單相變壓器式異步電動機的製作方法
2024-02-11 22:28:15
專利名稱：單相變壓器式異步電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種單相異步電動機，尤其是一種功率因數及效率高、電能損耗小的單相異步電動機。
背景技術：
電動機的運轉是電——磁——力的能量轉換，電動機的轉子與定子間必需留下氣隙讓旋轉磁場使轉子轉動作功，因有磁氣隙的存在必然增加電能的損耗，故此電動機的功率因數及效率都比變壓器低。單相電動機一般都是小容量，而電動機的定子、轉子間的氣隙都一定，電動機的容量越小，其效率就越低。在工農業生產及家用電器等方面單相電動機的應用很廣泛，點點滴滴的水珠可匯成江河，眾多小容量的電動機的應用，其總耗電量不可忽視。隨著科學技術的進步、人們生活質量的提高，在炎熱的夏天眾多空調、冷櫃、電風扇的長時間使用，導致電網的超負載運行，使電力供求緊張，迫使部分城市採取分區停電的措施，因此單相電動機的節電也是燃眉之急。
發明內容
本發明的目的在於提供一種單相變壓器式異步電動機，以提高目前單相異步電動機的功率因數及效率、降低電能損耗。
為達到上述目的本發明採用如下技術發案單相變壓器式異步電動機的定子繞組由輸入繞組、感應繞組、輔助繞組三組繞組構成，感應繞組、輔助繞組及外接電容構成閉合電路，感應繞組、輔助繞組及外接電容形成閉合電路使感應電流移相180°與輸入繞組電流同一方向且同步變化，其產生的磁場效應，替代了輸入繞組作功，縮減了輸入電流。
本發明所述電動機的隱極定子鐵芯分深、淺槽，按電動機定子鐵芯所需槽數、極數、嵌線形式分布規律設置。
本發明所述電動機的輸入繞組、感應繞組嵌於同一深槽內，輔助繞組嵌於淺槽，其感應繞組與電容及輔助繞組形成閉合迴路、電流方向與輸入繞組電流方向同一，且同步變化。
本發明所述電動機的感應繞組與電容及雙向二極體組成閉合迴路。
本發明所述異步電動機與設置自體電流回輸電路的電源變壓器相連接。
本發明與現有技術相比，在輸入繞組和輔助繞組之間加入了感應繞組，使感應電流移相180°與輸入繞組電流同一方向且同步變化，其產生的磁場效應，替代了輸入繞組作功，縮減了輸入電流，從而三繞組的同一方向能量傳遞，形成交變電磁場上的多米諾效應以最少的電耗作最大的功。在炎熱的夏天大量空調、冷櫃、電風扇長時間使用時，不致於導致電網超負載運行，對於緩解電力供求緊張大有幫助。
圖1(a)(b)是本發明變壓器式異步電動機(凸極定子鐵芯)原理及實施圖。
圖2(a)(b)是本發明變壓器式異步電動機(隱極定子鐵芯)原理圖。
圖3(a)是本發明變壓器式異步電動機二極24槽單層鏈式繞組的實施展開圖。
圖3(b)為定子深、淺槽按圖3(a)繞組形式分布的實施圖。
圖4(a)是本發明變壓器式異步電動機二極24槽，輔助繞組起動、感應繞組運行的實施展開圖。
圖4(b)為定子深、淺槽按圖4(a)繞組形式分布的實施圖。
圖5(a)是本發明的變壓器式異步電動機四極24槽單層交叉式繞組的實施展開圖。
圖5(b)為定子深、淺槽按圖5(a)繞組形式分布的實施圖。
圖6(a)是本發明變壓器式異步電動機四極24槽的單層鏈式繞組實施展開圖。
圖6(b)為定子深、淺槽按圖6(a)繞組形式分布實施圖。
圖7(a)(b)是常規16極48槽洗衣機電動機繞組分布嵌線展開示意圖。
圖8(a)(b)是在16極48槽洗衣機電動機定子繞組上加繞感應繞組，改變原繞組功能的實驗展開示意圖。
圖9是由帶有自體電流回輸電路的電源變壓器為供電電源與二臺以上變壓器式電動機組合應用的示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細的說明。
如圖1(a)(b)所示為變壓器式異步電動機的定子(凸極式鐵芯)的原理及實施圖，圖上A、A′分別是輸入繞組兩端；B、B′分別為感應繞組兩端；D為短路環(罩極繞組)，C為電容，E為雙向二級管，箭頭表示通過凸極兩繞組導線的電流方向。圖1(a)為6極電動機定子，有6個凸極；圖1(b)為2極電動機定子，有2個凸極。每個凸極相當一臺變壓器有初、次級繞組，電動機定子輸入繞組為各凸級的初級繞組串連，感應繞組為各凸極的次級繞組串連。感應繞組B、B′端與電容C、雙向二極體E串接成一閉合迴路。在電容C、雙向二級管E作用下(可不用雙向二極體、感應電流移相90°)，感應電流移相180°與輸入繞組電流在同一時間內同一方向、同步變化，從而感應電流產生的磁場效應替代了輸入電流作功，縮減了輸入電流。
圖2(a)(b)為變壓器式異步電動機的定子(隱極式鐵芯)的原理圖。圖2(a)為2極電動機的定子，圖2(b)為4極電動機的定子。圖上A、A′是輸入繞組兩端；B、B′是感應繞組兩端；D、D′是輔助繞組兩端。感應繞組、輔助繞組(電感)、電容C串接成一閉合迴路(自體電流回輸電路)，從而感應電流移相180°與輸入電流在同一時間內、同一方向、同步變化。三繞組的電流同一方向的傳遞，形成了交變電磁場上的多米諾效應，以最少的電耗作最大的功。
變壓器式異步電動機的定子繞組比同類電動機定子繞組多一組感應繞組；感應繞組、輸入繞組電流方向同一，也同一電位嵌於同一深槽，故可用兩根導線並列繞成兩繞組。
互換輔助繞組兩端與感應繞組串接就可改變電動機的旋轉方向。
在不設輔助繞組槽的定子上，可按輸入繞組分布形式嵌匝數少的輔助繞組按規律部份嵌在輸入繞組、感應繞組的上面並與感應繞組串接與電容形成一閉合電路。其作用就如凸極定子上的罩極繞組，改變磁極的磁勢波形，使電動機起動及運行。
在無輔助繞組(電感)的感性電流閉合迴路裡，雙向二極體的應用可按設計要求決定是否採用(要求感應電流移相180°就採用；要求感應電流移相90°就不採用)。
在不設輔助繞組的定子上，輸入繞組、感應繞組在相鄰槽間布線的匝數不等，從而相鄰槽同方向的磁極有強、弱磁位差及電容產生的電流相位差(感應電流移相90°)產生旋轉磁場使電動機起動及運轉，如應用於36槽18極吊扇上。
單相變壓器式異步電動機定子槽數、極數、繞組型式多種多樣，現以24槽定子為實施實例進行說明。
圖3(a)是常規2極24槽電容運轉單層鏈式繞組，在其主繞組下加繞輸入繞組的展開圖。圖上A、A′是輸入繞組兩端；B、B′為感應繞組兩端；D、D′為輔助繞組兩端；B′與D′連接；B、D在電容C兩端連接成一閉合電路。圖3(b)為按圖3(a)繞組形式而設的定子槽，為6深槽組、6淺槽組分隔分布，輸入繞組及感應繞組嵌深槽，輔助繞組嵌淺槽。
圖4(a)是常規2極24槽電容起動單層鏈式繞組，在其主繞組下加繞輸入繞組的展開圖。圖上A、A′是輸入繞組兩端；B、B′為感應繞組兩端；D、D′為輔助繞組兩端；C為電容、K為開關、E為雙向二極體；B′與D′連接也連接雙向二極體E一端，D通過開關K與電容C及B形成感應繞組串輔助繞組、電容的閉合電路。電動機起動後，開關K離開D接向雙向二極體另一端，從而形成感應繞組、電容、雙向二極體的閉合電路(可不用雙向二極體)。圖4(b)為按圖4(a)繞組形式而設置的定子槽為4深槽組、4淺槽組間隔分布。
圖5(a)是常規4極24槽電容運轉單層交叉式繞組，在其主繞組下加繞輸入繞組的展開圖。圖上A、A′是輸入繞組兩端；B、B′為感應繞組兩端；D、D′為輔助繞組兩端；C為電容。B′與D′連接，B串電容C連接D，從而感應繞組、輔助繞組、電容形成一閉合電路。圖5(b)為按圖5(a)繞組形式而設的定子槽，為3深槽組、3淺槽組分隔分布。
圖6(a)是在常規4極24槽電容起動單層鏈式繞組、在其主繞組下加繞輸入繞組的展開圖。圖上A、A′為輸入繞組兩端，B、B′為感應繞組兩端；D、D′為輔助繞組兩端；C為電容、K為開關、E為雙向二極體。
A′連接D′也連接E一端。開關扳向D就形成感應繞組、輔助繞組(電感)、電容C組建的閉合電路供電動機的起動；開關扳向接雙向二極體，就形成感應繞組、電容、雙向二極體組建的閉合電路(可不用雙向二極體，從而感應電流移相90°)，供電動機起動後運行。圖6(b)是按圖6(a)繞組形式設置的定子槽，為4深槽組、2淺槽組分隔分布。
功率68瓦、4極單相變壓器式異步電動機的實驗及數據因條件所限，採用常規的24槽定子鐵芯，嵌線形式按圖6(a)的24槽單層鏈式繞組；用2根0.21漆包線並列繞制輸入繞組、感應繞組，用單根0.21漆包線繞輔助繞組，並列導線中任選一根為輸入繞組，另一根為感應繞組並串接輔助繞組與外接電容構成一閉合電路。在閉合迴路中接一交流電流表；輸入繞組串一交流電流表接220V交流電源。閉合電源開關、電動機轉動，當電容為2μF時，輸入繞組起動電流為400mA、運行電流為180mA、感應繞組電流為130mA；當電容為3μF時，輸入繞組起動電流為370mA，運行電流為120mA，感應繞組電流為200mA；把閉合電路斷開，輸入繞組電流為310mA，感應繞組空載電壓為215V，把輔助繞組斷開只應用電容與感應繞組形成閉合迴路。當電容為2μF時，輸入繞組電流為200mA、感應繞組電流為110mA；當電容為3μF時，輸入繞組電流為140mA、感應繞組電流為170mA(加雙向二極體入閉合電路內，兩繞組電流數字不起變化)。輸入電流與感應電流呈反比關係，從而68瓦功率的電動機，輸入功率只需31瓦，節省電度50％以上。把輔助繞組兩端互換與感應繞組串接，電動機就向相反方向旋轉。
圖7(a)(b)是常規16極48槽洗衣機電動機繞組分布嵌線展開示意圖。圖中線圈下的數字，表示線圈所屬的組別，「+」符號表示電流從上到下通過各線圈導線的方向；「-」符號表示電流從下到上通過各線圈導線的方向；A、A′為第1線圈組兩端；B、B′為第3線圈組兩端；D、D′為第2線圈組兩端。外接電容接B、D端，A′、B′、D′端連結在一起，電源接A、B端輸入時，箭頭表示線端的電流方向如圖7(a)所示；電源接A、D端輸入時，如圖7(b)所示，箭頭表示各線端的電流方向。D、B端互換接電源同一端，從而使電動機逆向反時針方向轉動。
圖8(a)(b)是48槽2、6極兩轉速洗衣機電動機拆掉2極繞組加繞感應繞組更改為6極變壓式電動機的示意圖。如圖7(a)，在其繞組尾端把第一繞組連接端拆開成獨立繞組，作為輔助繞組、其出線端為D、D′；把2、3繞組作為輸入繞組，其出線端為A、A′；在輸入繞組上面同槽加繞並列於輸入繞組的感應繞組，其出線端為B、B′。出線端A、A′接電源、D與B′連接、B串電容C連接D′從而輔助繞組、感應繞組、電容形成一閉合迴路，見圖8(a)。圖8(b)為出線端A、A′接電源、D′與B′連接、B串電容C連接D；形成一閉合迴路，改變了電動機旋轉的方向，圖上線圈下的數字表示線圈所屬的組別，「+」符號表示電流從上到下通過各線圈的方向，「-」符號表示電流從下到上通過各線圈的方向、箭頭表示各線端的電流方向。原電動機的銘牌標註6極輸入電流為2.2A，外接電容為20/18μF。改造後，輸入電流為1.1A、外接電容為6μF，感應電流為240mA。
圖9為裝置有自體電流回輸電路的電源變壓器作供電電源與多臺變壓器式異步電動機組合應用的示意圖(如櫃式空調)。圖上M為帶有自體電流回輸電路的電源變壓器、A、B點為電源輸出點。1、為變壓器式散熱風扇電動機；2為清新空氣送風、送香用變壓器式電動機；3、為製冷壓縮機用變壓器式電動機；4、其它用電設置如燈光等都由A、B點的供電電路供電。在感變電動勢倍率釋放法則下，出現回感效應甲線圈的電流通過磁場使乙線圈產生感應電動勢，乙線圈的電流產生的磁力線在同一磁路上使甲線圈產生一個回感電動勢。變壓器式異步電動機產生的與供電電源同一方向的電動勢的回感作用，猶如在供電電路上並列多臺微型發電機，使部分電能循環使用，從而更省電。
本發明依據1、感應電流的方向——陳氏定律感應電流的方向與原電流是同一方向流動的，感應電流滯後原電流180°，其形成的磁場，促使交變原電流按正比率跟隨其變化，進行電能的傳遞及轉換。2、第二定律電流方向電流從零開始，也從零終結，從始至終的過程、電流方向具同一性。磁力線從零開始，也從零閉合，從始至終的過程、感生的電動勢、方向具同一性。3、雙拳螺旋定則大拇指平放於彎曲的四指上方，指向物體運動的方向，彎曲四指所指的方向，就是感應電流的方向。4、感變電動勢倍率釋放法則同一磁力線上，可感生多個感生電動勢。任一感生電動勢形成迴路，都可感應出多個感生電流。以上發現的論證及證明見自體電流回輸電路專利申請說明書(專利申請號200410027876.1)。
如上所述，理順了電流的各種規律及方向，設計了輸入繞組、感應繞組、輔助繞組三組繞組為單相變壓器式異步電動機的定子繞組。感應繞組、輔助繞組(電感)及外接電容形成閉合電路使感應電流移相180°與輸入繞組電流同一方向且同步變化，其產生的磁場效應，替代了輸入繞組作功，縮減了輸入電流，從而三繞組的同一方向能量傳遞，形成交變電磁場上的多米諾效應以最少的電耗作最大的功。
電動機的隱極定予槽的設計分深、淺槽按電動機定子鐵芯所需槽數、極數、嵌線形式的分布規律而設置；輸入繞組、感應繞組嵌於同一深槽內，輔助繞組嵌於淺槽，從而減低了定子鐵芯的磁飽和程度及增大磁極鐵芯的截面積，能減少輸入繞組的匝數並節省銅材。
應用二臺以上變壓器式異步電動機作動力源的產品(如空調機)配壹臺裝置有自體電流回輸電路的電源變壓器作為產品的供電源，運行中的變壓器式異步電動機在感變電動勢倍率釋放的自然法則下，產生回感與電源同一方向的電動勢於電源變壓器的供電線路上，使多米諾效應產生的回感同一方向的電動勢的發電機效應的能量更充分得到發揮，更進一步節電。
以最小的能量作最大的功的多米諾遊戲形成的必要條件是必須是能量的同一方向的傳遞。感應電流與交變原電流在同一時間內，同一方向傳遞，就形成了交變電磁場上的多米諾效應。
權利要求
1.一種單相變壓器式異步電動機，其特徵在於所述電動機的定子繞組由輸入繞組、感應繞組、輔助繞組三組繞組構成，感應繞組、輔助繞組及外接電容構成閉合電路，感應繞組、輔助繞組及外接電容形成閉合電路使感應電流移相180°與輸入繞組電流同一方向且同步變化，其產生的磁場效應，替代了輸入繞組作功，縮減了輸入電流。
2.根據權利要求1所述的單相變壓器式異步電動機，其特徵在於所述電動機的隱極定子鐵芯分深、淺槽，按電動機定子鐵芯所需槽數、極數、嵌線形式分布規律設置。
3.根據權利要求1或2所述的單相變壓器式異步電動機，其特徵在於所述電動機的輸入繞組、感應繞組嵌於同一深槽內，輔助繞組嵌於淺槽，其感應繞組與電容及輔助繞組形成閉合迴路、電流方向與輸入繞組電流方向同一，且同步變化。
4.根據權利要求3所述的單相變壓器式異步電動機，其特徵在於所述電動機的感應繞組與電容及雙向二極體組成閉合迴路。
5.根據權利要求1或2所述的單相變壓器式異步電動機，其特徵在於所述異步電動機與設置自體電流回輸電路的電源變壓器相連接。
全文摘要
本發明涉及一種單相異步電動機，尤其是一種功率因數及效率高、電能損耗小的單相異步電動機。本發明依據基礎物理感應電流的方向——陳氏定律、電流方向第二定律、感變電動勢倍率釋放法則，明確了電流的方向規律，在電動機定子組建自體電流回輸電路、使感應電流移相180°，與交變原電流同一方向且同步變化，形成交變電磁場上的多米諾效應，以最少的電耗作最大的功，縮減了輸入電流。本發明與現有技術相比較可節電50％以上，適用於空調、冰箱、風扇、洗衣機等家用電器作動力源及在一般單相電動工具上應用。在炎熱的夏天大量空調、冷櫃、電風扇長時間使用時，不致於導致電網超負載運行，對於緩解電力供求緊張大有幫助。
文檔編號H02K17/08GK1601870SQ20041005180
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月11日 優先權日2004年10月11日
發明者陳章泰 申請人:陳章泰