CN1601870A

CN1601870A - 单相变压器式异步电动机

Info

Publication number: CN1601870A
Application number: CN 200410051802
Authority: CN
Inventors: 陈章泰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-11
Filing date: 2004-10-11
Publication date: 2005-03-30

Abstract

本发明涉及一种单相异步电动机，尤其是一种功率因数及效率高、电能损耗小的单相异步电动机。本发明依据基础物理：感应电流的方向——陈氏定律、电流方向第二定律、感变电动势倍率释放法则，明确了电流的方向规律，在电动机定子组建自体电流回输电路、使感应电流移相180°，与交变原电流同一方向且同步变化，形成交变电磁场上的多米诺效应，以最少的电耗作最大的功，缩减了输入电流。本发明与现有技术相比较可节电50％以上，适用于空调、冰箱、风扇、洗衣机等家用电器作动力源及在一般单相电动工具上应用。在炎热的夏天大量空调、冷柜、电风扇长时间使用时，不致于导致电网超负载运行，对于缓解电力供求紧张大有帮助。

Description

单相变压器式异步电动机

技术领域

本发明涉及一种单相异步电动机，尤其是一种功率因数及效率高、电能损耗小的单相异步电动机。

背景技术

电动机的运转是电——磁——力的能量转换，电动机的转子与定子间必需留下气隙让旋转磁场使转子转动作功，因有磁气隙的存在必然增加电能的损耗，故此电动机的功率因数及效率都比变压器低。单相电动机一般都是小容量，而电动机的定子、转子间的气隙都一定，电动机的容量越小，其效率就越低。在工农业生产及家用电器等方面单相电动机的应用很广泛，点点滴滴的水珠可汇成江河，众多小容量的电动机的应用，其总耗电量不可忽视。随着科学技术的进步、人们生活质量的提高，在炎热的夏天众多空调、冷柜、电风扇的长时间使用，导致电网的超负载运行，使电力供求紧张，迫使部分城市采取分区停电的措施，因此单相电动机的节电也是燃眉之急。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单相变压器式异步电动机，以提高目前单相异步电动机的功率因数及效率、降低电能损耗。

为达到上述目的本发明采用如下技术发案：单相变压器式异步电动机的定子绕组由输入绕组、感应绕组、辅助绕组三组绕组构成，感应绕组、辅助绕组及外接电容构成闭合电路，感应绕组、辅助绕组及外接电容形成闭合电路使感应电流移相180°与输入绕组电流同一方向且同步变化，其产生的磁场效应，替代了输入绕组作功，缩减了输入电流。

本发明所述电动机的隐极定子铁芯分深、浅槽，按电动机定子铁芯所需槽数、极数、嵌线形式分布规律设置。

本发明所述电动机的输入绕组、感应绕组嵌于同一深槽内，辅助绕组嵌于浅槽，其感应绕组与电容及辅助绕组形成闭合回路、电流方向与输入绕组电流方向同一，且同步变化。

本发明所述电动机的感应绕组与电容及双向二极管组成闭合回路。

本发明所述异步电动机与设置自体电流回输电路的电源变压器相连接。

本发明与现有技术相比，在输入绕组和辅助绕组之间加入了感应绕组，使感应电流移相180°与输入绕组电流同一方向且同步变化，其产生的磁场效应，替代了输入绕组作功，缩减了输入电流，从而三绕组的同一方向能量传递，形成交变电磁场上的多米诺效应以最少的电耗作最大的功。在炎热的夏天大量空调、冷柜、电风扇长时间使用时，不致于导致电网超负载运行，对于缓解电力供求紧张大有帮助。

附图说明

图1(a)(b)是本发明变压器式异步电动机(凸极定子铁芯)原理及实施图。

图2(a)(b)是本发明变压器式异步电动机(隐极定子铁芯)原理图。

图3(a)是本发明变压器式异步电动机二极24槽单层链式绕组的实施展开图。

图3(b)为定子深、浅槽按图3(a)绕组形式分布的实施图。

图4(a)是本发明变压器式异步电动机二极24槽，辅助绕组起动、感应绕组运行的实施展开图。

图4(b)为定子深、浅槽按图4(a)绕组形式分布的实施图。

图5(a)是本发明的变压器式异步电动机四极24槽单层交叉式绕组的实施展开图。

图5(b)为定子深、浅槽按图5(a)绕组形式分布的实施图。

图6(a)是本发明变压器式异步电动机四极24槽的单层链式绕组实施展开图。

图6(b)为定子深、浅槽按图6(a)绕组形式分布实施图。

图7(a)(b)是常规16极48槽洗衣机电动机绕组分布嵌线展开示意图。

图8(a)(b)是在16极48槽洗衣机电动机定子绕组上加绕感应绕组，改变原绕组功能的实验展开示意图。

图9是由带有自体电流回输电路的电源变压器为供电电源与二台以上变压器式电动机组合应用的示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1(a)(b)所示为变压器式异步电动机的定子(凸极式铁芯)的原理及实施图，图上A、A′分别是输入绕组两端；B、B′分别为感应绕组两端；D为短路环(罩极绕组)，C为电容，E为双向二级管，箭头表示通过凸极两绕组导线的电流方向。图1(a)为6极电动机定子，有6个凸极；图1(b)为2极电动机定子，有2个凸极。每个凸极相当一台变压器有初、次级绕组，电动机定子输入绕组为各凸级的初级绕组串连，感应绕组为各凸极的次级绕组串连。感应绕组B、B′端与电容C、双向二极管E串接成一闭合回路。在电容C、双向二级管E作用下(可不用双向二极管、感应电流移相90°)，感应电流移相180°与输入绕组电流在同一时间内同一方向、同步变化，从而感应电流产生的磁场效应替代了输入电流作功，缩减了输入电流。

图2(a)(b)为变压器式异步电动机的定子(隐极式铁芯)的原理图。图2(a)为2极电动机的定子，图2(b)为4极电动机的定子。图上A、A′是输入绕组两端；B、B′是感应绕组两端；D、D′是辅助绕组两端。感应绕组、辅助绕组(电感)、电容C串接成一闭合回路(自体电流回输电路)，从而感应电流移相180°与输入电流在同一时间内、同一方向、同步变化。三绕组的电流同一方向的传递，形成了交变电磁场上的多米诺效应，以最少的电耗作最大的功。

变压器式异步电动机的定子绕组比同类电动机定子绕组多一组感应绕组；感应绕组、输入绕组电流方向同一，也同一电位嵌于同一深槽，故可用两根导线并列绕成两绕组。

互换辅助绕组两端与感应绕组串接就可改变电动机的旋转方向。

在不设辅助绕组槽的定子上，可按输入绕组分布形式嵌匝数少的辅助绕组按规律部份嵌在输入绕组、感应绕组的上面并与感应绕组串接与电容形成一闭合电路。其作用就如凸极定子上的罩极绕组，改变磁极的磁势波形，使电动机起动及运行。

在无辅助绕组(电感)的感性电流闭合回路里，双向二极管的应用可按设计要求决定是否采用(要求感应电流移相180°就采用；要求感应电流移相90°就不采用)。

在不设辅助绕组的定子上，输入绕组、感应绕组在相邻槽间布线的匝数不等，从而相邻槽同方向的磁极有强、弱磁位差及电容产生的电流相位差(感应电流移相90°)产生旋转磁场使电动机起动及运转，如应用于36槽18极吊扇上。

单相变压器式异步电动机定子槽数、极数、绕组型式多种多样，现以24槽定子为实施实例进行说明。

图3(a)是常规2极24槽电容运转单层链式绕组，在其主绕组下加绕输入绕组的展开图。图上A、A′是输入绕组两端；B、B′为感应绕组两端；D、D′为辅助绕组两端；B′与D′连接；B、D在电容C两端连接成一闭合电路。图3(b)为按图3(a)绕组形式而设的定子槽，为6深槽组、6浅槽组分隔分布，输入绕组及感应绕组嵌深槽，辅助绕组嵌浅槽。

图4(a)是常规2极24槽电容起动单层链式绕组，在其主绕组下加绕输入绕组的展开图。图上A、A′是输入绕组两端；B、B′为感应绕组两端；D、D′为辅助绕组两端；C为电容、K为开关、E为双向二极管；B′与D′连接也连接双向二极管E一端，D通过开关K与电容C及B形成感应绕组串辅助绕组、电容的闭合电路。电动机起动后，开关K离开D接向双向二极管另一端，从而形成感应绕组、电容、双向二极管的闭合电路(可不用双向二极管)。图4(b)为按图4(a)绕组形式而设置的定子槽为4深槽组、4浅槽组间隔分布。

图5(a)是常规4极24槽电容运转单层交叉式绕组，在其主绕组下加绕输入绕组的展开图。图上A、A′是输入绕组两端；B、B′为感应绕组两端；D、D′为辅助绕组两端；C为电容。B′与D′连接，B串电容C连接D，从而感应绕组、辅助绕组、电容形成一闭合电路。图5(b)为按图5(a)绕组形式而设的定子槽，为3深槽组、3浅槽组分隔分布。

图6(a)是在常规4极24槽电容起动单层链式绕组、在其主绕组下加绕输入绕组的展开图。图上A、A′为输入绕组两端，B、B′为感应绕组两端；D、D′为辅助绕组两端；C为电容、K为开关、E为双向二极管。

A′连接D′也连接E一端。开关扳向D就形成感应绕组、辅助绕组(电感)、电容C组建的闭合电路供电动机的起动；开关扳向接双向二极管，就形成感应绕组、电容、双向二极管组建的闭合电路(可不用双向二极管，从而感应电流移相90°)，供电动机起动后运行。图6(b)是按图6(a)绕组形式设置的定子槽，为4深槽组、2浅槽组分隔分布。

功率68瓦、4极单相变压器式异步电动机的实验及数据：因条件所限，采用常规的24槽定子铁芯，嵌线形式按图6(a)的24槽单层链式绕组；用2根0.21漆包线并列绕制输入绕组、感应绕组，用单根0.21漆包线绕辅助绕组，并列导线中任选一根为输入绕组，另一根为感应绕组并串接辅助绕组与外接电容构成一闭合电路。在闭合回路中接一交流电流表；输入绕组串一交流电流表接220V交流电源。闭合电源开关、电动机转动，当电容为2μF时，输入绕组起动电流为400mA、运行电流为180mA、感应绕组电流为130mA；当电容为3μF时，输入绕组起动电流为370mA，运行电流为120mA，感应绕组电流为200mA；把闭合电路断开，输入绕组电流为310mA，感应绕组空载电压为215V，把辅助绕组断开只应用电容与感应绕组形成闭合回路。当电容为2μF时，输入绕组电流为200mA、感应绕组电流为110mA；当电容为3μF时，输入绕组电流为140mA、感应绕组电流为170mA(加双向二极管入闭合电路内，两绕组电流数字不起变化)。输入电流与感应电流呈反比关系，从而68瓦功率的电动机，输入功率只需31瓦，节省电度50％以上。把辅助绕组两端互换与感应绕组串接，电动机就向相反方向旋转。

图7(a)(b)是常规16极48槽洗衣机电动机绕组分布嵌线展开示意图。图中线圈下的数字，表示线圈所属的组别，“+”符号表示电流从上到下通过各线圈导线的方向；“-”符号表示电流从下到上通过各线圈导线的方向；A、A′为第1线圈组两端；B、B′为第3线圈组两端；D、D′为第2线圈组两端。外接电容接B、D端，A′、B′、D′端连结在一起，电源接A、B端输入时，箭头表示线端的电流方向如图7(a)所示；电源接A、D端输入时，如图7(b)所示，箭头表示各线端的电流方向。D、B端互换接电源同一端，从而使电动机逆向反时针方向转动。

图8(a)(b)是48槽2、6极两转速洗衣机电动机拆掉2极绕组加绕感应绕组更改为6极变压式电动机的示意图。如图7(a)，在其绕组尾端把第一绕组连接端拆开成独立绕组，作为辅助绕组、其出线端为D、D′；把2、3绕组作为输入绕组，其出线端为A、A′；在输入绕组上面同槽加绕并列于输入绕组的感应绕组，其出线端为B、B′。出线端A、A′接电源、D与B′连接、B串电容C连接D′从而辅助绕组、感应绕组、电容形成一闭合回路，见图8(a)。图8(b)为出线端A、A′接电源、D′与B′连接、B串电容C连接D；形成一闭合回路，改变了电动机旋转的方向，图上线圈下的数字表示线圈所属的组别，“+”符号表示电流从上到下通过各线圈的方向，“-”符号表示电流从下到上通过各线圈的方向、箭头表示各线端的电流方向。原电动机的铭牌标注6极输入电流为2.2A，外接电容为20/18μF。改造后，输入电流为1.1A、外接电容为6μF，感应电流为240mA。

图9为装置有自体电流回输电路的电源变压器作供电电源与多台变压器式异步电动机组合应用的示意图(如柜式空调)。图上M为带有自体电流回输电路的电源变压器、A、B点为电源输出点。1、为变压器式散热风扇电动机；2为清新空气送风、送香用变压器式电动机；3、为制冷压缩机用变压器式电动机；4、其它用电设置如灯光等都由A、B点的供电电路供电。在感变电动势倍率释放法则下，出现回感效应：甲线圈的电流通过磁场使乙线圈产生感应电动势，乙线圈的电流产生的磁力线在同一磁路上使甲线圈产生一个回感电动势。变压器式异步电动机产生的与供电电源同一方向的电动势的回感作用，犹如在供电电路上并列多台微型发电机，使部分电能循环使用，从而更省电。

本发明依据1、感应电流的方向——陈氏定律：感应电流的方向与原电流是同一方向流动的，感应电流滞后原电流180°，其形成的磁场，促使交变原电流按正比率跟随其变化，进行电能的传递及转换。2、第二定律：电流方向：电流从零开始，也从零终结，从始至终的过程、电流方向具同一性。磁力线从零开始，也从零闭合，从始至终的过程、感生的电动势、方向具同一性。3、双拳螺旋定则：大拇指平放于弯曲的四指上方，指向物体运动的方向，弯曲四指所指的方向，就是感应电流的方向。4、感变电动势倍率释放法则：同一磁力线上，可感生多个感生电动势。任一感生电动势形成回路，都可感应出多个感生电流。以上发现的论证及证明见自体电流回输电路专利申请说明书(专利申请号：200410027876.1)。

如上所述，理顺了电流的各种规律及方向，设计了输入绕组、感应绕组、辅助绕组三组绕组为单相变压器式异步电动机的定子绕组。感应绕组、辅助绕组(电感)及外接电容形成闭合电路使感应电流移相180°与输入绕组电流同一方向且同步变化，其产生的磁场效应，替代了输入绕组作功，缩减了输入电流，从而三绕组的同一方向能量传递，形成交变电磁场上的多米诺效应以最少的电耗作最大的功。

电动机的隐极定予槽的设计：分深、浅槽按电动机定子铁芯所需槽数、极数、嵌线形式的分布规律而设置；输入绕组、感应绕组嵌于同一深槽内，辅助绕组嵌于浅槽，从而减低了定子铁芯的磁饱和程度及增大磁极铁芯的截面积，能减少输入绕组的匝数并节省铜材。

应用二台以上变压器式异步电动机作动力源的产品(如空调机)配壹台装置有自体电流回输电路的电源变压器作为产品的供电源，运行中的变压器式异步电动机在感变电动势倍率释放的自然法则下，产生回感与电源同一方向的电动势于电源变压器的供电线路上，使多米诺效应产生的回感同一方向的电动势的发电机效应的能量更充分得到发挥，更进一步节电。

以最小的能量作最大的功的多米诺游戏形成的必要条件是：必须是能量的同一方向的传递。感应电流与交变原电流在同一时间内，同一方向传递，就形成了交变电磁场上的多米诺效应。

Claims

1.一种单相变压器式异步电动机，其特征在于：所述电动机的定子绕组由输入绕组、感应绕组、辅助绕组三组绕组构成，感应绕组、辅助绕组及外接电容构成闭合电路，感应绕组、辅助绕组及外接电容形成闭合电路使感应电流移相180°与输入绕组电流同一方向且同步变化，其产生的磁场效应，替代了输入绕组作功，缩减了输入电流。

2.根据权利要求1所述的单相变压器式异步电动机，其特征在于：所述电动机的隐极定子铁芯分深、浅槽，按电动机定子铁芯所需槽数、极数、嵌线形式分布规律设置。

3.根据权利要求1或2所述的单相变压器式异步电动机，其特征在于：所述电动机的输入绕组、感应绕组嵌于同一深槽内，辅助绕组嵌于浅槽，其感应绕组与电容及辅助绕组形成闭合回路、电流方向与输入绕组电流方向同一，且同步变化。

4.根据权利要求3所述的单相变压器式异步电动机，其特征在于：所述电动机的感应绕组与电容及双向二极管组成闭合回路。

5.根据权利要求1或2所述的单相变压器式异步电动机，其特征在于：所述异步电动机与设置自体电流回输电路的电源变压器相连接。