CN1066157A

CN1066157A - 双向旋转式交流调速电动机

Info

Publication number: CN1066157A
Application number: CN91106680A
Authority: CN
Inventors: 罗良才; 罗忠民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 1992-11-11

Abstract

本发明公开了一种双向旋转式交流调速电动机，它的定、转子和单速同步或异步电动机一样，只是定、转子可绕同一轴线旋转。采用另一台双向旋转式交流调速电动机、伺服电动机等其他调速电机或者机械有级、无级调速装置来调节电机非输出轴旋转体的转速、以控制电机气隙磁场的空间转速，实现电机输出转速的有级或无级调节。它具有调速范围宽等优点。

Description

本发明涉及一种机械工业产品，特别是一种双向旋转式交流调速电动机。

目前工业部门使用的交流调速电动机主要有变频调速电动机，串激调速电动机，滑差调速电动机以及交流整流子电动机等几种。这些电机的调速特性，运行性能，结构形式差异很大，总的来说，均存在制造成本高，结构复杂，使用维护技术难度大等不足，其中变频调速和串激调速电机还对电网造成污染。

本发明的目的是提供一种结构简单，造价低廉，使用维护简便。且比现在调速电机的运行效率高，调速范围宽的双向旋转式交流调速电动机。

本发明是这样完成的，它的基本结构和普通单速电机一样，可以采用异步电动机结构，称为双向旋转式交流调速异步电动机，也可采用同步电动机结构，称为双向旋转式交流调速同步电动机。它主要由定子（包括定子铁芯和绕组）、转子（包括转子铁芯和绕组）、转轴、机壳、端盖、轴承等部件构成，但定子和转子可绕同一轴线旋转。这里定义，所嵌绕组为与交流电网相联，直接进行能量交换的交流绕组的旋转体为定子;所嵌绕组为励磁绕组（双向旋转式交流调速同步电动机）或与电网无直接联接的感应绕组（双向旋转式交流调速异步电动机）的旋转体为转子。定子可安装在转轴上，称反装式;也可安装在机壳内，称顺装式。电机的二个端盖与机壳用止口定位，与安装在机壳内的定子（顺装式）或转子（反装式）紧固连接成一个整体，绕轴线旋转，称非输出轴旋转体。与普通单速电机不同的是本发明有二对轴承及相应的轴承座，以使定、转子均能旋转，此外还有电刷、滑环、底板以及附加调速装置等部件。电刷、滑环用来将定子绕组与电网相联，因此滑环必须安装在定子所在的旋转体上，连同定子一同旋转，电刷则安装在与底板紧固连接的刷架上。附加调速装置可采用多种不同形式，根据所用附加调速装置不同，本发明具有四类不同的调速模式，但其调速原理都是一样的，即通过附加调速装置调节电机的非输出轴旋转体的转速，使从空间观察到的电机气隙旋转磁场的转速改变，从而控制电机转轴的输出转速。拿顺装式电机来说，若定子静止，三相交流绕组产生的气隙旋转磁场在空间的转速n₀等于在定子上观察到的磁场同步转速n₁，即

n₀＝n₁＝ (60f)/(p) ①

式中f-电源频率，p-磁场极对数。

当附加调速装置使定子以某一转速n₂旋转时，若n₂的方向与n₁的方向一致，则气隙旋转磁场在空间的转速

n₀＝n₁+n₂; ②

若n₂与n₁反向，则

n₀＝n₁-n₂。 ③

对同步电动机，其转子的转速n与气隙磁场的转速相同，即

n＝n₀＝n₁±n₂; ④

对异步电动机，其转子转速n略小于气隙磁场的转速，即

n＝（1-s）n₀＝（1-s）（n₁±n₂） ⑤

式中S= (n_O-n)/(n_O) -转差率。

从式④和⑤可以看到，当定子转速和转向改变时，电机的转速将随之改变。下面详细介绍四种不同的调速模式。

第一类是机械有级调速模式，它取机械有级变速装置为附加调速装置。第二类是机械无级调速模式，它取机械无级调速装置为附加调速装置。这两类电机的附加调速装置与电机的定子和转子均通过机械传动部件进行机械连接，安装时应保证非输出轴旋转体的电磁力矩通过附加调速装置传递到输出转轴时方向改变，且定、转子的转速比取决于装置的传动比。因为电机定、转子间的电磁力方向相反，只有力矩通过附加调速装置传递时方向改变，才能保证定、转子的电磁力矩在转轴上的作用方向相同，共同拖动负载。改变附加调速装置的传动比，也就改变了与之相连的定、转子的转速比，电机气隙旋转磁场的空间转速及轴的输出转速也随之改变。但这两类模式的电机，只能在电机的同步转速以下调节。

第三类是外电机调速模式，它取其他类型的调速电机（如直流电动机、伺服电动机、变频调速电动机等等，统称外电机。）为附加调速装置，安装时，该装置仅与电机的非输出轴旋转体之间通过机械传动部件保持机械连接，使电机的非输出轴旋转体的转速和转向取决于外电机的转速和转向。当外电机驱动电机非输出轴旋转体旋转时，若转向与气隙磁场转向相同，则电机转速在同步速以上调节;当转向相反时，电机在同步转速以下调节。

第四类是组合调速模式，它可取本发明所提供的各类调速模式的双向旋转式交流调速电动机中的任一类为附加调速装置，简称附加电机。附加电机的输出轴可与主电机的非输出轴旋转体间通过机械传动部件保持机械连接，也可将附加电机与主电机作成一个整体，只要保证主电机的非输出轴旋转体的转向和转速取决于附加电机的输出轴的转向和转速便可。当附加电机控制主电机的非输出轴旋转体旋转时，若转向与气隙磁场的空间转向相同，主电机的输出转速在同步速以上调节，附加电机运行在电动机状态，与主电机一起拖动负载运行;若转向相反，主电机的转速在同步速以下调节，附加电机运行在发电机状态，从电网进入出电机的能量有一部分通过附加电机反馈给电网。

以上所述附加调速装置与电机间通过机械传动部件进行机械连接，是指二者之间能传递旋转运动和力矩的机械连接，包括齿轮啮合，皮带和皮带轮传动，蜗轮蜗杆传动，螺旋传动等等。

本发明的结构型式，防护等级可根据需要注意设计，当需要安装风扇时，为解决低速下的散热问题，可在定、转子上均安装风扇，转速变化时，总风量近似不变。

本发明的优点是所提供的双向旋转式交流调速电动机运行可靠，造价低廉，运行效率高，调速范围广，使用维护方便，既可作成同步电动机，也可作成异步电动机，且不受容量限制，大、中、小型电机均可制造。

由于本发明主电机部分，结构与普通单速交流电机基本相同，只增加了附加调速装置，因此制造成本不高。对（一）、（二）类调速电机，附加调速装置只传递非输出轴旋转体传到输出轴上的功率，而这部分功率最大时仅占电机额定功率的10%（带风机、泵类变转矩负载）或25%（恒转矩负载），可见其造价不会很高。电机运行时，非输出轴旋转体的电磁力通过附加调速装置传递到输出轴上，除附加调速装置的损耗外，未增加其他损耗，可见其运行效率较高。对（三）类调速模式的电机，当转速在同步速以上调节时，外电机输出力矩与主电机电磁力矩一起，驱动负载，传动效率很高，当电机运行在同步速以下时，外电机的输出力矩用来克服主电机非输出轴旋转体的电磁力矩，因此损耗较大。此时可采用具有自锁能力的蜗轮蜗杆，那么外电机的容量只需主电机额定容量的1%左右，显然损耗可以减小很多，但由于主电机非输出轴旋转体的电磁力未得到有效利用，故效率仍低于（一）、（二）类调速模式的电机，一般而言，这种电机只适应于小功率电机的制造。对（四）类调速模式的电机，由于附加调速装置也是双向旋转式交流调速电机，故具有特别重要的意义。当主电机运行在同步速以上时，附加电机和主电机共同驱动负载;当主电机运行在同步速以下时，附加电机运行在发电机状态，将进入主电机的能量反馈一部分给电网，可知运行效率很高。当附加电动机和主电机极对数相同时，主电机转速可在二倍同步速，甚至更高转速以下调节，调速范围是很宽的。对风机、泵类变转矩负载，当只要求主电机在同步速以下调节时，附加电机的容量只须主电机的10.5%左右，那么，附加电机的附加调速装置的容量只占主机的1%左右，也就是说，用1KW的无级调速装置，可控制100KW左右的电机调速，必要时，还可以作得更小，可见是十分经济的。对恒转矩负载，当要求主电机在二倍同步速以下调节时，附加电机的容量与主电机相同，但此时，主电机的最大输出轴功率为主电机额定功率的二倍，这一点对制造大功率的电机特别有利。例如要制造一台1000KW，转速在3000转/分以下可调的电机，可将主电机和附加电机均作成500KW的四极电机。对恒功率负载，当要求主电机转速在二倍同步速以下，同步转速以上调节时，附加电动机的容量只占主电机的50%，主电机输出轴的最大输出功率为主电机和附加电机额定容量的和。

下面结合附图描述本发明的最佳实施例。

附图一为采用机械无级调速模式的双向旋转式交流无级调速异步电动机的剖面结构示意图。附图二是附加调速装置与主电机间的机动示意图。

参照附图一，定子①安装在转轴②上，为反装式电机。转子③为鼠笼型铸铝结构，安装在机壳④内，机壳④二端通过止口定位与前、后端盖⑤和⑥紧固连接，二个端盖⑤和⑥上各有一个与转轴②同心的空心园柱体⑦和⑧，转轴②从这二个空心园柱体⑦和⑧中穿过，且与其内侧间有一间隙，以免转轴②旋转时触及二空心园柱体⑦和⑧，定子轴承⑨安装在转轴②二端，转子轴承⑩分别安装在空心园柱体⑦和⑧上，定子轴承⑨和转子轴承⑩放在与底板(11)紧固连接的轴承座(12)内，以使定、转子均可绕同一轴线旋转。转轴②一端安装有三个滑环(13)和一个平皮轮(14)，滑环(13)和定子三相绕组(15)联接，通过电刷(16)与外电网相联，电刷(16)安装在刷架(17)上，刷架(17)固定在轴承座(12)上，在转轴②的轴伸端装有定子风扇(18)，转子风扇(19)装在空心园柱体⑧上，空心园柱体⑦上则装有一个三角皮带轮(20)，外罩(21)固定在底板(11)上，风罩(22)安装在外罩(21)上。附加调速装置采用宽三角带无级调速装置(23)参见附图二，其输入轴(24)上安装三角皮带轮(25)，通过三角皮带(28)与电机转子上的三角皮带轮(20)相连;输出轴(26)上装平皮带轮(27)，通过平皮带(29)与转轴上的平皮带轮(14)相连（交叉传动），使转子电磁力矩在转轴上的作用方向与定子电磁力矩相同。如图中箭头所示，图中M₁为定子力矩，M₂为转子力矩，M′₂为经调速装置传递到转轴的力矩。连续调节宽三角带无级调速装置的传动比，定、转子转速随之改变，输出转速得到调节。

本发明所提供的双向旋转式交流调速电动机，其基本结构与普通单速电机相同，调速装置传递的功率较小，既可自行设计制造，也可选用定型产品，因此，生产本发明所提供的产品，不需新设备，新工艺，一般电机制造厂均可上马。它的问世，为人们提供了一种价格低，运行可靠，调速范围宽的交流调速电动机。

Claims

1、一种双向旋转式交流调速电动机，其定子和转子的结构与普通单速同步电动机或异步电动机相同，但定、转子均可绕同一轴线旋转，其特征是在定、转子之间或非输出轴旋转体上安装有附加调速装置，通过附加调速装置调节非输出轴旋转体的转速，使电机气隙旋转磁场在空间转速改变，来控制电机的输出转速，根据附加调速装置不同，可具有四类不同的调速模式(一)类是机械有级调速模式，它取机械有级变速装置为附加调速装置，(二)类是机械无级调速模式，它取机械无级调速装置为附加调速装置，这两类电机的附加调速装置与电机的定子和转子均通过机械传动部件进行机械连接，安装时应保证非输出轴旋转体的电磁力矩通过附加调速装置传递到输出转轴时方向改变，且定、转子的转速比取决于装置的传动比，(三)类是外电机调速模式，它取其他类型的调速电机，(如直流电动机、伺服电动机、变频调速电动机等，统称为外电机)为附加调速装置，该装置仅与电机的非输出轴旋转体间通过机械传动部件保持机械连接，安装时，应使电机的非输出轴旋转体的转速和转向取决于外电机的转速和转向，(四)类是组合调速模式，它可取各类调速模式的双向旋转式交流调速电动机中的任一类为附加调速装置，简称为附加电机，附加电机的输出轴可与主电机的非输出轴旋转体间通过机械传动部件保持机械连接，也可将附加电机与主电机作成一个整体，只要保证主电机的非输出轴旋转体的转向和转速取决于附加电机输出轴的转向和转速便可。

2、根据权利要求1所述双向旋转式交流调速电动机，其特征是，定子是指其中嵌放的绕组为与电网进行直接能量交换的交流绕组的旋转体;转子是指其中嵌放励磁绕组（同步电动机）或与电网无直接电的联接的交流绕组（异步电动机）的旋转体，定子安装在输出转轴上的电机称反装式电机;转子安装在输出转轴上的电机称顺装式电机，非输出轴旋转体是指该旋转体上无输出轴直接与负载相连，对反装式电机，指电机转子所在的旋转体;对顺装式电机，指电机定子所在的旋转体。

3、根据权利要求1所述双向旋转式交流调速电动机，其特征是，附加调速装置与电机间通过机械传动部件进行机械连接是指二者之间能传递旋转运动和力矩的机械连接，包括齿轮啮合，皮带和皮带轮传动，蜗轮蜗杆传动，螺旋传动等。

4、根据权利要求1所述双向旋转式交流调速电动机，其特征是电机可为同步电动机，也可为异步电动机，且调速范围可根据需要任意设计。

5、根据权利要求1所述双向旋转式交流调速电动机，其特征是结构型式及防护等级可根据需要设计，必要时可在定、转子上都安装风扇。

6、根据权利要求1所述双向旋转式交流调速电动机，其特征是对反装式电机，定子①可安装在转轴②上，转子③安装在机壳④内，机壳④二端通过止口定位与前、后端盖⑤和⑥紧固连接，端盖⑤和⑥上各有一个与转轴②同心的空心园柱体⑦和⑧，转轴②从这两个空心园柱体⑦和⑧中穿过，且与其内侧间有一间隙，定子轴承⑨安装在转轴②两端，转子轴承⑩分别安装在空心园柱体⑦和⑧上，定子轴承⑨和转子轴承⑩放在与底板（11）紧固连接的轴承座（12）内，转轴②一端安有三个滑环（13）和一个平皮带轮（14），滑环（13）和定子三组绕组（15）相连，通过电刷（16）与电网相联，电刷（16）安装在刷架（17）上，刷架（17）固定在轴承座（12）上，转轴②的轴伸端装有定子风扇（18），转子风扇（19）装在空心园柱体⑧上，空心园柱体⑦上装有一个三角皮带轮（20），外罩（21）固定在底板（11）上，风罩（22）安装在外罩（21）上，附加调速装置采用宽三角带无级调速装置（23），其输入轴（24）上安装三角带轮（25），通过三角皮带（28）与电机转子上的三角皮带轮（20）相连，输出轴（26）上装平皮带轮（27），通过平皮带（29）与转轴上的平皮带轮相连（交叉传动）。