专利名称：带电子电路的电机转子的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电机转子，尤其是带电子电路的电机转子。
背景技术：
电动机是全世界用途最广的一种转换工具，它最方便的是将电能转换成机械能，运用在 工业、农业、国防及家庭等各个领域，是全世界不可缺少的一种机电产品。就我国而言，它 的用电总量占全国用电总量的60%，目前在电动机的转子上凹槽内嵌铝或其它金属材料，增 加了材料成本。它的好处很多，但缺点是工作效率低耗电，起动、堵转电流大，产生很大的 无功功率影响电网，而且断相时很容易烧坏电机。全世界都对它进行研究想克服这几大缺点， 现在最好的就是变频调速，但是变频调速很昂贵，节能效果也不算太好，不适应在各个领域 大规模使用。
发明内容
本实用新型要解决的问题是提供一种在转子线圈使用电子原器件对转子进行控制增大它 们的提前磁角度，去掉没用的反作用力的节能、调速、自动保护的电机转子。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是 一种带电子电路的电机转子，包括转 子中心轴、转子轴承、转子本体和转子上的凹槽，其特征在于所述的转子本体上的凹槽中设 有线圈，线圈电路连接到控制器上，转子线圈的控制器控制线圈中的电流。
本实用新型带电子电路的电机转子，用转子线圈的控制器来控制线圈中的电流大小或流向。
本实用新型带电子电路的电机转子，用的转子线圈控制器是使用电容或电子原件进行控制。
本实用新型的有益效果是，节约材料，起动电流小，不怕断相和堵转，调速方便，增加 电机的磁通截面积，降低了电机温度，提高了电机的功率因数和工作效率。从而延长了电机 的使用寿命。它和异步电动机有一样的外形及结构，不同的是去掉了铸铝，然后开槽，用线 绕成三相对称线圈后，用电子原器件或电容器在转子上进行控制，达到节能、调速、保护的 目的。
本实用新型带电子电路的电机转子价格低，节约铜线和铝材，起动电流小，不怕断相和 堵转，调速方便适应做单相、三相各种类型电动机。它和异步电动机有一样的外形及结构， 不同的是去掉了铸铝，然后开槽加线圈。
感应电动机是根据定子所产生的三相合成旋转磁场，去切割转子线圈，根据右手定则， 在转子线圈上产生电流。由于转子线圈是闭合的，它所产生的这个电流又去切割定子旋转磁 场，根剧左手定则,其方向和旋转磁场方向相同，作异步旋转。它不可能同步，因为同步旋 转磁场就不能切割转子，转子就不可能产生电流，没有电流转子就不可能旋转，这样就自然 会异步，所以叫异步电动机。
本实用新型带电子电路的电机转子是在研究中发现它不是根据右手定则和左手定则旋转 的，它是根据螺旋定则而旋转的。现就说明它的旋转原理。当三相电流经过三相定子线圈后， 定子线圈会合成一个旋转磁场(假如是顺时针方向)，这个磁场以每秒50圈的转速去切割 转子线圈(因为交流电的频率是每秒50赫兹)，由于转子线圈是闭合的，所以使转子铁芯 上产生合成磁场，随旋转磁场一起作异步运转，转子磁场的大小和方向，是根据转子上每组 线圈电流的大小和方向合成而定，合成后磁极刚好与定子磁极相反N极对N极(根据螺旋定 则图5、 P点，A线圈产生的磁极是Na; B线圈是Nb; C线圈是Nc它们三组线圈合成磁极是 P点)没有对应的提前磁角度(这里说的提前磁角度是指转子的磁极没有提前在定子磁极的
前面,有力矩而没有旋转力臂)，这时转子应该不能旋转，而它为什么又旋转呢？下面利用 波形图来解释一下。为了说明问题,先用一组线圈来讲解。当旋转磁场N (顺时针)开始进 入转子的A线圈后(图1 、 a点图2、 a点)，转子线圈电流最小，磁场强度也小，而线 圈产生的对应磁角度最大，(图2 N与b的角度)接近90度力臂最大效率最高，磁场方向 是根据右手螺旋定则确定，电流从上面出下面进右边是N极。这个线圈只要有电流，它的N、 S极永远垂直这个线圈图2所示，当旋转磁场N逐渐到达线圈中间时(图1 b点图3 b 点)，电流从小逐渐到最大对应磁角度从90度逐渐为零，力臂逐渐为零，这时最耗电，电 动机没有作用力。磁场再向前运转时，转子电流由最大到零，它的磁对应角度从零逐渐落后 于接近90度(电流不等于零时)，这时是反作用力，阻止电动机运转(图1阴影区图4 箭头区域)。再往前就重复上面一样了。由此可见这个线圈在一个周期内出现两次， 一半作 用力一半反作用力，而且在最大电流时也一个周期出现两次力臂为零，所以相当不节能。由 于定子合成磁场在旋转，作用力大于反作用力，所以电机会随旋转磁场作异步旋转。综合上 述，转子线圈作用力大于反作用力的电流，所以转子所有线圈合成磁场，有一定的合成提前 磁角度(图5的b点)。同步度越高磁角度越小，效率越低。 一般电机工作时，它们的提 前磁角度只有20-30度之间(图5的P与b点20-30度)，而且有反作用力存在(就是图 1的阴影部分)，所以电机效率很低不节能。由于电动旋转原理是螺旋定则决定的，所以当 电机断相时，不管转子线圈和定子两相合成磁场在哪里，它们的对应磁角度都为零，只有变 化磁场，没有旋转磁场，这时定子线圈感抗减小电流最大烧坏电机。要想节能就要增大它们 的提前磁角度，去掉没用的反作用力。
图1是电机转子上线圈中电流与时间关系的周期示意图2是定子合成磁场N初进入转子A线圈时电流方向与合成磁场的方向示意图； 图3是定子合成磁场N进入转子A线圈1/4周期后电流方向与合成磁场的方向示意图； 图4是定子合成磁场N进入转子A线圈2/4周期后电流方向与合成磁场的方向示意图； 图5是定子合成磁场N与转子合成磁场在电机中磁场方向对应示意图6是转子线圈使用电容控制的电路示意图7是电机转子立体结构示意图8是转子线圈使用电子原件控制的电路示意图。
图中1-为转子本体，2-为转子上安装线圈的凹槽；3-为转子线圈的控制器；4-为转子
连接轴承。
具体实施方式
现结合具体的实例对本实用新型作进一步说明。
实施例l:将电动机转子本体1上开设的三组凹槽2中设有三组线圈，线圈电路连接到
控制器3上，转子线圈的控制器3控制线圈中的电流，转子线圈的控制器3设在转子中心轴 上转子轴承4外。用漆包线绕成三相对称线圈，将它们的所有转子线圈，串接电容器可将反 作用力变成作用力，这时合成磁场在原来基础上提前了90度，串接电容器后电机不怕堵转 和超载，因为堵转和超载时，它的合成磁角度会提前120度-160度左右，这时定子线圈感 抗增大，线圈电流会减小，从而又达到保护电机的目的。由于电动机同步度很高，电容器在 低频中容抗很大，电流会很小，所以它只能适合小功率和单相电机，如果用电子原器件去关 断每组线圈的反作用力，而且可将对应磁角度提前到60度左右，增大它的力臂，提高了它 的效率，还可以在起动、堵转、断相时得到控制和保护，也可很好的调速，它可以做大中型
电动机。电容器串接在A线圈中，旋转磁场N极进入此线圈时，电流开始由零逐渐增大，这 时电容充电(图1 a-b点)，此线圈正负极性不变，线圈所感应出的磁极N是图2 b点，它 的磁角度从提前90度逐渐减小至零，线圈电流经过电容器后，d点电流最大b点为零，在 图1的阴影部分也就是反作用力的部分，电容放电改变了A线圈电流的方向，由正极变成 负极，所以A线圈的磁场也改变了方向，由N极变成了S极，也就是将上面所说的反作用力 变成了作用力，在图l上看得出经过电容器的电流，在A线圈电流的基础上提前了90度， 所以所有转子线圈串接电容器后，它们的合成磁角度，在原来的基础上也提前了90度。在 堵转时由于旋转磁场以每秒50转的转速切割转子线圈，这时转子合成磁场在原来提前磁角 度为30度的基础上提前至70度左右，再加上电容器提前的90度就是160度左右，图5的 D点因为D点是N极，与S极只有20度左右，它们相互吸引，这时定子线圈感抗增大，电 流减小，从而保护了电机。这就是将反作用力变成作用力节能的原理。
现以1. 1KW两极电动机为例，实测电机满载时电流2. 7A，空载电流1. 5A，转速2940转 /分。更换电机转子，将转子开六个槽，每对应两槽用0.8的漆包线，绕160扎共三组，测 得堵转电压260V (将它们连成星形接法断开、通电所得)这时电机电流是1.1A (由于转子 线圈断开电机不转)，再将300V/3000uF电容器三组，组成三相三角接法(这里用的是电解 电容电容量越大越好)，转子轴钻孔将线圈三根引线接到电机风扇这边来，将电容器固定在 轴上，连接引线图6所示。这时通电测得电动机空载电流0.9A，转速2980转/分，堵转时 电流只有1.5A左右，现在将电容器拆除连接引线，测得电机空载电流1.4A，在这里很明显 的看出接上电容器后，空载电流下降了很多，堵转电流也不大。而且转子断开线圈不转时也 需要1.1A的电流，而这里接上电容器旋转时反而电流才0.9A，由此可见是以上说的那些原 理所得，是由于磁角度提前了增大了定子线圈的感抗所至。
实施例2:将电动机转子本体1上开设的三组凹槽2中设有三组线圈，线圈电路连接到 控制器3上，转子线圈的控制器3控制线圈中的电流，转子线圈的控制器3设在转子中心轴 上转子轴承4外。用漆包线绕成三相对称线圈，图8是控制电动机转子三组线圈的电路图。 因为电动机大小不同所以所绕转子线圈数量也不同，只要方法一样就行。将转子铁芯开六槽， 每对应两槽绕成三组线圈，图8中的L1-L4、 L2-L5、 L3-L6各二槽，组成对称三相线圈，Ll、 L2、 L3是主线圈，L4、 L5、 L6是控制线圈，Ll、 L2、 L3经过全桥整流后，用D31、 D32、 D33场效应管开关控制这个电流。由于L1-L4、 L2-L5、 L3-L6是同相的，它们的波形完全相 同，当电动机通电后，旋转磁场切割这三组线圈产生电流，这时D31、 D32、 D33关断，线圈 Ll、 L2、 L3无电流电动机不转，当须要运转时，控制红外管D6这时三组线圈L1、 L2、 L3 经全波整流后经电阻R41、 R42、 R43，D51、 D52、 D53到达电容Cl这里是三相全波直流，电 压调整稳压在15伏。这里C1起过滤、起动延时、防止高压脉冲的作用，再经Z4稳压D6控 制分别经过R21、 R22、 R23到达Z1、 Z2、 Z3这三点电压限压在12伏，再经Rll、 R12、 R13 到达D31、 D32、 D33场效应管分别被打开电动机开始旋转。当线圈波形到达接近90度时， L4、 L5、 L6分别感应到最高电压，它们分别输出5伏整流不滤波电压经R31、 R32、 R33，再 分别受W1、 W2、 W3的控制调整，去打开T1、 T2、 T3这时经R21、 R22、 R23; R31、 R32、 R33，经Z1、 Z2、 Z3到达T1、 T2、 T3到公共地线，这时D31、 D32、 D32没有电压被分别在 Ll、 L2、 L3最高电压时被关断，也就是关断了所有的反作用力。根据单向可控硅T1、 T2、 T3的工作特性，它一旦打开，就必须等到L4、 L5、 L6的电压为零才会关断，由于经R21、 R22、 R23电流很小不可能微持T1、 T2、 T3的工作电流，所以对它们没影响，以上就是L1、 L2、 L3分别受到半个波形的控制，关掉了反作用力，下半个波形又是根这一样，从头再来，Rll、 R12、 R13、分别保护D31、 D32、 D33; D41、 D42、 D43分别在关断时极快放掉D31、 D32、 D33的余电，当起动时电容CI会延长起动时间；控制D6能调速，当堵转和断相时L4、 L5、 L6电压会升高，它提前去打开可控硅因此关断所有主线圈，达到保护的目的。现以 1. 1KW两极电动机为例，实测电机满载时电流2.7A，空载电流1.5A，转速2940转/分。更 换电机转子，将转子开六个槽，每对应两槽用0.8的漆包线，绕160扎共三组，测得堵转电 压260V (将它们连成星形接法断开、通电所得)这时电机电流是1.1A (由于转子线圈断开 电机不转)。图8是控制电动机转子三组线圈的电路图。图8中的L1-L4、 L2-L5、 L3-L6各 二槽，绕160扎共三组电压260V，组成对称三相线圈，Ll、 L2、 L3是主线圈，L4、 L5、 L6 是控制线圈9扎共三组，Ll、 L2、 L3经过600V/60A全桥整流后，用D31、 D32、 D33， 600V/160A场效应管开关控制这个电流。由于L1-L4、 L2-L5、 L3-L6是同相的，它们的波形 完全相同，当电动机通电后，旋转磁场切割这三组线圈产生电流，这时D31、 D32、 D33关断， 线圈Ll、 L2、 L3无电流电动机不转，当须要运转时，控制红外管D6这时三组线圈Ll、 L2、 L3经全波整流后经电阻质为1. 5MQR41、 R42、 R43， D51、 D52、 D53到达电容1000uF/25V Cl这里是三相全波直流，电压调整稳压在15伏。这里C1起过滤、起动延时、防止高压脉 冲的作用，再经Z4稳压15V经D6控制分别经过阻质为100KQ的R21、 R22、 R23到达Zl、 Z2、 Z3这三点电压限压在12伏，再经阻质为IOOKQ的Rll、 R12、 R13到达D31、 D32、 D33场效 应管分别被打开电动机开始旋转。当线圈波形到达接近90度时，L4、 L5、 L6分别感应到最 高电压，它们分别输出5伏左右整流不滤波电压经阻质为10KQ的R31、 R32、 R33，再分别 受阻质为IOKQ的Wl、 W2、 W3的控制调整，去打开500V/2A可控硅Tl、 T2、 T3这时经R21、 R22、 R23; R31、 R32、 R33,经Z1、 Z2、 Z3到达T1、 T2、 T3到公共地线，这时D31、 D32、 D32没有电压被分别在L1、 L2、 L3最高电压时被关断，也就是关断了所有的反作用力。根据单向可控硅T1、 T2、 T3的工作特性，它一旦打开，就必须等到L4、 L5、 L6的电压为零才 会关断，由于经R21、 R22、 R23电流很小不可能微持T1、 T2、 T3的工作电流，所以对它们 没影响，以上就是L1、 L2、 L3分别受到半个波形的控制，关掉了反作用力，下半个波形又 是根这一样，从头再来，Rll、 R12、 R13、分别保护D31、 D32、 D33; D41、 D42、 D43分别在 关断时极快放掉D31、 D32、 D33的余电，除主线圈外，其它二极管均匀1000V/1A，当起动 时电容C1会延长起动时间；控制D6能调速，当堵转和断相时L4、 L5、 L6电压会升高，它 提前去打开可控硅因此关断所有主线圈，达到保护的目的。以上就是长寿节能电动机的控制 原理。这时测得空载电流1.2A左右，转速2990转/分，满载电流1.8A，转速2940转，所 以这个电路节能30%左右(是由于去掉了上面所说的反作用力)。如果要加大电动机的功率， 可以将定子线圈减少三分之一来提高。
权利要求1、一种带电子电路的电机转子，包括转子中心轴、转子轴承、转子本体和转子上的凹槽，其特征在于所述的转子本体(1)上的凹槽(2)中设有线圈，线圈电路连接到控制器(3)上，转子线圈的控制器(3)控制线圈中的电流。
2、 按照权利要求l所述的一种带电子电路的电机转子，其特征在于所述的转子线圈的控制 器(3)控制线圈中的电流大小或流向。
3、 按照权利要求l所述的一种带电子电路的电机转子，其特征在于所述的转子本体(1)上 的转子线圈的控制器(3)是使用电容进行控制。
4、 按照权利要求l所述的一种带电子电路的电机转子，其特征在于所述的转子本体(1)上 的转子线圈的控制器(3)是使用电子原件进行控制。
5、 按照权利要求3所述的一种带电子电路的电机转子，其特征在于所述的转子线圈控制器 (3)使用的是将电容器分成三组，组成三相三角接法进行控制。
6、 按照权利要求4所述的一种带电子电路的电机转子，其特征在于所述的转子线圈的控制 器(3)是使用电子原件单独控制转子本体(1)上的各组线圈。
7、 按照权利要求6所述的一种带电子电路的电机转子，其特征在于所述的电子原件单独控 制转子线圈为3组。
专利摘要本实用新型涉及一种电机转子，尤其是带电子电路的电机转子。包括转子中心轴、转子轴承、转子本体和转子上的凹槽，其特征在于所述的转子本体(1)上的凹槽(2)中设有线圈，线圈电路连接到控制器(3)上，转子线圈的控制器(3)控制线圈中的电流流向。本实用新型的有益效果是，节约材料，起动电流小，不怕断相和堵转，调速方便，增加电机的磁通截面积，降低了电机温度，提高了电机的功率因数和工作效率。
文档编号H02K17/02GK201075798SQ20072008640
公开日2008年6月18日 申请日期2007年8月10日 优先权日2007年8月10日
发明者黄正国 申请人:黄正国