CN100459375C - 混合式感应电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合式感应电动机，包括：定子，其固定地安装在机壳内；感应转子，其可旋转地插入到该定子的中央，并且在该感应转子的中央处具有轴；第一同步转子，其在该定子和该感应转子之间沿该轴的纵向滑动，且可沿该轴的圆周方向自由旋转地安装；以及第二同步转子，其面向该第一同步转子，并在该定子和该感应转子之间沿该轴的纵向滑动，且可沿该轴的圆周方向自由旋转地安装。

Description

混合式感应电动机
技术领域
本发明涉及一种混合式感应电动机(hybrid induction motor)，尤其涉及一种能提高起动功能并易于实现变速旋转的混合式感应电动机。
背景技术
混合式感应电动机指的是永磁体(下文中，将称之为“同步转子”)可自由旋转地安装在定子和感应转子之间以与定子和转子电磁耦合的电动机。
图1为示出根据传统技术的混合式感应电动机的纵向剖视图，图2为沿图1中I-I线的剖视图。
如图所示，在传统的混合式感应电动机10中，在机壳10a的内侧固定地设置有定子11，并且在定子11的内侧以预定气隙可旋转地设置有同步转子14。在同步转子14的内侧以预定气隙可旋转地设置有感应转子13。此外，用于向外输出感应转子13的旋转力的转轴15压配合到感应转子13的中央。
定子11由叠片硅钢制成，并且在定子11的内圆周表面上形成有多个狭槽16a，其用于缠绕产生旋转磁场的驱动线圈16。
同步转子14包括：磁体部14a，其可在定子11和感应转子13之间自由旋转；磁体支撑部14b，其用于支撑磁体部14a；以及轴承部14c，其用于支撑磁体支撑部14b，以使转轴15自由地旋转。
感应转子13形成为鼠笼式转子，其包括：多个通孔13a，其以预定间隔形成在叠片硅钢上；导电杆13b，其插入到各通孔13a中；以及端环13c，其形成在各导电杆13b的两端。未说明的附图标记15a表示轴承。
下面将说明传统混合式感应电动机的运行。
一旦在连续地将第一电流施加到定子11的驱动线圈16上而形成旋转磁场，该旋转磁场就使同步转子14同步运行，从而以同步速度进行旋转。由同步转子14的磁体部14a产生的磁通用作感应转子13的旋转磁场，以使感应转子13在同步转子14滑动的同时进行旋转。
在此，连接于感应转子13的转轴15与感应转子13一起旋转，由此将旋转力传送至诸如风扇之类的其它部件。
然而，在传统混合式感应电动机10中，在感应转子和同步转子之间的气隙中的磁通密度几乎不变的状态下，采用单个同步转子。因此，同步转子14的起动扭矩不足，由此在最初驱动该感应电动机时将不得不给驱动线圈16施加大的电流。
此外，即使改变施加到驱动线圈16上的电压，该气隙中的磁通密度的变化量也较小，由此难以改变感应电动机的速度。因此，降低了该电动机的效率且该电动机的功能受到了限制。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种混合式感应电动机，其能降低起动同步转子所需的起动电流并由此提高该电动机的效率。
本发明的另一目的在于提供一种混合式感应电动机，其易于改变感应转子的转速。
为了达到这些和其他优点并根据本发明的意图，正如在此具体实施并广泛说明的，本发明提供一种混合式感应电动机，包括：定子，其固定地安装在机壳内；感应转子，其可旋转地插入到该定子的中央，并且在该感应转子的中央处具有轴；第一同步转子，其在该定子和该感应转子之间沿该轴的纵向滑动，并可沿该轴的圆周方向自由旋转地安装；以及第二同步转子，其面向该第一同步转子，并在该定子和该感应转子之间沿该轴的纵向滑动，且可沿该轴的圆周方向自由旋转地安装。
该第一同步转子包括：第一支撑部，轴可旋转地连接到其中央；第一磁体部，其沿圆周方向连接到该第一支撑部的端部，并且通过该定子的旋转磁场旋转，以旋转该感应转子；以及第一轴承部，其设置在该第一支撑部的中央，以插入该轴。
该第二同步转子包括：第二支撑部，轴可旋转地连接到其中央；第二磁体部，其沿圆周方向连接到该第二支撑部的端部，并且通过该定子的旋转磁场旋转，以旋转该感应转子；以及第二轴承部，其设置在该第二支撑部的中央，以插入该轴。
该第一轴承部为无油轴承，该第一支撑部为非磁性物质；该第二轴承部为无油轴承，并且该第二支撑部为非磁性物质。
该第一支撑部和该第一磁体部一体形成，并且该第二支撑部和该第二磁体部一体形成。
该第一磁体部沿轴纵向的长度比该第二磁体部沿轴纵向的长度相对更长。
该第一同步转子的第一磁体部和该第二同步转子的第二磁体部可通过中间体(intermediate)使它们之间保持预定间隔，或者该第一磁体部的端部和该第二磁体部的端部可彼此接触。
从本发明以下结合附图的详细说明中，本发明的前述和其它目的、特征、方案和优点将变得更加清楚。
附图说明
所包含的附图用于进一步理解本发明，其并入到本说明书中并构成本说明书的一部分，所述附图示出了本发明的实施例，并与文字描述一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1为示出根据传统技术的混合式感应电动机的纵向剖视图；
图2为沿图1中I-I线的剖视图；
图3为示出根据本发明第一实施例的混合式感应电动机的纵向剖视图；
图4为沿图3中II-II线的剖视图；
图5为示出在根据本发明第一实施例的混合式感应电动机中的同步转子和感应转子的立体图；
图6至图8为示出根据本发明第一实施例的混合式感应电动机在起动和变速时第一同步转子和第二同步转子各自位置的示意图；以及
图9为示出根据本发明另一实施例的混合式感应电动机的纵向剖视图。
具体实施方式
现将详细说明本发明的优选实施例，其实例在附图中示出。
下面将参照附图来解释根据本发明的混合式感应电动机。
图3为示出根据本发明第一实施例的混合式感应电动机的纵向剖视图，图4为沿图3中II-II线的剖视图，图5为示出在根据本发明第一实施例的混合式感应电动机中的同步转子和感应转子的立体图，图6至图8为示出根据本发明第一实施例的混合式感应电动机在起动和变速时第一同步转子和第二同步转子各自位置的示意图，以及图9为示出根据本发明另一实施例的混合式感应电动机的纵向剖视图。
如图所示，根据本发明第一实施例的混合式感应电动机100包括：定子110，其固定地安装在机壳110a内；感应转子120，其可旋转地插入到该定子110的中央，并且在感应转子120的中央具有轴121；第一同步转子130，其在定子110和感应转子120之间沿轴121的纵向滑动，并且可沿轴121的圆周方向自由旋转地安装；以及第二同步转子140，其面向第一同步转子130，并在定子110和感应转子120之间沿轴121的纵向滑动，且可沿轴121的圆周方向自由旋转地安装。
在定子110的一侧形成有线圈缠绕部116，其用于缠绕定子110的驱动线圈111，以使定子110能够具有N极或S极的极性。
在感应转子120的中央形成有用于插入轴121的孔123；并且在感应转子120的外周部沿圆周方向等间隔地形成有多个导孔(conductive holes)124。在导孔124中安装有导电杆125。
导电杆125由模铸成型，并且由铝或铜制成。在导电杆125的端部形成有由铝制成的端环125a。
第一同步转子130包括：第一支撑部131，轴121可旋转地连接到其中央；第一磁体部133，其为圆筒形状，且沿圆周方向连接到第一支撑部131的端部，由此通过定子110的旋转磁场而旋转，以旋转感应转子120；以及第一轴承部135，其设置在第一支撑部131的中央，以插入轴121。
第二同步转子140包括：第二支撑部141，轴121可旋转地连接到其中央；第二磁体部143，其为圆筒形状，且沿圆周方向连接到第二支撑部141的端部，由此通过定子110的旋转磁场而旋转，以旋转感应转子120；以及第二轴承部145，其设置在第二支撑部141的中央，以插入轴121。
第一磁体部133和第二磁体部143分别构造成具有多个极。第一磁体部133和第二磁体部143分别沿径向安装。在第一磁体部133和第二磁体部143上沿它们各自的圆周方向交替地形成N极和S极。
第一磁体部133沿轴121纵向的长度比第二磁体部143沿轴121纵向的长度相对更长。
第一支撑部131和第一磁体部133通过模制一体成型，并且第二支撑部141和第二磁体部143通过模制一体成型。
优选地，第一轴承部135和第二轴承部145分别由无油轴承制成，以使轴121可以平稳地旋转。
第一磁体部133的端部133a和第二磁体部143的端部143a彼此接触。在第一磁体部133的端部133a和第二磁体部143的端部143a彼此接触的状态下，第一同步转子130和第二同步转子140可沿轴121的纵向滑动，并且可沿轴121的圆周方向自由旋转。
在第一同步转子130和定子110之间形成有第一气隙t1，并且在第一同步转子130和感应转子120之间形成有第二气隙t2。
下面，将参照图3至图8来说明根据本发明第一实施例的混合式感应电动机的运行。
一旦在连续地将第一电流施加到定子110的驱动线圈111上而形成旋转磁场，该旋转磁场使第一同步转子130和第二同步转子140同步运行，由此以同步速度进行旋转。
由第一磁体部133和第二磁体部143产生的磁通用作感应转子120的旋转磁场，以使感应转子120在第一磁体部133和第二磁体部143滑动的同时进行旋转。感应转子120的输出通过固定于其上的轴121向外传送。
在使第一同步转子130和第二同步转子140同步运行之前，在除了图6和图7所示状态以外、第一同步转子130和第二同步转子140的各个极可任意地彼此面对的状态下，第一同步转子130和第二同步转子140旋转直到同步速度之前的速度。
当已使第一同步转子130和第二同步转子140同步运行时，施加到驱动线圈111上的电压非常高，由此来自定子110的磁力远远大于第一同步转子130和第二同步转子140不同极之间的吸引力。在这种情况下，如图6和图7所示，第一同步转子130和第二同步转子140以N-N和S-S的状态或N-S和S-N的状态彼此面对，并且以同步速度旋转。在此，在第一同步转子130和第二同步转子140的各个内侧形成的旋转磁场变为最大，由此感应转子120具有最大转速。
相反，当施加到驱动线圈111上的电压较小，由此使来自定子110的磁力不大于第一同步转子130和第二同步转子140不同极之间的吸引力时，如图8所示，第一同步转子130和第二同步转子140在它们的相同极彼此稍重叠的情况下以同步速度旋转。在此，在第一同步转子130和第二同步转子140的各个内侧形成的旋转磁场变弱，并且由此感应转子120具有降低的转速。
在根据本发明第一实施例的混合式感应电动机中，如果在进行从图6到图7的状态转换的同时从驱动线圈111产生的旋转磁场变弱，则第一同步转子130和第二同步转子140将交替地与驱动线圈111的旋转磁场同步运行。因此，第一同步转子130和第二同步转子140的极数增加了大约两倍。结果，在最初驱动该混合式感应电动机时，可大大地降低用于使第一同步转子130和第二同步转子140以同步速度旋转的旋转磁场。在第一同步转子130和第二同步转子140交替地同步运行的过程中，沿轴121的方向可产生振动。然而，可通过控制将在下文中说明的中间体270的轴向长度或第一同步转子130的外伸部(即比定子110更向外暴露的部分)130a的轴向长度来防止振动。
图9为示出根据本发明另一实施例的混合式感应电动机的纵向剖视图。
如图所示，在根据本发明另一实施例的混合式感应电动机200中，第一同步转子230的第一磁体部233和第二同步转子240的第二磁体部243可通过中间体270在它们之间具有预定间隔。优选地，中间体270为非磁性物质。
中间体270的一个表面固定于第一磁体部233的端部233a，并且中间体270的另一个表面与第二磁体部243的端部243a接触。
根据本发明另一实施例的混合式感应电动机的运行与根据本发明第一实施例的混合式电动机的运行相同，所以在此省略其详细说明。
在根据本发明的具有双永磁体结构的混合式感应电动机中，在最初驱动该混合式感应电动机时，起始电流大大地降低，由此可减少噪音并提高该电动机的效率。此外，因为同步转子的磁通将根据所施加的电压的变化而变化，所以该混合式感应电动机的转速可自由地变化，由此该混合式感应电动机可应用到各种产品中。

Claims (10)

1.一种混合式感应电动机，包括：
定子，其固定地安装在机壳内；
感应转子，其可旋转地插入到该定子的中央，并且在该感应转子的中央处具有轴；
第一同步转子，其在该定子和该感应转子之间沿该轴的纵向滑动，并且能够沿该轴的圆周方向自由旋转地安装；以及
第二同步转子，其面向该第一同步转子，并在该定子和该感应转子之间沿该轴的纵向滑动，且能够沿该轴的圆周方向自由旋转地安装。
2.根据权利要求1所述的混合式感应电动机，其中
该第一同步转子包括：
第一支撑部，轴可旋转地连接到该第一支撑部的中央；
第一磁体部，其沿圆周方向连接到该第一支撑部的端部，并且通过该定子的旋转磁场旋转，以旋转该感应转子；以及
第一轴承部，其设置在该第一支撑部的中央，以插入该轴；并且
该第二同步转子包括：
第二支撑部，轴可旋转地连接到该第二支撑部的中央；
第二磁体部，其沿圆周方向连接到该第二支撑部的端部，并且通过该定子的旋转磁场旋转，以旋转该感应转子；以及
第二轴承部，其设置在该第二支撑部的中央，以插入该轴。
3.根据权利要求2所述的混合式感应电动机，其中该第一轴承部为无油轴承，并且该第一支撑部为非磁性物质。
4.根据权利要求2所述的混合式感应电动机，其中该第二轴承部为无油轴承，并且该第二支撑部为非磁性物质。
5.根据权利要求2所述的混合式感应电动机，其中该第一支撑部和该第一磁体部一体形成。
6.根据权利要求2所述的混合式感应电动机，其中该第二支撑部和该第二磁体部一体形成。
7.根据权利要求2所述的混合式感应电动机，其中该第一磁体部沿轴纵向的长度比该第二磁体部沿轴纵向的长度相对更长。
8.根据权利要求2所述的混合式感应电动机，其中该第一磁体部的端部和该第二磁体部的端部彼此接触。
9.根据权利要求2所述的混合式感应电动机，其中该第一同步转子的第一磁体部和该第二同步转子的第二磁体部通过中间体使它们之间保持预定间隔。
10.根据权利要求9所述的混合式感应电动机，其中该中间体为非磁性物质。
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