專利名稱：電動機繞組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高效低輸入交流電動機、不同(varied)尺寸和不同速度的高輸出同步發(fā)電動機，并且涉及具體的構成方法。
背景技術：
公知，單相交流電動機的使用以較小的尺寸、從分數(shù)的馬力到大約10馬力，其后三相電動機一般用于大的應用場合。
在1984年5月1日授予Cravens L.Wanlass的題目為“控制磁通密度的多相電機”——或是電動機或發(fā)電動機——的美國專利第4,446,416A號中，提供了一種具有主繞組和附加控制繞組的定子鐵心。通過控制在定子鐵心中的磁通密度而在多相電機中優(yōu)化了所述磁通密度。
主(main)多相定子繞組繞在磁芯上，這個繞組包括多個繞組，每個繞組代表單相。電容器與所述每個繞組連接在串聯(lián)電路中。
本發(fā)明很清楚，在說明書中清楚地描述。
還可以從授予Wen，Hung-Ying的、題目為“單相感應電動機”的、公布日期為1976-09-09的德國專利申請第2508374號了解電動機附加繞組技術。這個專利申請僅僅公開了具有兩個起動繞組的單相電動機的感應管理，以便提高起動電容器的電壓。它還制作了具有兩組起動繞組的單相感應電動機，其具有較好的運行功率因數(shù)和改善的起動轉距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及交流電動機，具體涉及這樣的交流電動機，它可以是單相電動機或具有至少三相的多相電動機或具有兩個或多個磁極的同步發(fā)電動機，它們具有主初級繞組以及去飽和的附加繞組，其中通過至少一個或多個電容器以與每個相應的主繞組相反的相角和相反的磁場方向對每個附加繞組供電，在每個主和附加繞組上使用的導線的總橫截面為預定值。這個比率最好可以大致是2/3用于主繞組，大致1/3用于附加繞組。
本發(fā)明的優(yōu)選形式包括用于交流電動機的繞組作業(yè)，所述電動機的兩個繞組在僅僅一個操作中一次被制作來作為單個步驟。
方便地，本發(fā)明包括用于使用一個公式來計算附加繞組電容器的作業(yè)(process)，在所述公式中，以微法表示的電容器值與當前在一個作業(yè)中由電動機或同步發(fā)電動機耗用的實際總的負荷成正比，與線電壓的平方成反比，并且受在0.25×106和0.3×106之間的范圍內(nèi)的倍率影響。
有益地，按照本發(fā)明的單相電動機包括耦接到主公共點和線電壓的第一與第二主電位線(potential)的第一和第二主繞組、耦接到繞組電容器和與所述第一和第二主繞組并聯(lián)的第一和第二電位線的第一和第二附加繞組，第一和第二附加繞組中的每個產(chǎn)生與第一和第二主繞組中的對應的一個相反方向的磁場。
一個明顯的優(yōu)點是每個第一和第二主繞組具有主導線尺寸，并且第一和第二繞組中的每個具有附加導線尺寸，其中主導線尺寸是附加導線尺寸的大約兩倍。


現(xiàn)在參照附圖僅僅通過示例來說明本發(fā)明，其中圖1描述了一種公知的單相電動機；圖2描述了一種公知的三相△接法電動機；圖3示出了一種公知的三相△接法電動機；圖4示出了一種改進的公知單相電動機；圖5描述了一種電動機的改進的公知△接法；圖6示出了一種電動機的改進的公知星形接法；圖7示出了電動機的公知繞組間隔連接；圖8描述了按照本發(fā)明的單相電動機；圖9示出了按照本發(fā)明的△接法的三相電動機；圖10示出了按照本發(fā)明的星形接法的三相電動機；圖11示出了按照本發(fā)明的三相電動機的△相鄰磁極上的四個磁極的繞組間隔連接。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，在圖1-7中制作了公知設計的電動機技術背景。
圖1示出了一種公知的單相電動機，它具有運行繞組(1)、起動繞組(2)和運行(run)電容器(3)。
圖1-7的不同公知設計中的相同的附圖標號以及在圖8-11的本發(fā)明的特征中描述的那些標號，提供用于在公知特征和按照本發(fā)明的那些發(fā)明步驟之間進行比較研究。
在圖1中，通過用于電動機結構的導線尺寸的飽和程度(satuation level)解釋了公知技術有限的效率。
圖2和3示出了傳統(tǒng)的三相電動機和繞組示為附圖標號(1)、(2和(3))，三相的輸入線電壓示為(R)、(S)和(T)，并且星形連接的中性點為(O)。
在公知的三相電動機中，結構根據(jù)所需要的速度使用特定數(shù)量的磁極，和根據(jù)轉距、馬力和電壓需要使用內(nèi)部連接的星形或△接法。
在單相和三相電動機中，一般利用不同標準的通?？色@得的絕緣材料來緩和受溫度影響的熱損耗。
還公知，通過提供與被加到起動繞組電路的離心式開關或斷路繼電器串聯(lián)的起動電容器來改進單相電動機。以微法為單位的電容器尺寸的精確計算優(yōu)化了電動機的效率，增強了起動轉距、起動電流和運行溫度。
圖4是單相電動機的另一種設計，其中示出了運行繞組(1)、起動繞組(2)、起動電容器(3)、離心式開關或斷路繼電器(4)和運行電容器(5)。
圖5示出了三相電動機，提供了附加繞組通過電容器供電和并且與主繞組并聯(lián)。這個附圖表示了△接法。三個主繞組是(1)、(2)和(3)，三個附加繞組是(4)、(5)和(6)。附加繞組電容器是(7)、(8)和(9)，三相線電壓連接是(R)、(S)和(T)。
圖6表示了星形接法，它具有三個主繞組(1)、(2)和(3)以及三個附加繞組(4)、(5)和(6)。附加繞組電容器(7)、(8)和(9)、三相線電壓連接是(R)、(S)和(T)和星形的中性點是用于主繞組(OP)和用于附加繞組(OS)的。
圖7描述了繞組間隔連接，并且示出了四磁極的相鄰磁極一個△接法(four pole one delta adjacent poles)、三相繞組與主和附加繞組的內(nèi)部連接。
在線(R)中的連接點對于主繞組被標為(4)，對于附加繞組被標為(7)。線(S)對于主繞組被標為(6)，對于附加繞組被標為(8)。線(T)對于主繞組被標為(5)，對于附加繞組被標為(9)。附加繞組電容器被標為(1)、(2)和(3)。說明在每個主和附加繞組上的相應△連接，存在物理不平衡的圖形。△連接(6)相對于△連接(4)和(5)總的來說不均衡。
△連接(8)相對于△連接(7)和(9)總的來說不均衡。這個物理不平衡影響相對于轉子的旋轉方向(順時針或逆時針)的兩個繞組之間的相角滑動。這種繞組間隔連接影響在一個旋轉方向中的節(jié)能。
在傳統(tǒng)的三相電動機上作業(yè)上述技術實現(xiàn)了下述將整體銅密度提高大約15％；將傳統(tǒng)的繞組分開為按照1/2的比率的兩個獨立的繞組；將傳統(tǒng)的繞組轉換為相鄰磁極連接的重疊的布局(不能使用中間(consequent)磁極類型繞組)；將傳統(tǒng)的繞組的連接轉換為關于原始數(shù)量電路的△接法；以微法計算附加繞組電容器額定值；公式C=P×(460)2(E)2×1.5]]>C是每相的以微法為單位的電容器值‘P是電動機理論上的額定馬力；1.5是從研究實驗得到的倍率；460是恒定基準電壓。
本公式未考慮到在電動機的負荷參數(shù)下工作的實際磁場，使我們不能精確地計算最佳的電容器值。因此，即使這些種類的電動機以較好的功率因數(shù)運行并且節(jié)省一些能量，它們也是較差質(zhì)量的產(chǎn)品，具有較短的使用壽命，它們可以被改進。
圖8描述了按照本發(fā)明的單相電動機。其示出主繞組以通過中點(O)分開的兩個半部分(1a)和(1b)。附加繞組還示出了通過電容器(6)分開的兩個半部分(5a)和(5b)。還被示出起動繞組(2)、起動電容器(3)和離心式開關或斷路繼電器(4)。按照本發(fā)明的單相電動機描述了與主繞組并聯(lián)的附加繞組。所述半部分的每個彼此具有相反的磁場方向，并且在中性點連接到電容器。主繞組的中性點用于雙電壓目的。
圖9示出了按照本發(fā)明的△接法的三相電動機。主繞組是(1)、(2)和(3)，附加繞組是(4)、(5)和(6)。附加繞組電容器是(7)、(8)和(9)，三個主繞組的△連接點是(R)、(S)和(T)。應當注意，按照本發(fā)明，輸入的線電壓連接點是(Ra)、(Sa)和(Ta)。每個附加繞組從與其相應的主繞組不同的相供電，這使得它在相反的磁場飽和，并且具有使得它按預定電容器值可以向這個繞組供電。
圖10描述了按照本發(fā)明的在星形接法的三相電動機。三個主繞組是(1)、(2)和(3)，三個附加繞組是(4)、(5)和(6)。附加繞組電容器是(7)、(8)和(9)，并且星形連接點是(O)，三個線電壓連接是(R)、(S)和(T)。
每個附加繞組以與其相應的主繞組不同的相供電。主繞組(1)的去飽和附加繞組(4)通過電容器(7)連接到主繞組(2)的線(5)。主繞組(7)的去飽和附加繞組(5)通過電容器(8)連接到主繞組(3)的線(T)。
主繞組(3)的去飽和附加繞組(6)通過電容器(9)連接到主繞組(1)的線(R)。這清楚地示出了不同繞組的相反磁場位置。應當注意，按照本發(fā)明，具有單星形連接點。
圖11表示了按照本發(fā)明的用于三相電動機的四磁極的相鄰磁極一個△接法的繞組間隔連接。線(R)的連接點是用于主繞組的點(4)和用于附加繞組的點(7)。連接點(6)是用于線T的，連接點(8)是用于附加繞組的。附加繞組電容器是(1)、(2)和(3)。
應當注意，每個主和附加繞組的相應△連接使主繞組的三個△點(4)、(5)和(6)彼此良好地對稱和等距離。這種新穎的接法總地糾正了與旋轉方向相關聯(lián)的效率和節(jié)能問題。這種創(chuàng)新性的說明提供了四磁極的一個△電路，它糾正了在△接法或星形接法中的在其他速度和多個電路下的旋轉問題。
因此，為了轉換單相或三相磁極，如在本發(fā)明中所述，注意下面的優(yōu)點在銅密度上沒有改變；將傳統(tǒng)的繞組分開為按照大致比率1/3和2/3的兩個不同的和獨立的繞組；對于原始類型的繞組布局、相鄰或中間磁極不要求變化。
按照本發(fā)明的兩種繞組可以在單個步驟在僅僅一個操作中一次被卷繞和插入。可行的是，計算每相以微法為單位的附加繞組電容器的值。這個值與每相的以安培為單位的實際全負荷電流成正比，并且與以伏特為單位的線電壓的平方成反比。然后通過大致在0.25×106和0.3×106之間的倍率來確定值定時(value timing)。在彼此相反的磁場方向和不同的相進行所述兩種新穎的相互連接。
因此，按照本發(fā)明很有益提高整體效率、功率因數(shù)的明顯改善、起動電流、運行電流和全負荷電流的顯著的降低。
方便地，每個附加繞組通過一個或多個電容器以與每個相應的主繞組相反的相角和相反的磁場方向供電，其中在每個主和附加繞組上使用的導線尺寸的總的橫截面是預定的尺寸。
適合地，繞組電容器值的計算過程按照特定的公式，其中以微法為單位的電容值與由電動機耗用的或由同步發(fā)電動機產(chǎn)生的以安培為單位的實際全負荷電流成正比，與線電壓的平方成反比，并且受大致在0.25×106和0.3×106之間的倍率影響。
應當明白，單相電動機其特征在于耦接到主公共點和線電壓的第一與第二主電位線的第一和第二主繞組，耦接到繞組電容器和與所述第一和第二主繞組并聯(lián)的第一和第二電位線的第一和第二附加繞組，第一和第二附加繞組中的每個產(chǎn)生與第一和第二主繞組中的對應的一個相反方向的磁場。
優(yōu)選的是，所述第一和第二主繞組具有主導線尺寸，并且第一和第二附加繞組中的每個具有附加的導線尺寸，其中主導線尺寸是附加導線尺寸的大約2倍。
按照方便的形式，多相電動機包括多個主繞組，它們在具有線電壓的三個線連接點以△接法連接，每個主繞組具有主導線尺寸，多個分段(segment)與多個主繞組并聯(lián)連接。每個分段包括附加繞組和繞組電容器，附加繞組具有附加導線尺寸和與對應的一個主繞組不同的相，并且產(chǎn)生與對應的一個主繞組相反方向的磁場。
權利要求
1.一種包括至少單相電動機或具有至少三相的多相電動機的交流電動機或具有兩個或多個磁極的同步發(fā)電動機，它們具有主初級繞組以及去飽和次極附加繞組，其特征在于，通過一個或多個電容器以與所述每個相應的主繞組相反的相角和相反的磁場方向來對每個附加繞組供電，在每個所述主繞組和所述附加繞組上使用的導線尺寸的總橫截面為預定值。
2.按照權利要求1的電動機，其特征在于，在每個所述主繞組和所述附加繞組上使用的導線尺寸的總橫截面按照相應比率用于所述主繞組的為大致2/3，用于所述附加繞組的為大致1/3。
3.按照權利要求1的交流電動機，其特征在于，供電到附加繞組中的每相的電容器的以微法為單位的值與由所述電動機耗用或由同步發(fā)電動機產(chǎn)生的以安培為單位的實際全負荷電流成正比，與線電壓的平方成反比，并且對應于一個倍率，所述倍率在大約0.25×106和0.3×106之間的范圍內(nèi)。
4.用于交流電動機的繞組作業(yè)，其特征在于作為單個步驟在僅僅一個操作中一次制作兩個電動機繞組。
5.一種用于應用一個公式計算在權利要求1或4中所述的交流電動機的附加繞組電容器值的作業(yè)，其公式中以微法為單位的電容值與由所述電動機耗用或由同步發(fā)電動機產(chǎn)生的以安培為單位的實際全負荷電流成正比，與線電壓的平方成反比，并且受在大約0.25×106和0.3×106之間的范圍內(nèi)的倍率影響。
6.一種單相電動機，其特征在于(a)耦接到主公共點和線電壓的第一與第二主電位線的第一和第二主繞組；和(b)耦接到繞組電容器和與所述第一和第二主繞組并聯(lián)的第一和第二電位線的第一和第二附加繞組，第一和第二附加繞組中的每個產(chǎn)生與第一和第二主繞組中的對應的一個相反方向的磁場。
7.按照權利要求6的電動機，其特征在于，每個第一和第二主繞組具有主導線尺寸，并且第一和第二繞組中的每個具有預定尺寸的附加導線尺寸。
8.按照權利要求7的電動機，其特征在于主導線尺寸是附加導線尺寸的大約兩倍。
9.按照權利要求7的電動機，其特征在于，繞組電容器具有與全負荷電流成正比、與線電壓的平方成反比的電容，并且具有一個倍率，所述倍率在大約0.25×106和0.3×106之間。
10.一種多相電動機或同步發(fā)電動機，其特征在于(a)多個主繞組，在具有線電壓的三個連接點以Δ接法連接，每個主繞組具有主導線尺寸；(b)與多個主繞組并聯(lián)的多個分段，每個分段包括附加繞組和繞組電容器，附加繞組具有附加導線尺寸和與對應的一個主繞組不同的相，并且產(chǎn)生與對應的一個主繞組相反方向的磁場。
11.按照權利要求10的電動機或同步發(fā)電動機，其特征在于，主導線尺寸大約是附加導線尺寸的兩倍。
12.按照權利要求10的電動機或同步發(fā)電動機，其特征在于，繞組電容器具有與全負荷電流成正比、與線電壓的平方成反比的電容，并且具有倍率，其中所述倍率在大約0.25×106和0.3×106之間。
13.一種構成單相電動機或同步發(fā)電動機的方法，其特征在于，步驟(a)將第一和第二主繞組耦接到主公共點和線電壓的第一與第二主電位線；(b)將第一和第二附加繞組耦接到繞組電容器和與所述第一和第二主繞組并聯(lián)的第一和第二電位線，第一和第二附加繞組中的每個產(chǎn)生與第一和第二主繞組中的對應的一個相反方向的磁場。
14.按照權利要求13的構成方法，其特征在于，主導線尺寸是附加導線尺寸的大約2倍。
15.一種構成多相電動機或同步發(fā)電動機的方法，其特征在于，步驟(a)將多個主繞組在具有線電壓的三個連接點以Δ接法連接，每個主繞組具有主導線尺寸；(b)將多個分段與多個主繞組并聯(lián)，每個分段包括附加繞組和繞組電容器，附加繞組具有附加導線尺寸和與對應的一個主繞組不同的相，并且產(chǎn)生與對應的一個主繞組相反方向的磁場。
16.按照權利要求15的構成方法，其特征在于主導線尺寸是導線尺寸的大約2倍。
17.一種單相或具有至少三相的多相的交流電動機或具有兩個或多個磁極的同步發(fā)電動機，它們包括主初級繞組以及去飽和附加繞組，其中，通過至少一個或多個電容器來對每個附加繞組供電，其中通過一個或多個電容器以與每個相應的主繞組相反的相角和相反的磁場方向來對每個附加繞組供電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單相或多相交流電動機或同步發(fā)電動機，它們具有初級繞組(主繞組)以及去飽和附加繞組。通過一個或多個電容器以與每個相應的主繞組相反的相角和相反的磁場方向來對每個附加繞組供電。在每個所述主繞組和所述附加繞組上使用的導線尺寸的總橫截面是預定的尺寸，并且最好按照下述大致比率用于主繞組的為大致2/3，用于所述附加繞組的為大致1/3，這個電容器值是預定的尺寸。構成方法其特征在于作為單個步驟在單個操作中一次制作兩個繞組。
文檔編號H02P25/02GK1663099SQ03814738
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月24日 優(yōu)先權日2002年6月25日
發(fā)明者杰拉爾德·戈奇 申請人:非凡發(fā)動機公司