[发明专利]无整流(换向)器感应电机及派生电机

说明书

本发明属于电机技术领域。

现有感应电机存在：过载，起动转矩小;无级变矩调速性能差;调速时效率低;都是以旋转磁场出发，不能直接用脉振磁场，即不能直接用单相交流电（或脉动直流电），转速受旋转磁场同步转速的限制等缺点。

本发明的目的：就是解决并克服上述感应电机的缺点。将变压器和无整流（换向）器电机组合（综合）为一种新型的无整流（换向）器感应电机（脉振磁场感应电机）。它不但具有能变压，交流的优点，而且具有可直接用脉振磁场，即可直接用单相交流电（或脉动直流电）;起动、过载转矩大;无级变矩调速范围广，调速时效率高，转速高等一系列优点。

一、无整流（换向）器感应电机的主要结构

无整流（换向）器感应电机的主要结构，由定子和转子两大部分组成，盘形电枢如图1、2、3所示;柱形电枢如图4、5、6所示。

定子部分：由定子铁心组成的磁轭和磁极3，一次（激磁）绕组1、二次（电枢）绕组2、电刷5、端盖等不转动的部件。

转子部分：由电枢轴6、电枢7、集流器8、风扇和轴承等转动的部件。

定子铁心（磁轭和磁极）由厚度为0.35或0.5毫米硅钢片叠压而成，也可用C形铁心，类同变压器铁心。定子磁极是轴向一对一对交替分布（NSSNNS、SNNSSN），定子磁场是脉振磁场。

一、二次绕组用高强度漆包线绕制而成，类同变压器的一、二次绕组。二次（电枢）绕组可以在定子铁心上，也可以部分在定子铁心上，部分在转子上，还可以全在转子上。

电刷，一般选用金属石墨等固体电刷，类同现有电机集流器用的电刷。特殊需要最佳电刷可选用液态金属导体，如汞或钠钾合金（22%N₂，78%K）等。

电枢盘是用无硅的导电导磁性能都好的钢带螺旋卷成，或钢片预先成渐开线形状插装叠压而成，钢带或钢片既是电枢导体，又是电枢铁心，即电枢导体和电枢铁心合为一体。带间或片间有绝缘-环氧树脂粘合压装成盘状整体，电枢盘外缘与电刷滑接处是集流器。柱形电枢不同点只是用无硅钢片插装叠压而成。

电枢盘和电枢轴是过盈配合或花键配合成一整体转子，中间电枢盘是两个电枢盘合为一体。

为了减少轴漏磁，电枢轴采用非磁性合金钢制成。

二次（电枢）绕组通过电刷、集流器与电枢导体（电枢轴）串联直接构成电枢闭合（一般是短路）回路，二次绕组电流，也就是电枢电流。

端盖采用铸铝合金，两端盖通过携紧螺栓，将定子转子压装在一起。

二、无整流（换向）器感应电机的基本工作原理

当一次（激磁）绕组有交流电源供电时，一次绕组通过交流电流而激磁形成脉振磁场，电机磁路中便有交变磁通，根据感生电势电磁感应定律，任一交变磁通（脉振磁通），都在与其相链的绕组中感应出相应的感生电势。因此，主磁通φ分别在一次和二次绕组中感应出一次电势E₁和二次电势E₂。二次电势E₂推动其感生电流I₂，沿二次绕组通过电刷、集流器，电枢导体，电枢轴构成的电枢闭合回路流过。电枢导体为在气隙磁场中的载流I₂导体，根据电磁力定律，必然受到电磁力作用，此电磁力的方向可用左手定则判定，一个电枢盘的电磁力的大小为

F₁＝₂lsinα

因lsinα＝R-r代入上式，得

F₁＝₂（R-r）

此电磁力F₁作用在电枢盘及轴上的电磁转矩为

M₁＝₂（R-r）r-＝₂（R-r）· (R+r)/2

＝ 1/2 （R²-r²）₂

式中M₁-一个电枢盘上的电磁转矩（牛顿·米）;

R-电枢盘有效外半径（米）;

r-电枢盘有效内半径（米）;

r-电枢盘有效平均半径（米）;

-气隙瞬时磁密（韦/米²）;

₂-二次瞬时电流（安）。

上式表明：电磁转矩M₁随电枢盘的有效半径宽（R-r）、气隙瞬时磁密、和二次（电枢）电流₂的增大而成正比增大。上式是一个电枢盘的电磁转矩，若有W个电枢盘，则总电磁转矩为WM₁。