專利名稱:實(shí)心轉(zhuǎn)子低損耗異步電機(jī)的制作方法
本發(fā)明涉及利用渦流生成電磁轉(zhuǎn)矩，具有低損耗特性的各種類型的實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)。
傳統(tǒng)的電機(jī)學(xué)理論認(rèn)為，由于旋轉(zhuǎn)磁場在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心中感應(yīng)出的渦流會(huì)造成轉(zhuǎn)子里的鐵損耗，因此是一種有害的電流，為了盡可能消除這一電流，轉(zhuǎn)子的鐵心必須和定子一樣由互相絕緣的硅鋼薄片迭成。實(shí)際上這是一種片面的錯(cuò)誤的看法，在轉(zhuǎn)子鐵心中的感應(yīng)渦流和在轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流一樣，都會(huì)在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，同樣都是有用的電流，不同的僅僅是在不同的材料中流動(dòng)而已。當(dāng)轉(zhuǎn)子的鐵心采用實(shí)心的軟磁材料制成時(shí)，等效于在轉(zhuǎn)子等值電路的繞組電阻上并連了一個(gè)鐵心的分布電阻(如圖1所示)，使得轉(zhuǎn)子的總電阻減小了，轉(zhuǎn)子中由電流產(chǎn)生的總損耗(即轉(zhuǎn)子的銅損加渦流損耗)I2oro，也就隨著降低了。由此可見，實(shí)心轉(zhuǎn)子鐵心材料的電阻愈小，渦流愈大，產(chǎn)生相同電磁轉(zhuǎn)矩所需電流在轉(zhuǎn)子中的總損耗就愈小，采用實(shí)心轉(zhuǎn)子等于起到了將轉(zhuǎn)子繞組線徑加粗的作用。
因此，轉(zhuǎn)子的總電導(dǎo)-即將轉(zhuǎn)子視為一個(gè)整體時(shí)的總電阻ro，(它可以通過電機(jī)的空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)測出)是決定異步電機(jī)運(yùn)行性能的一個(gè)重要指標(biāo)，如果總電導(dǎo)偏小，為了獲得額定的電磁轉(zhuǎn)矩，滑差就會(huì)增大，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)降低，于是轉(zhuǎn)子損耗、功率因數(shù)等一系列運(yùn)行參數(shù)都會(huì)迅速惡化，甚至使電機(jī)根本運(yùn)轉(zhuǎn)不起來。轉(zhuǎn)子的另一個(gè)重要指標(biāo)是它的總磁導(dǎo)，如果總磁導(dǎo)偏小，就會(huì)使得定子繞組中的勵(lì)磁電流增大，功率因數(shù)降低，損耗增加。只要轉(zhuǎn)子的這兩個(gè)基本指標(biāo)能夠滿足要求，就可以制造出具有基本運(yùn)行性能的異步電機(jī)，至于轉(zhuǎn)子中的電流和磁流到底是在繞組中還是鐵心中流動(dòng)，那是根本無關(guān)緊要的。
采用實(shí)心轉(zhuǎn)子的異步電機(jī)除了可以降低轉(zhuǎn)子中的損耗外，還有如下明顯的優(yōu)點(diǎn)。
一、具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的鐵損耗是由渦流和磁滯兩部分構(gòu)成。如上所述，由于渦流不僅不會(huì)增加，反而還會(huì)降低轉(zhuǎn)子中電流的總損耗;另一方面在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場的相對轉(zhuǎn)速幾乎接近于同步，由磁滯產(chǎn)生的鐵損耗也非常小。因此實(shí)心轉(zhuǎn)子對材料的電阻率的要求是越小越好(剛好和軟磁材料的指標(biāo)要求相反)，對另一個(gè)重要指標(biāo)矯頑力的要求也不高，完全可以選用廉價(jià)的僅具有高導(dǎo)磁性能的軟磁材料(如軟鐵或其他的新材料)，以取代目前還需大量進(jìn)口的昂貴的硅鋼片?？紤]到目前僅鼠籠電機(jī)就幾乎占全部電機(jī)總產(chǎn)量的60%，因此推廣采用實(shí)心轉(zhuǎn)子的異步電機(jī)無疑會(huì)給國家節(jié)約一筆相當(dāng)可觀的資金和外匯。
二、可以簡化轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，提高電機(jī)的性能1 易于提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。鼠籠電機(jī)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，啟動(dòng)電流大。為了解決這個(gè)矛盾，傳統(tǒng)的方法是轉(zhuǎn)子采取了雙鼠籠等結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。上鼠籠電阻大，為啟動(dòng)籠;下鼠籠電阻小，為運(yùn)行籠。啟動(dòng)時(shí)由于轉(zhuǎn)子頻率等于電源頻率，集膚效應(yīng)增強(qiáng)而引起電流集中于上鼠籠，造成轉(zhuǎn)子的電阻增大，從而使得啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，啟動(dòng)電流減小。當(dāng)采用實(shí)心轉(zhuǎn)子時(shí)，由于轉(zhuǎn)子鐵心本身的分布電阻一般都較大，在啟動(dòng)時(shí)完全可以起到上鼠籠的作用(即利用轉(zhuǎn)子鐵心中的渦流作為主要的啟動(dòng)電流)，因此在實(shí)心轉(zhuǎn)子中只需要保留一個(gè)下鼠籠，就可以具有和雙鼠籠電機(jī)一樣的高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性。
2.通過在實(shí)心轉(zhuǎn)子園柱表面上噴鍍一層具有高導(dǎo)電性能的金屬或非金屬材料，提高轉(zhuǎn)子的總電導(dǎo)，就可以制成一種導(dǎo)電層式實(shí)心轉(zhuǎn)子(如圖3所示)。與鼠籠式和繞線式轉(zhuǎn)子相比，由于其構(gòu)造簡單也就簡化了它的生產(chǎn)工藝。而且這種導(dǎo)電層式轉(zhuǎn)子電機(jī)通過控制其導(dǎo)電層的厚薄還可以改變它的性能，當(dāng)導(dǎo)電層較薄，轉(zhuǎn)子的總電導(dǎo)較小時(shí)，雖然在正常運(yùn)行時(shí)其性能較差，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大，可以適合某些特殊用途，這就是在某些工業(yè)領(lǐng)域中目前已經(jīng)得到使用的所謂“大力矩電機(jī)”;當(dāng)導(dǎo)電層加厚，使轉(zhuǎn)子的總電導(dǎo)能夠達(dá)到指標(biāo)要求時(shí)，這種電機(jī)就可以獲得正常的運(yùn)行性能。
具有導(dǎo)電層式實(shí)心轉(zhuǎn)子的電機(jī)，由于轉(zhuǎn)子和定子鐵磁部分之間的間隙較大-除了氣隙外還又夾了一個(gè)導(dǎo)電鍍層，因此功率因數(shù)比較低。如果能找到一種既具有高導(dǎo)磁又具有高導(dǎo)電性能的新材料作為導(dǎo)電層，就可以提它的功率因數(shù)，遺憾的是迄今為止對于軟磁材料的研究一直是在相反方向上-即提高電阻率上努力。
3.如果進(jìn)一步在具有高導(dǎo)磁高導(dǎo)電層的轉(zhuǎn)子上再噴鍍一層高導(dǎo)磁低導(dǎo)電的材料，就可以制成圖4所示的夾心式轉(zhuǎn)子。這種轉(zhuǎn)子的高電阻的外層可以起到外鼠籠的作用，而低電阻的內(nèi)層則可以起到內(nèi)鼠籠的作用。這樣就可以用較簡單的工藝制造出具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，高功率因數(shù)的異步電機(jī)。
4.如果能找到一種廉價(jià)的高導(dǎo)磁高導(dǎo)電材料，那么還可以制造出一種更簡單的純實(shí)心轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子僅僅是一個(gè)純實(shí)心的鐵心。由于材料的高導(dǎo)磁高導(dǎo)電特性，鐵心本身既可以滿足轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁功能又可以滿足轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電功能，因此就沒有必要再在其上添加繞組、導(dǎo)電層，或任何其他的導(dǎo)電裝置了。這不僅進(jìn)一步簡化了電機(jī)的生產(chǎn)工藝，而且因?yàn)檎麄€(gè)鐵心的導(dǎo)電面積要比繞組的截面大的多，這就有可能使這種轉(zhuǎn)子的總電導(dǎo)數(shù)倍于目前的一般轉(zhuǎn)子，因此就可以制造出性能極好的異步電機(jī)。當(dāng)然如果再在這種純實(shí)心轉(zhuǎn)子上加一層高導(dǎo)磁低導(dǎo)電材料的導(dǎo)電層，還可以進(jìn)一步提高這種電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
權(quán)利要求
1.實(shí)心轉(zhuǎn)子低損耗異步電機(jī)，其基本特征為轉(zhuǎn)子的鐵心是實(shí)心的，轉(zhuǎn)子的總電導(dǎo)-即轉(zhuǎn)子的繞組或其他導(dǎo)電裝置的電導(dǎo)加上鐵心的電導(dǎo)，必須不小于目前一般異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電導(dǎo)。
2.按權(quán)利要求
1規(guī)定的鼠籠式實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)，其特征為轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電裝置是鼠籠。
3.按權(quán)利要求
1規(guī)定的繞線式實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)，其特征為轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電裝置是導(dǎo)線繞組。
4.按權(quán)利要求
1規(guī)定的導(dǎo)電層式實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)，其特征為轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電裝置是在鐵心的圓柱表面上加了一層具有高導(dǎo)電性能、或兼有高導(dǎo)電高導(dǎo)磁性能的材料的導(dǎo)電層。
5.按段權(quán)利要求
1規(guī)定的夾心式實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)，其特征為轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電裝置是在鐵心圓柱表面上的上下兩層導(dǎo)電層，上導(dǎo)電層由高導(dǎo)磁低導(dǎo)電的材料構(gòu)成，下導(dǎo)電層由高導(dǎo)磁高導(dǎo)電的材料構(gòu)成。
6.按權(quán)利要求
1規(guī)定的純實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)，其特征為轉(zhuǎn)子上沒有任何附加的導(dǎo)電裝置，鐵心由高導(dǎo)磁導(dǎo)電的材料構(gòu)成，轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電功能全部由鐵心完成。
7.按權(quán)利要求
1規(guī)定的其他各種類型的異步電機(jī)。
專利摘要
本發(fā)明公開了利用渦流生成電磁轉(zhuǎn)矩以降低轉(zhuǎn)子損耗的各種類型的實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)。這種低損耗特性在技術(shù)上是通過使實(shí)鐵心轉(zhuǎn)子的總電導(dǎo)——即轉(zhuǎn)子繞組或其他導(dǎo)電裝置的電導(dǎo)，加上鐵心的電導(dǎo)，不小于一般異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)的。這類實(shí)鐵心轉(zhuǎn)子的異步電機(jī)與同類型的硅鋼片鐵心轉(zhuǎn)子的異步電機(jī)相比，除了具有轉(zhuǎn)子總損耗較小的優(yōu)點(diǎn)外，還易于進(jìn)一步簡化轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，提高電機(jī)運(yùn)行性能等。
文檔編號(hào)H02K17/02GK87107574SQ87107574
公開日1988年7月27日 申請日期1987年11月1日
發(fā)明者張守明 申請人:張守明導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan