利要求
1.一种双定子双磁回路鼠笼交流调速电机，它包括在机座[1]上装有电机转子的转轴和铁芯及其绕组[9]，其特征是在机座[1]内分别装有两组独立的定子铁芯及其绕组，构成两组独立的磁回路，它们同时作用在一个转子铁芯及其绕组[9]。
2.根据权利要求1所述交流调速电机，其特征在于两组独立的定子铁芯[2]和[3]及其绕组[4]和[5]是轴向排列装在机座[1]内，在电机转子的转轴[6]上装有两段独立的转子铁芯[8]和[7]分别对应两组独立的定子铁芯[2]和[3]，在两段独立的转子铁芯[8]和[7]上嵌装一组转子绕组[9]，转子铁芯及其绕组[9]穿插在两组独立的定子铁芯[2]和[3]之中构成两组磁回路同时作用在转子绕组[9]上。
3.根据权利要求1所述交流调速电机，其特征在于两组独立的定子铁芯[2]和[3]及其绕组[4]和[5]是分别装在机座[1]的两端盖上，在转子的转轴[6]的支架上分两段装有转子铁芯[8]和[7]，在两段独立的转子铁芯[8]和[7]上嵌装一组转子绕组[9]两组独立定子绕组[4]和[5]产生的定子磁场分别沿转子轴向作用于转子铁芯[8]和[7]用其绕组[9]构成两组回路，同时作用在转子绕组[9]上。
4.根据权利要求1所述交流调整电机，其特征在于两组独立的定子铁芯[2]和[3]及其绕组[4]和[5]是分别装在机座[1]内和机座[1]内的支承轴[10]上，定子铁芯[2]是圆筒，定子铁芯[3]是圆柱，传动轴[6]联接支承架[11]，在支承轴[10]装在支承架[11]上，传动轴[6]和支承轴[10]有端头分别半在机座[1]的两端盖上，在支承架[11]上装在转子铁芯[7]和其绕组[9]，转子铁芯[7]用其绕组[9]在定子铁芯[3]之间构成两组磁回路同时作用在转子绕组[9]上。
全文摘要
本发明涉及一种交流异步调速电机，它解决了目前交流电机调速范围小，自然特性差的问题。它是由两组独立的定子铁芯及其绕组，共同作用于一组鼠笼电机转子构成，两组定子绕组分别接不同的电源，通过移相器改变一组定子绕组供电的相位角来达到调速的目的。它具有交流鼠笼电动机的一切优点，而其调速范围可以从0平稳调到额定转速，其自然特性好，是一种较理想的交流调速电机。
文档编号H02K16/04GK1104001SQ9411330
公开日1995年6月21日 申请日期1994年12月29日 优先权日1994年12月29日
发明者王逸民 申请人:王逸民