一種異步電動機的制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于動力傳動領(lǐng)域，具體涉及一種異步電動機。
【【背景技術(shù)】】
[0002]異步電動機是一種交流電動機，帶負載時的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)頻率之比不是恒定值。感應(yīng)電動機(Induct1n motor)是一種僅有一套繞組連接電源的異步電動機。在不致引起誤解和混淆的情況下，一般可稱感應(yīng)電動機為異步電動機。IEC標準中指出:“感應(yīng)電動機”一詞，在許多國家中實際上是作為“異步電動機”的同義詞使用，而其他一些國家則只使用“異步電動機”一詞來表示這兩種概念。我國對電動機的一種方式分類是，異步電動機分為鼠籠式電動機和線繞式電動機，而鼠籠式異步電動機是使用最廣泛的異步電動機，通常所說的異步電機，多指鼠籠式異步電動機。
[0003]異步電動機，其功率范圍從幾瓦到上萬千瓦，是國民經(jīng)濟各行業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用最廣泛的電動機，為多種機械設(shè)備和家用電器提供動力。例如機床、中小型乳鋼設(shè)備、風機、水栗、輕工機械、冶金和礦山機械等，大都采用三相異步電動機(asynchronousmotor)拖動。
[0004]現(xiàn)有的異步電動機在1885年由意大利物理學家和電氣工程師費拉里斯發(fā)明。1888年，提出實驗報告，對旋轉(zhuǎn)磁場作了嚴格的科學描述，為以后開發(fā)異步電動機、自起動電動機奠定了基礎(chǔ)。同年，尼古拉.特斯拉在美國取得了感應(yīng)電動機的專利。一年之后，Mikhail Dolivo-Dobrovolsky發(fā)明鼠籠型異步電動機。
[0005]鼠籠型異步電動機問世至今，歷經(jīng)超過百年歷史，各種技術(shù)改進不計其數(shù)，但是均屬于工藝改進或性能參數(shù)優(yōu)化，中國專利公開號為CN101213728A，公開日為2008年7月2日的專利申請，就是對異步電機的鼠籠型轉(zhuǎn)子的端環(huán)制造工藝進行改進；中國專利公開號為CN104167879A，公開日為2014年11月26日的專利申請，也是對異步電機的鼠籠型轉(zhuǎn)子的端環(huán)制造工藝提出了電子束焊接端蓋的制造方法。迄今為止，萬變不離其宗，原理架構(gòu)仍未超越原創(chuàng)。
[0006]涉及異步電機的教學和應(yīng)用的技術(shù)人員周知，鼠籠電動機的轉(zhuǎn)子的主體是由導條、導體端環(huán)和疊層矽鋼片組成，由導體材料(常見是銅或鋁為主要成分的材料)制作的若干個導條和兩側(cè)的導體端環(huán)固結(jié)為一體，構(gòu)成被形象描述的所謂鼠籠，若干個導條嵌裝在疊層矽鋼片上設(shè)置的若干個導條槽中。
[0007]現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子可分為類為鑄鋁轉(zhuǎn)子、鑄銅轉(zhuǎn)子和導條與端環(huán)焊接的轉(zhuǎn)子。包括經(jīng)典的教科書和現(xiàn)有的公開的分析模型均基于原創(chuàng)年代的傳統(tǒng)認知，認為因?qū)l切割磁力線而在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生扭矩。經(jīng)過先驅(qū)者們的努力，現(xiàn)今的鼠籠電機已經(jīng)比1970年代的電機性能有了長足進步，但是科技發(fā)展至今，依然通過優(yōu)化設(shè)計參數(shù)繼續(xù)提高鼠籠電機的效率及其它相關(guān)性能，可挖掘潛力的空間已經(jīng)極小了。
[0008]本發(fā)明人認為，我們有理由對如上所述的因?qū)l切割磁力線而在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生扭矩的教學和分析模型表示質(zhì)疑。理由是，分析實際的鼠籠式電機轉(zhuǎn)子，除了可見的斜槽縫隙，所述的導條幾乎被構(gòu)建導條槽的矽鋼片埋沒，穿過導條的磁力線其實是非常有限的，何況導條之間還是有間隔的，電機運行時大多數(shù)磁力線其實并不穿過導條。試驗表明，導條切割穿過自身的那些磁力線并不足以產(chǎn)生電機實際運行時的切向力(所有的導條上的切向力合成為產(chǎn)生電機扭矩的力，或者，產(chǎn)生電機實際扭矩的力可以分解為每個導條上產(chǎn)生的切向力)，所以，其機理應(yīng)當另有解釋和解析。至少，包括磁鏈反饋效應(yīng)、磁場與磁場的推挽作用現(xiàn)象、以及磁電轉(zhuǎn)換效應(yīng)，等等。鼠籠式異步電機的動態(tài)模型研究是一門相對復(fù)雜的學科，涉及的電磁參量以及性能參數(shù)和品質(zhì)參數(shù)，可謂繁多。普通的專業(yè)人士未必能描述清楚，這一點需要學科前沿的專家去透過現(xiàn)象深入研究其物理本征，在此不論。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)的鼠籠式異步電機的效率一般在72%到94%之間，減少銅損和鐵損是提尚異步電機效能的有效途徑。特殊用途的尚端電機的效率尚于常規(guī)電機，但制作成本尚，價格更高。那么，設(shè)計和生產(chǎn)出一種成本較低，效率有所提高并適合普及應(yīng)用的異步電機，退一步講，哪怕是一個參數(shù)的超越或一項性能的提高，都會具有很大的市場前景，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。對于歷經(jīng)百年，經(jīng)過無數(shù)人研究、優(yōu)化、驗證的技術(shù)，如果有所突破，必須有另辟蹊徑的設(shè)計思路。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0010]本發(fā)明目的是提供一種異步電動機，以解決上述鼠籠式異步電機所存在的技術(shù)問題。
[0011]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0012]—種異步電動機，包括定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵芯和導體環(huán)；導體環(huán)設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵芯上，且導體環(huán)設(shè)置于定子與轉(zhuǎn)子鐵芯之間；導體環(huán)與定子鐵芯之間設(shè)置磁隙。
[0013]進一步的，定子鐵芯由若干矽鋼片疊層構(gòu)成，定子鐵芯朝向?qū)w環(huán)一側(cè)設(shè)置有若干線槽；線槽中的繞線為串聯(lián)或者并聯(lián)方式，每相至少設(shè)置一組包含兩個相鄰的對稱線圈，該兩個線圈的繞向相反，形成兩個相鄰的對偶磁極；所述對偶磁極是說當一個磁極呈現(xiàn)N極時，另一個呈現(xiàn)S極；各相的線圈沿圓周依次對稱設(shè)置。
[0014]進一步的，所述導體環(huán)為單個導體環(huán)或者并列的導體環(huán)組；所述導體環(huán)的材質(zhì)為電流的良導體。
[0015]進一步的，所述異步電動機為內(nèi)轉(zhuǎn)子電機；轉(zhuǎn)子鐵芯由若干矽鋼片疊層構(gòu)成；所述導體環(huán)固定在轉(zhuǎn)子鐵芯的外壁上。
[0016]進一步的，導體環(huán)為圓環(huán)柱體，包覆固定于轉(zhuǎn)子鐵芯外壁。
[0017]進一步的，轉(zhuǎn)子鐵芯上設(shè)置或者不設(shè)置節(jié)料通風孔。
[0018]進一步的，轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)壁固定在設(shè)置于轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部的轉(zhuǎn)子骨架上，轉(zhuǎn)子骨架的材料為輕質(zhì)的剛性材料或成本低于矽鋼片的鋼鐵材料，所述轉(zhuǎn)子骨架上設(shè)有節(jié)料通風孔。
[0019]進一步的，所述異步電動機為外轉(zhuǎn)子電機；定子鐵芯由若干矽鋼片疊層構(gòu)成；所述導體環(huán)為圓環(huán)柱體，固定嵌裝于轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)壁；轉(zhuǎn)子鐵芯由若干矽鋼片疊層構(gòu)成；定子鐵芯上設(shè)置或不設(shè)置節(jié)料通風孔。
[0020]進一步的，定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯由低禍流損耗的軟磁材料構(gòu)成。
[0021]進一步的，本發(fā)明異步電動機適用于通用交流電源供電以及特殊用途的多相交流電源供電。
[0022]進一步的，每相的線圈在接通交流電后，在同一瞬間，形成兩個相鄰的對偶磁極，該對偶磁極的極性在線圈中的交流電流過零時，從N到S或從S到N轉(zhuǎn)換。
[0023]本發(fā)明異步電動機的工作機理是:供電電源通過線圈繞組在電機定子鐵軛上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，置身于該旋轉(zhuǎn)磁場中的導體在該磁場的作用下感生出渦電流，該渦電流的感應(yīng)磁場與源電磁場之間的作用力在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生扭矩，使得轉(zhuǎn)子隨旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度略低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。這一點與鼠籠式異步電機的工作狀態(tài)類同，可以用轉(zhuǎn)差率的概念理解或描述。這也是異步電機的共性。
[0024]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明供電電源通過線圈繞組在電機定子鐵軛上產(chǎn)生的有效旋轉(zhuǎn)磁場在任意時刻作用在轉(zhuǎn)子中的導體環(huán)上；定子鐵軛與磁隙和轉(zhuǎn)子之間閉合的磁力線的路徑更短，使鐵損減少；導體的材料的利用率提高；在中大規(guī)格的電機中，轉(zhuǎn)子的矽鋼片用量可以明顯減少；由于導體環(huán)均勻地布局在轉(zhuǎn)子上，與鼠籠式電機相比，可以明顯地減少脈動轉(zhuǎn)矩，使電機的電磁振動因素減少，電磁噪聲