專利名稱：電容轉子異步電動機的制作方法
技術領域：
本發明電容轉子異步電動機涉及一種異步電動機。
現有的籠型和繞線型異步電動機都是基于在異步運行中在轉子中的感生電流與定子磁場相互作用產生電磁力矩來運行的。但是由于在低速運行時轉子中轉差率增大導致轉子電路中電抗增大，使轉子電路功率因數降低，致使出現轉速下降時產生的電磁力矩反而減小、異步電動機的機械特性在某點出現電磁力矩最大值的現象，當轉速的下降超過此最大值對應的轉速時電動機機械特性將出現不穩定狀態，影響了異步電動機效能的充分發揮，如

圖1所示。
本發明電容轉子異步電動機的任務是要提供一種在降低轉速的過程中能夠產生越來越大的電磁力矩的電動機，也就是說，在它的全部轉速范圍內機械特性都具有穩定特性，轉速下降的過程不會出現電磁力矩的極大值，不會遇到不能穩定運行的情況。因此，可以滿足在變速過程中使異步電動機能夠發揮更高的效能的要求。
本發明電容轉子異步電動機的任務是這樣完成的把普通異步電動機轉子繞組或者鼠籠保持不變，把轉子的迭片鐵心按照如下方法進行改造首先選擇材質更好的材料作迭片材料和絕緣材料，加強迭片之間、迭片和轉軸、迭片和螺栓、迭片和轉子繞組之間的絕緣，并把第1、3、5等等全部奇數的迭片用導體連接起來成為電容器的一個極，把第2、4、6等等全部偶數的迭片也用導體連接起來成為電容器的另一個極，這兩極就組成了一個電容器，如圖2所示；這個電容器和轉子繞組或者鼠籠一起組成了電容轉子，而相應的電動機稱為電容轉子異步電動機。
電容轉子異步電動機在接近額定轉速的高速運行中，由于轉差率小，轉子上感應電勢頻率很低，這時電容轉子的容抗較大，流過電容轉子的電流幾乎為零，而原有的轉子繞組或者鼠籠電路中的電抗也較小，所以轉子電路基本上是電阻性的，此時電容籠形電動機的特性與普通籠形電動機幾乎沒有區別。但是，當電動機從額定轉速逐漸降低轉速運行時，轉子電路的感應電勢頻率將逐漸提高，造成電容轉子的容抗逐漸減小而轉子繞組或者鼠籠電路中的感抗逐漸增大，使流過轉子線圈或者鼠籠的電流逐漸減少而流過電容轉子的電容電流逐漸增加；由于集膚效應的作用，此電容電流將在轉子鐵心的表面呈分散形流通，其方向與附近的轉子線圈或者鼠籠條中的電流基本同方向，但是相位有所超前，也就是說，隨著電動機氣隙磁場的極性的分布情況此電容電流取相應的方向。異步電動機降速時由于轉差率上升將導致轉子感應電勢的上升和電容轉子的容抗的下降，因此電容電流和轉差率之間將基本上是二次函數的關系。此電容電流與定子繞組旋轉磁場相互作用而產生電磁力矩，增加了電動機產生的電磁力矩。
由此可見，由于把電動機的轉子改造成了電容轉子，使電容轉子異步電動機在降速運行時在轉差率上升的情況下，轉子電路中容抗的下降基本上彌補了感抗的上升，使調速過程中電動機轉子電路基本上保持為電阻性電路，功率因數基本為1。因為在電動機轉速下降的過程中轉子電路電阻基本上保持不變而轉子感應電勢卻線性上升，因此，轉子電流和電磁力矩基本上也隨著轉差率上升而呈線性增加，直至與橫軸(轉差率等于1)相交都不會出現極大值，其特性如圖3所示。由于在整個調速范圍內轉子電路的功率因數一直較高，因此電容異步電動機的效率也較高。
如果在電容轉子異步電動機中把轉子繞組或者鼠籠取消，只保留由轉子迭片構成的電容器，則成為又一類型的電容轉子異步電動機。由于它沒有轉子繞組及鼠籠，故轉子電路將始終是電容性電路，它的功率因數將隨著轉差率的從零增大也從零逐漸增大而逐漸趨近于1。因為它具有超前的功率因數，因此它可以向電網輸送電容電流。它的電磁力矩將近似地與轉子電流一樣成為轉差率的二次函數。
和滾動調速電動機一樣，電容轉子異步電動機如果與滾動調速控制方法結合起來，則可以適用于在直流、三相交流、單相交流等等各種形式的電網中調速和作異步運行。
下面對本發明的說明書附圖逐一進行說明圖1是現有的異步電動機的特性曲線，可見其轉子電路的功率因數隨著轉速的下降(即轉差率增大)而降低，這就導致了電磁力矩中出現極大值，和在極大值以下的不穩定段機械特性的出現；圖2是電容轉子異步電動機的電容轉子中電容器的構成原理；由圖可見，鐵心中的奇數迭片的連接導體不與偶數迭片連接，同樣偶數迭片的連接導體也不與奇數迭片連接，它們之間保持完好的絕緣，它們組成了一個電容器。圖中所示迭片與導體的連接處是選在迭片線槽的槽底，當然也可以將連接處選在齒頂或其他位置。與每極迭片連接的導體可以有多根，它們應該沿著轉子的圓周均勻分布。
圖3是電容轉子異步電動機的特性曲線，由于在轉速下降時轉子中產生了隨著轉速下降而呈二次函數增大的電容電流I2C，它與轉子繞組中的電感電流(如圖1中的I2)的合成將產生等效于電阻性的轉子電流I2，使轉子電流I2基本上隨著轉差率增大而增大，呈現線性關系；轉子電路的功率因數始終為1而基本不隨轉差率變化；因此電容轉子異步電動機的轉子電流和電磁力矩將隨著轉差率增大而增大，電磁力矩和轉差率之間基本上呈現線性相關的特性。
本發明的最好的實現方法是采用高質量的材料作轉子電容的介質材料，來提高電容量和降低介質損耗；同時此介質材料還具有適當的電氣絕緣和耐熱性能。鐵心迭片的材料也具有較低的電阻、較好的導磁性能和對熱的耐受性；可能的話，應該采取增強繞組絕緣和降低繞組發熱的各種新技術(例如采用超導材料制造繞組線圈)等等，同時還采用提高定子和轉子散熱能力的種種技術措施。電容轉子異步電動機整體的機械強度和散熱能力也應該重點予以考慮，以能適應在大的調速范圍、在高轉速或者沉重的機械負載下正常運行。
本發明的實際應用如由于電容轉子異步電動機在轉速下降時電磁力矩會不斷增大，因此這為在電動機的全部轉速范圍內實現電力拖動的恒功率調節提供了可能性，使得在轉速越低時電動機可以提供的電磁力矩越大；當電容轉子異步電動機提供的低轉速和大電磁力矩能夠直接滿足生產機械的需要時，就為在傳動系統中取消減速機提供了可能性。而一旦取消了減速機，則不但降低了設備投資、節約了運行、維護費用，而且顯著降低了傳動系統的飛輪力矩、轉動慣量，使系統的動態響應品質大大優化；將這種特長應用于軋鋼機，將能生產出世界上質量最好的鋼材；將這種特長應用于自動火炮，將能創造出反應速度最靈敏的火炮；而將這種特長應用于電動汽車，將能制造出駕駛性能最好的汽車；而取消了轉子繞組的電容轉子異步電動機由于可以向電網提供電容電流，因此還可以作為改善電網功率因數的設備在電網中運行。電容轉子異步電動機的使用價值由此可見一斑。
權利要求
1.電容轉子異步電動機是一種在低速時可以產生更大的電磁力矩的異步電動機，其特征是電容轉子異步電動機具有電容轉子，這種電容轉子在電動機轉差率從零升高時相應地產生逐漸增大的電容電流，從而使這種電動機在轉差率越高時產生的電磁力矩越大。
2.權利要求1所述的電容轉子，其特征是電容轉子是由異步電動機的轉子改造而成；這種改造可以保留異步電動機轉子的繞組或者鼠籠，而把轉子鐵心的迭片分成奇數和偶數兩組并且互相絕緣，每組的迭片通過導體互相連接成為電容器的一極，兩組迭片組成了一個電容器，這個電容器和轉子繞組或者鼠籠一起組成了電容轉子；由于轉子繞組或者鼠籠回路在轉差率升高的過程中感抗逐漸加大，而兩組迭片組成的電容器也將逐漸產生越來越大的電容電流，容抗的下降基本上彌補了感抗的上升，使在運行中其轉子電路的功率因數基本上保持為1；同時，電磁力矩、轉子電流都近似地是轉差率的線性函數；兩組迭片之間采用高質量的材料作轉子電容的介質，來提高電容量和降低介質損耗；同時此介質材料還具有適當的電氣絕緣和耐熱性能；迭片的材料也具有較低的電阻、較好的導磁性能和對熱的耐受性，還具有適當的機械強度、較理想的機械可加工性。
3.權利要求1、2所述的電容轉子異步電動機，其特征還可以是電容轉子也由異步電動機的轉子改造而成，但是在改造時還取消了異步電動機轉子繞組或者鼠籠，其他特征與權利要求2相同；由于在轉差率升高的過程中兩組迭片組成的電容器將產生越來越大的電容電流，使其轉子電路具有超前的功率因數，故可向電網提供電容電流；同時，電磁力矩、轉子電流都近似地是轉差率的二次函數。
4.權利要求1所述的電容轉子異步電動機，其特征是電容轉子異步電動機整體的機械強度和散熱能力應該重點予以考慮，以能適應在大的調速范圍、在高轉速或者沉重的機械負載下正常運行。
全文摘要
把普通異步電動機轉子的轉子繞組或者鼠籠保持不變，把轉子的疊片鐵心按照如下方法進行改造首先選擇材質更好的材料作疊片材料和絕緣材料，加強疊片之間、疊片和轉軸、疊片和螺栓、疊片和轉子繞組之間的絕緣，并把第1、3、5等等全部奇數片的疊片用導體連接起來成為電容器的一個極，把第2、4、6等等全部偶數片的疊片也用導體連接起來成為電容器的另一個極，它們就形成了電容器的兩極，我們把經過這樣改造的轉子稱為電容轉子，而相應的電動機稱為電容轉子異步電動機。電容轉子異步電動機在它的全部轉速范圍內機械特性都具有穩定特性，是一種在降低轉速的過程中能夠產生越來越大的電磁力矩的電動機。
文檔編號H02K1/22GK1499699SQ0214925
公開日2004年5月26日 申請日期2002年11月11日 優先權日2002年11月11日
發明者黃群, 黃 群 申請人:黃群, 黃 群