CN208508752U - 一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机，包括定子铁芯、定子主绕组、定子副绕组、绕有闭环条绕组的转子、启动电容、工作电容和离心开关；定子主绕组和定子副绕组相位互差90°，定子主绕组一端连接火线且另一端连接零线，定子副绕组的一端通过相互并联的启动电容和工作电容连接火线且另一端连接零线，离心开关与启动电容串联。本实用新型可以利用电动机启动后，空置在定子铁芯中的定子副绕组来发电。可以将利用副绕组发电的单相交流异步电动机用于现在的电动汽车上，解决电动汽车跑不远、充电柱难找、电动汽车只能制动时才能回收部分电能等问题。本实用新型还可在55℃‑70℃恒温下工作，性能稳定。

Description

一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机

技术领域

本实用新型属于电机领域，具体涉及一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机。

背景技术

一般按电源性质分为交流电动机和直流电动机两大类，交流电动机又可分为同步电机和异步电动机。无论交流电动机或直流电动机，都是以法拉第电磁感应定律为基础而制成，工作原理是基于定子、转子之间的磁场与电流的相互作用。对发电机而言，是导体旋转切割磁力线或磁场旋转切割导体使绕组感应电动势；对电动机而言，是绕组中的电流与磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转。因此，旋转电动机都具有可逆性，既可以在发电机状态下工作，也可以在电动机状态下工作。

电动机和发电机的基本结构相同，都有定子和转子两大部分，它们主要由铁芯及绕组构成，是电动机和发电机的核心部分，另外还有端盖、轴承、风扇等，以及结构零件、换向器或集电环和电刷装置等换/导流部件。

交流异步电动机的工作原理：通过定子绕组形成旋转磁场，使转子上的闭合绕组在定子的旋转磁场中不停地切割定子磁场，使转子形成一个转子旋转磁场，转子磁场和定子磁场一起带动转子转动。当定子上缠绕的绕组通上交流电后，由于交流电的特性，定子绕组就会产生一个旋转的电磁场；转子上的绕组是一个闭环导体，它处在定子的旋转磁场中就相当于在不停地切割定子的磁感应线，根据法拉第定律，闭合导体的一部分在磁场里做切割磁感应线的运动时，闭合导体中就会产生电流，而这个电流又会形成一个磁场。这样，在电动机中就会有两个电磁场，一个是接通外部交流电后而产生的定子电磁场，另一个是因切割定子电磁场感应线而产生电流后形成的转子电磁场。根据楞次定律，感应电流的磁场总要反抗引起感应电流的原理(因转子绕组切割定子电磁场的磁感应线)，也就是尽力使转子上的导体不切割定子磁场的磁感应线，这样的结果就是：转子上的导体会追赶定子的旋转电磁场，也就是使转子跟着定子旋转电磁场旋转，最终使电动机开始旋转。由于转子总是在追赶定子电磁场的旋转速度，并且为了能够切割磁感应线而产生感应电流，转子的转速总要比定子电磁场的转速慢一点(约为2％-5％)也就是异步运行，所以才将这种产生磁感应电流的电动机称为交流异步电动机。交流异步电动机的工作原理，如图1所示。

然而传统的交流异步电动机，在正常启动后，其上的副绕组就会空置定子铁芯中，没有被加以利用。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机。

本实用新型所采用的技术方案为：

由交流异步电动机的工作原理可知单相交流异步电动机的工作原理和基本结构：一个主绕组，一个副绕组，相位上互差90°，有一个转子，转子上有一个闭环条绕组，还有一个离心开关，启动电容和工作电容。当单相交流异步电动机启动时，主绕组通电，由于交流电的特征，定子主绕组就会产生一个旋转电磁场，而定子上的副绕组由离心开关，启动电容的导通而通电，形成与主绕组互差90°的旋转换相磁场、电场，转子上的绕组是一个闭环导体，在定子的旋转磁场中不停地切割定子的磁感应线，转子闭环切割定子磁场形成一个转子旋转磁场，电机正常启动后，离心开关断开，此时副绕组断开开路空置在电机铁芯中。如图2所示。

下面具体介绍本实用新型的技术方案：

一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机，包括定子铁芯、定子主绕组、定子副绕组、绕有闭环条绕组的转子、启动电容、工作电容和离心开关；

所述定子主绕组和定子副绕组相位互差90°，定子主绕组一端连接火线且另一端连接零线，定子副绕组的一端通过相互并联的启动电容和工作电容连接火线且另一端连接零线，离心开关与启动电容串联。

负载只需要接入定子副绕组的一端和零线。

当单相交流异步电动机启动时，定子主绕组通电，由于交流电的特征，定子主绕组就会产生一个旋转电磁场，而定子副绕组由离心开关，启动电容的导通而通电，形成与定子主绕组互差90°的旋转换相磁场、电场，转子上的绕组是一个闭环导体，在定子的旋转磁场中不停地切割定子的磁感应线，转子闭环切割定子磁场形成一个转子旋转磁场，电机正常启动后，离心开关断开，此时定子副绕组断开开路空置在电机铁芯中。

具体地，所述电动机还包括充电器、动力电池组和逆变器；

所述充电器的一端分别连接定子副绕组的一端和零线，动力电池组的一端与充电器的另一端相连且另一端与逆变器的一端相连，逆变器的另一端分别连接火线和零线。

作为优选地，所述充电器将215-290V交流电转换为12V-110V直流电供给动力电池组，所述逆变器将12V-110V直流电转换为220V交流电。

由于原单相交流异步电动机中，就有两个旋转磁场在电动机中运转，定子副绕组接上负载后就形成第三个旋转磁场，即：转子旋转磁场切割定子副绕组形成的旋转磁场。由于形成第三个旋转磁场，因此，电动机升温比原来快，为了使电动机在55℃-70℃恒温下工作，所述电动机还包括水冷系统。

具体地，所述水冷系统包括散热水箱、循环散热水管和水泵；

所述散热水箱上设有入水口和出水口，循环散热水管与该入水口和出水口连接，水泵设于循环散热水管中，循环散热水管一部分嵌入电动机的散热片中间并绕在定子的外周。

为了加强散热效果，所述散热水箱上还设有风扇和风扇电机。

为了加强散热效果，所述电动机还包括风冷系统。

所述风冷系统包括设于电动机输出轴一端的带风叶飞轮和设于该端的电机风罩，带风叶飞轮包括同轴转动的飞轮和风叶。飞轮跟着转子一起运转增加了惯性力和储能作用。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型可以利用电动机启动后，空置在定子铁芯中的定子副绕组N2来发电。可以将利用副绕组发电的单相交流异步电动机用于现在的电动汽车上，解决电动汽车跑不远、充电柱难找、电动汽车只能制动时才能回收部分电能等问题。

(2)本实用新型还可在55℃-70℃恒温下工作，性能稳定，非常适合大规模推广使用。

附图说明

图1是交流异步电动机的工作原理示意图。

图2是本实用新型利用副绕组发电的单相交流异步电动机的工作原理示意图。

图3是本实用新型-实施例利用副绕组发电的单相交流异步电动机的结构示意图。

图4是本实用新型-实施例利用副绕组发电的单相交流异步电动机(带充电部分)的结构示意图。

图5是本实用新型-实施例利用副绕组发电的单相交流异步电动机试验装置的结构示意图。

图6是本实用新型-实施例利用副绕组发电的单相交流异步电动机水冷系统的结构示意图。

图7是本实用新型-实施例利用副绕组发电的单相交流异步电动机水冷系统的工作原理示意图。

图中：1-充电器；2-动力电池组；3-逆变器；4-插板；5-灯；6-电钻；10-散热水箱；11-风扇；12-风扇电机；13-循环散热水管；14-水泵；15-电动机；16-散热片；17-电动机输出轴；18-风叶；19-飞轮；20-定子铁芯；21-转子铁芯；22-机座；23-电机风罩。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。

实施例：

如图3所示，本实施例的一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机，包括定子铁芯、定子主绕组N1、定子副绕组N2、绕有闭环条绕组的转子D、启动电容C1、工作电容C2和离心开关K1。

其中，定子主绕组N1和定子副绕组N2相位互差90°，定子主绕组一端连接火线接线端子W1且另一端连接零线接线端子W2，定子副绕组N2的一端通过相互并联的启动电容C1和工作电容C2连接火线接线端子W1且另一端连接零线接线端子W2，离心开关K1与启动电容C1串联。

图中，W1、V1、L1、W2、U2和L2均为接线端子，n1为定子主绕组N1旋转磁场方向，n2为转子绕组磁场旋转方向，比定子慢2％-5％。

其中，定子主绕组N1的电流方向为W1→U2，定子副绕组的电流方向为L1→W2，为单相交流异步电动机。

本实用新型的工作过程如下：

当W1、W2通交流电220V时，因离心开关K1处于闭合状态，电动机正常启动运转，由于离心开关K1上的离心块在惯性作用下，使离心开关K1断开定子副绕组N2(定子副绕组N2起换相作用)，此时，定子副绕组N2空置于定子铁芯中。启动电容C1和工作电容C2继续工作。

如图4所示，本实用新型还包括充电器1、动力电池组2和逆变器3。充电器1、动力电池组2和逆变器3是市面上成熟的产品，因此其内部结构不再赘述。充电器1的一端分别连接定子副绕组N2的一端和零线接线端子W2，动力电池组2的一端与充电器1的另一端相连且另一端与逆变器3的一端相连，逆变器3的另一端分别连接火线接线端子W1和零线接线端子W2。

K2为控制工作电容C2试验开关，与工作电容C2串联，K3为定子副绕组发电充电闭合开关，串联于充电器1与接线端子L1连接的线路上。

当电动机运转，定子副绕组N2发出215-290V的交流电，经充电器(逆变器)变成直流12V-110V直流电(根据电池电压而定)不断向电池充电，电池又不断向逆变器供电，把直流电变成220V交流电供电动机使用，电动机同时输出动力。

开关K3可以人工控制充电时间，在电动机启动前打开开关K3，让电动机正常启动，待电动机启动后闭合K3充电。

用到电动汽车上可以在离心开关K1上加一根控制线，把开关K3换成接触器，实现自动充电。

如图5所示，试验装置的插板一端分别连接定子副绕组N2的一端和零线接线端子W2，插板的另一端分别通过开关K4、K5和K6连接灯5(40W)、电钻6(650W)和充电器1(220V、60W)，K4、K5和K6为负载试验用开关，试验装置的试验过程如下：

当W1、W2通交流电220V时，离心开关K1和控制工作电容C2试验开关K2处于闭合状态，电动机正常启动运转，用万用表测插板4电压为290V，用红外线测速仪测电动机转速为1450转/min，为4级电机，依次打开开关K4、K5和K6通电全部工作，电动机转子运转，电压仍在290V。

关闭K2，断开工作电容C2时，测插板电压为215V，此时，定子副绕组N2完全独立发电。

由于原单相交流异步电动机中，就有两个旋转磁场在电动机中运转，定子副绕组N2、开关K4、K5和K6闭合后就形成第三个旋转磁场，即：转子旋转磁场切割定子副绕组N2形成的旋转磁场。

根据本实用新型利用副绕组发电的单相交流异步电动机的工作原理及试验结果，可以利用电动机启动后，空置在定子铁芯中的定子副绕组N2来发电。可以将利用副绕组发电的单相交流异步电动机用于现在的电动汽车上，解决电动汽车跑不远、充电柱难找、电动汽车只能制动时才能回收部分电能等问题。

由于形成第三个旋转磁场，因此，电动机升温比原来快，为了使电动机在55℃-70℃恒温下工作，本实用新型还设置了水冷系统。

如图6和7所示，水冷系统包括散热水箱10、循环散热水管13和水泵14，其中，散热水箱10上设有入水口和出水口，循环散热水管13与该入水口和出水口连接，水泵14设于循环散热水管13中，循环散热水管13一部分嵌入电动机原有散热片16中间并绕在定子的外周。

为了加强散热效果，散热水箱10上还设有风扇11和风扇电机12，对散热水箱进行散热。

为了加强散热效果，本实用新型还设置了风冷系统。

风冷系统包括设于电动机输出轴17一端的带风叶飞轮和设于该端的电机风罩23，带风叶飞轮包括飞轮19和风叶18，飞轮19和风叶18同轴转动。飞轮跟着转子一起运转增加了惯性力和储能作用。

本实用新型不局限于述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机，其特征在于：包括定子铁芯、定子主绕组、定子副绕组、绕有闭环条绕组的转子、启动电容、工作电容和离心开关；

所述定子主绕组和定子副绕组相位互差90°，定子主绕组一端连接火线且另一端连接零线，定子副绕组的一端通过相互并联的启动电容和工作电容连接火线且另一端连接零线，离心开关与启动电容串联。

2.根据权利要求1所述的一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机，其特征在于：所述电动机还包括充电器(1)、动力电池组(2)和逆变器(3)；

所述充电器的一端分别连接定子副绕组的一端和零线，动力电池组的一端与充电器的另一端相连且另一端与逆变器的一端相连，逆变器的另一端分别连接火线和零线。

3.根据权利要求2所述的一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机，其特征在于：所述充电器将215-290V交流电转换为12V-110V直流电供给动力电池组，所述逆变器将12V-110V直流电转换为220V交流电。

4.根据权利要求1所述的一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机，其特征在于：所述电动机还包括水冷系统。

5.根据权利要求4所述的一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机，其特征在于：所述水冷系统包括散热水箱(10)、循环散热水管(13)和水泵(14)；

所述散热水箱上设有入水口和出水口，循环散热水管与该入水口和出水口连接，水泵设于循环散热水管中，循环散热水管一部分嵌入电动机的散热片中间并绕在定子的外周。

6.根据权利要求5所述的一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机，其特征在于：所述散热水箱上还设有风扇(11)和风扇电机(12)。

7.根据权利要求1所述的一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机，其特征在于：所述电动机还包括风冷系统。

8.根据权利要求7所述的一种利用副绕组发电的单相交流异步电动机，其特征在于：所述风冷系统包括设于电动机输出轴(17)一端的带风叶飞轮和设于该端的电机风罩(23)，带风叶飞轮包括同轴转动的飞轮(19)和风叶(18)。