[发明专利]两定子交叉感应电动机

说明书

本发明是一种新型交流电动机

现行交流异步电动机利用的是旋转磁场的原理，其定子绕组是分散嵌入定子内圆表面的许多槽内。它的主要缺点是调速性能差;其次是定子绕组机械化嵌线困难，端部无效部分的导线较长，嵌线槽内空间利用率也较低，增加了它的制造成本。对于第一个问题，人们一直在进行研究，以改善它的调速性能虽出现了许多好的方案，但多因结构比它复杂，成本比较高而未能令人满意。而对第二个问题，几乎是百年来没有多大改进。

本发明的目的就是从根本上克服交流电动机的上述缺点，提供一种结构简单，制造容易，能降低成本，又具有无级调速性能的新型交流电动机。

本发明没有采用旋转磁场原理。其基本结构如附图1所示：将同一笼形转子1的定子在长度方向上分为定子2和定子3两个部分，套在转子两端，各占转子铁芯长度约一半。若定子2的磁极垂直放置，则定子3的磁极就水平放置，使其磁力线在空间上互相垂直却又通过各自对应的半截转子构成闭合磁路，互不干扰。两定子绕组通以相位差为90°的正弦交流电。因它们的磁路是分开的，不在一个平面上，不会合成旋转磁场。但垂直穿过转子的磁通量的变化会在转子水平导电环内产生感应电流;水平穿过转子的磁通变化会在转子垂直导电环内产生感应电流。这两个感应电流分别流经对方磁场时，在对方磁场作用下会产生使转子旋转的机械力矩。可以证明只要通过这两个定子绕组的电流相位差为90°，则整个周期内都产生相同方向的旋转力矩。由于这两截定子共用一个转子，所以对这两定子绕组来说，负载性质是完全相同的。只要供给这两个定子绕组的电压是相位差为90°的正弦交流电压就可满足要求。

将其中任一定子绕组反接，则转子旋转方向也跟着反转。而改变供电电压大小就可改变电动机转速。下面用数学方法推导两定子产生的主磁通最大值Φ_m相等时，这种电动机的机械特性方程式：设垂直主磁通为：φ_┴＝φ_msinωt，水平主磁通为：φ_─＝φ_msin（ωt-π/2）＝-φ_mcosωt。则转子水平导电环内感应电压为：

U_─＝-dφ_┴/dt＝-ωφ_mcosωt

转子垂直导电环内感应电压为：（考虑到此极位置后）

U_┴＝-（-dφ_─/dt）＝ωφ_msinωt

水平导电环转动后所生反电势为：

e_─＝2B_─LV＝2φ_─/[（πD/4）L].L.（πDn/60）

＝-（2n/15）φ_mcosωt

垂直导电环转动后所生反电势为：

e_┴＝2B_┴LV＝（2n/15）φ_msinωt

水平导电环内电流为：（设导电环阻抗为R）

i_─＝（U_─-e_─）/R

＝-（ω-2n/15）φ_mcosωt/R

垂直导电环内电流为：

i_┴＝（U_┴-e_┴）/R

＝（ω-2n/15）φ_msinωt/R

而转矩：

M＝（F_┴+F_─）D＝（B_┴Li_┴D+B_─Li_─D）

＝[4φ²_m/（πR）]（ω-2n/15）（sin²ωt+cos²ωt）

＝[4ωφ²_m/（πR）]-[8φ²_m/（15πR）]n

故：n＝7.5ω-[15πR/（8φ²_m）]M（机械特性方程）