專利名稱：徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)，具體涉及對(duì)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
電機(jī)(包括電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī))應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣泛，因此提高電機(jī)的效率對(duì)于節(jié)約能源以及電機(jī)在某些場(chǎng)合的應(yīng)用有著重要的意義。傳統(tǒng)的電機(jī)，通常由一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子組成，以感應(yīng)式電機(jī)為例，定子由定子鐵芯和定子繞組組成，定子鐵芯由硅鋼片疊合成圓筒狀，嵌入電機(jī)的外殼內(nèi)，定子鐵芯上均勻分布有多個(gè)與電機(jī)軸平行設(shè)置的槽，槽內(nèi)設(shè)有定子繞組；轉(zhuǎn)子位于定子的圓筒形空腔內(nèi)，與定子間隔有氣隙，轉(zhuǎn)子鐵芯裝在電機(jī)軸上，轉(zhuǎn)子鐵芯表面嵌有與電機(jī)軸平行的銅嵌條，并由短路環(huán)連接，電機(jī)軸兩端通過軸承與外殼的兩側(cè)端蓋連接。當(dāng)定子繞組通電后，在定子的周圍形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下在銅嵌條內(nèi)感應(yīng)出電流，使轉(zhuǎn)子受定子磁場(chǎng)的作用旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。這種由外圍圓筒形的定子和內(nèi)部圓柱形的轉(zhuǎn)子組成的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)組成結(jié)構(gòu)，在電磁式、感應(yīng)式和恒磁式電機(jī)中均廣泛采用。
我們以電動(dòng)機(jī)為例分析其結(jié)構(gòu)與功率的關(guān)系。
決定電機(jī)作功(將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能)的主要因素，可以簡單地以公式F＝B×I×L表達(dá)，式中F——載流導(dǎo)線所受的電磁力，B——磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，I——受力導(dǎo)線中通過的電流，L——與磁場(chǎng)方向垂直的導(dǎo)線長度。
因此，要增大作功的能力，必須增大B×I×L的積。
對(duì)上述結(jié)構(gòu)中的電機(jī)而言，其磁場(chǎng)B可認(rèn)為是由定子決定的，B＝μN(yùn)I/L，其中的磁導(dǎo)μ受定子鐵芯材料制約，N為定子線圈的匝數(shù)，I為通過該線圈的電流大小，因而磁場(chǎng)B的大小受到制約，對(duì)定子的單個(gè)磁極而言，B值的遞增只能制約在一定的范圍內(nèi)。
I×L主要與電機(jī)的轉(zhuǎn)子有關(guān)，以感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)為例，I取決于e(感應(yīng)電動(dòng)勢(shì))，e＝B×L×V，在確定的條件下，B、V為常數(shù)(交流電機(jī)中，V由電頻率確定，B由材料的磁導(dǎo)μ及幾何尺寸確定)，只有增加L，即增加導(dǎo)線的根數(shù)或增長每根導(dǎo)線的長度，來增大I×L的積，這樣，勢(shì)必增大轉(zhuǎn)子的表面積(S)。
可見，在這種單定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)下，要增加電機(jī)功率，一是增大材料的磁導(dǎo)μ，這樣勢(shì)必大大增加電機(jī)的成本；是增大定子、轉(zhuǎn)子的工作面積，這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)體積的增大。
特別是，在材料確定的情況下，增大工作面積的做法存在著較大的問題，即由于轉(zhuǎn)子體積增大，使轉(zhuǎn)子的質(zhì)量增大，增加了起動(dòng)的難度；同時(shí)，轉(zhuǎn)子體積增大后，使得定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過轉(zhuǎn)子的磁路長度增加，從而會(huì)導(dǎo)致磁通量的降低，反過來又會(huì)影響電機(jī)功率的增加。
因此，必須對(duì)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，如果能在不增加或少增加電機(jī)體積的情況下增大電機(jī)功率，也即在同等功率輸出的情況下減小電機(jī)的體積和重量，必將對(duì)電機(jī)的應(yīng)用產(chǎn)生革命性的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是提供一種新結(jié)構(gòu)的電機(jī)，其定子和轉(zhuǎn)子的設(shè)置使得在較小的體積和重量下可以制作大功率電機(jī)，即有效地提高電機(jī)的效率。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括殼體、定子和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子由至少2層圓筒狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子層組成，各轉(zhuǎn)子層之間通過轉(zhuǎn)子連接環(huán)固定連接，在相鄰兩層轉(zhuǎn)子層之間及外層轉(zhuǎn)子的外面分別設(shè)有一層定子層，各定子層之間通過定子連接環(huán)固定連接，轉(zhuǎn)子層和定子層成徑向相間排列結(jié)構(gòu)，最內(nèi)層的轉(zhuǎn)子中央固定連接有電機(jī)軸。
上述技術(shù)方案中，由數(shù)層定、轉(zhuǎn)子按圓徑方向逐層相間排列，組成內(nèi)、外式徑向多層電機(jī)，各相鄰的定子層與轉(zhuǎn)子層之間隔有氣隙，其中，分布在同一圓心角內(nèi)的內(nèi)、外層線圈，在同一時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的磁力線方向一致，考慮相鄰的兩層定子層，其間構(gòu)成了以相同速度變化的磁場(chǎng)，對(duì)位于其間的一層轉(zhuǎn)子層作功，使其轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，一方面由于有多層轉(zhuǎn)子，使得在相同體積的情況下，轉(zhuǎn)子的工作面積成倍增加，同時(shí)，相鄰定子層間的磁路長度減短。與現(xiàn)有技術(shù)相比，一方面在增大功率的情況下，不增加體積，即不增加轉(zhuǎn)子的重量，不會(huì)增加起動(dòng)困難；另一方面，多層結(jié)構(gòu)不會(huì)增加磁路長度，從而不會(huì)引起磁通量的降低。
上述技術(shù)方案中，轉(zhuǎn)子連接環(huán)將各層轉(zhuǎn)子連接為一體，在交變磁場(chǎng)的作用下一起旋轉(zhuǎn)，形成電機(jī)的輸出。根據(jù)轉(zhuǎn)子連接環(huán)的連接設(shè)置結(jié)構(gòu)，可以有兩類具體實(shí)現(xiàn)方案，一是所述轉(zhuǎn)子連接環(huán)位于轉(zhuǎn)子軸向的中央，與外層轉(zhuǎn)子為一體結(jié)構(gòu)，各內(nèi)層轉(zhuǎn)子均為兩段構(gòu)成，相對(duì)轉(zhuǎn)子連接環(huán)左右對(duì)稱布置并與轉(zhuǎn)子連接環(huán)固定連接，所述定子連接環(huán)為兩個(gè)，分別位于左右兩端，各層定子均由左右兩段構(gòu)成，分別與相應(yīng)的定子連接環(huán)連接；這種結(jié)構(gòu)下，轉(zhuǎn)子連接環(huán)位于中央，驅(qū)動(dòng)均衡有力。另一種方案是所述轉(zhuǎn)子連接環(huán)位于電機(jī)的一端，并與各轉(zhuǎn)子層構(gòu)成一體結(jié)構(gòu)，所述的定子連接環(huán)位于電機(jī)的另一端，并與各定子層構(gòu)成一體結(jié)構(gòu)；這種結(jié)構(gòu)制作方便，特別適用于薄形電機(jī)。
本技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)的最大區(qū)別即在于，現(xiàn)有技術(shù)是單個(gè)轉(zhuǎn)子在單個(gè)定子的筒形空間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，而本技術(shù)采用了層狀結(jié)構(gòu)，將轉(zhuǎn)子和定子分層，可以是2層定子和2層轉(zhuǎn)子，外層定子與殼體固定，內(nèi)層轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸固定，內(nèi)層轉(zhuǎn)子、內(nèi)層定子、外層轉(zhuǎn)子、外層定子由內(nèi)向外依次套合排列；也可以是3層定子和3層轉(zhuǎn)子，外層定子與殼體固定，內(nèi)層轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸固定，各層轉(zhuǎn)子和定子呈徑向相間排列結(jié)構(gòu)；還可以是4層定子和4層轉(zhuǎn)子，或者更多層的定子和轉(zhuǎn)子，外層定子與殼體固定，內(nèi)層轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸固定，各層轉(zhuǎn)子和定子呈徑向相間排列結(jié)構(gòu)。
本技術(shù)方案可以適用于各種形式的電機(jī)，只要變換定子和轉(zhuǎn)子的形式，即可構(gòu)成現(xiàn)有的各類電機(jī)。如所述每個(gè)轉(zhuǎn)子層由圓筒狀鐵芯構(gòu)成，鐵芯的表面均勻分布有與電機(jī)軸平行的銅嵌條，銅嵌條兩端由短路環(huán)連接，可以構(gòu)成感應(yīng)式電機(jī)；所述每個(gè)轉(zhuǎn)子層由圓筒狀鐵芯構(gòu)成，鐵芯表面開有槽，槽內(nèi)放有轉(zhuǎn)子線圈，可以構(gòu)成電磁式電機(jī)；所述每個(gè)轉(zhuǎn)子層由圓筒狀鐵芯構(gòu)成，鐵芯表面均勻分布有不同極性的磁鐵，可以構(gòu)成恒磁式電機(jī)。此外，改變其接線結(jié)構(gòu)，可以用于交流、直流、單相、三相等各種場(chǎng)合，以及作為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)使用。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1.由于本實(shí)用新型創(chuàng)造性地將原有的單層定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)改變?yōu)槎鄬佣ㄗ?、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，在相同的空間(體積)內(nèi)，增大了定子、轉(zhuǎn)子的工作面積，因而增大了磁通量，增大了旋轉(zhuǎn)力矩，增大了起動(dòng)能力和輸出功率，提高了電機(jī)的效率。
2.本實(shí)用新型給出了兩類轉(zhuǎn)子層間的連接形式，轉(zhuǎn)子連接環(huán)居中的形式有利于受力的平衡，特別適合于制作大功率電機(jī)，而轉(zhuǎn)子連接環(huán)位于一側(cè)的形式特別適合于制作薄形電機(jī)，可以適應(yīng)特殊場(chǎng)合的需求。


附圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是圖一中的A-A向剖視圖(殼體未畫出)；附圖3是實(shí)施例一中定子線圈和轉(zhuǎn)子線圈的空間位置關(guān)系示意圖；附圖4是現(xiàn)有技術(shù)中電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)分布示意圖；附圖5是圖4的B-B向剖視示意圖；附圖6是實(shí)施例一的電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)分布示意圖；附圖7是圖6的C-C向剖視示意圖。
其中[1]、外層定子；[2]、外層轉(zhuǎn)子；[3]、內(nèi)層定子；[4]、內(nèi)層轉(zhuǎn)子；[5]、電機(jī)軸；[6]、殼體；[7]、定子線圈；[8]、銅嵌條；[9]、磁力線；[10]、轉(zhuǎn)子連接環(huán)；[11]、定子連接環(huán)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述實(shí)施例一參見附圖1至附圖7所示，一種徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括殼體6、定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子各有2層，外層轉(zhuǎn)子2由環(huán)形的硅鋼片疊合成圓筒形鐵芯，圓筒半高處設(shè)有轉(zhuǎn)子連接環(huán)10，轉(zhuǎn)子連接環(huán)10由圓形硅鋼片疊合而成，中央開有與電機(jī)軸5緊配合的孔，內(nèi)層轉(zhuǎn)子4由對(duì)稱的兩段構(gòu)成，其中央開孔，安裝時(shí)從電機(jī)軸5的兩端套入，與電機(jī)軸5及轉(zhuǎn)子連接環(huán)10固定連接，外層轉(zhuǎn)子2和兩段內(nèi)層轉(zhuǎn)子4的外表面上與電機(jī)軸5平行方向分別均勻布置有銅嵌條8，銅嵌條8的兩端連接有短路環(huán)；所述定子由左右兩半構(gòu)成，定子的端部為定子連接環(huán)11，在定子連接環(huán)11一側(cè)連接有兩層圓筒形的定子，外層定子1的內(nèi)徑略大于外層轉(zhuǎn)子2的外徑，內(nèi)層定子3的外徑略小于外層轉(zhuǎn)子2的內(nèi)徑，內(nèi)層定子3的內(nèi)徑略大于內(nèi)層轉(zhuǎn)子4的外徑，從而使內(nèi)層轉(zhuǎn)子4、內(nèi)層定子3、外層轉(zhuǎn)子2、外層定子1依次排列，定子和轉(zhuǎn)子成相間結(jié)構(gòu)，相鄰的定子層和轉(zhuǎn)子層之間存在有確定的氣隙，兩層定子分別從電機(jī)軸5的左右兩側(cè)套入，外層定子1接合，內(nèi)層定子3的內(nèi)端與轉(zhuǎn)子連接環(huán)10之間有氣隙，定子鐵芯上繞有定子線圈7。外層定子1固定在殼體6內(nèi)，電機(jī)軸5通過軸承與殼體6的兩側(cè)端蓋連接并伸出殼體6。
實(shí)施例二如實(shí)施例一所述的徑向多層定子、轉(zhuǎn)子鐵芯，其定子、轉(zhuǎn)子各有三層，定子、轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一類同，構(gòu)成由內(nèi)層轉(zhuǎn)子、內(nèi)層定子、中層轉(zhuǎn)子、中層定子、外層轉(zhuǎn)子、外層定子組成的排列結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括殼體、定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于所述轉(zhuǎn)子由至少2層圓筒狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子層組成，各轉(zhuǎn)子層之間通過轉(zhuǎn)子連接環(huán)[10]固定連接，在相鄰兩層轉(zhuǎn)子層之間及外層轉(zhuǎn)子的外面分別設(shè)有一層定子層，各定子層之間通過定子連接環(huán)[11]固定連接，轉(zhuǎn)子層和定子層成徑向相間排列結(jié)構(gòu)，最內(nèi)層的轉(zhuǎn)子中央固定連接有電機(jī)軸[5]。
2.如權(quán)利要求1所述的徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子連接環(huán)[10]位于轉(zhuǎn)子軸向的中央，與外層轉(zhuǎn)子[2]為一體結(jié)構(gòu)，各內(nèi)層轉(zhuǎn)子[4]均為兩段構(gòu)成，相對(duì)轉(zhuǎn)子連接環(huán)[10]左右對(duì)稱布置并與轉(zhuǎn)子連接環(huán)[10]固定連接，所述定子連接環(huán)[11]為兩個(gè)，分別位于左右兩端，各層定子均由左右兩段構(gòu)成，分別與相應(yīng)的定子連接環(huán)[11]連接。
3.如權(quán)利要求1所述的徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子連接環(huán)[10]位于電機(jī)的一端，并與各轉(zhuǎn)子層構(gòu)成一體結(jié)構(gòu)，所述的定子連接環(huán)[11]位于電機(jī)的另一端，并與各定子層構(gòu)成一體結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)，其特征在于包括有2層定子和2層轉(zhuǎn)子，外層定子[1]與殼體[6]固定，內(nèi)層轉(zhuǎn)子[4]與電機(jī)軸[5]固定，內(nèi)層轉(zhuǎn)子[4]、內(nèi)層定子[3]、外層轉(zhuǎn)子[2]、外層定子[1]由內(nèi)向外依次套合排列。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)，其特征在于包括有3層定子和3層轉(zhuǎn)子，外層定子與殼體固定，內(nèi)層轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸固定，各層轉(zhuǎn)子和定子呈徑向相間排列結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1或2或3所述的徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)，其特征在于包括有4層定子和4層轉(zhuǎn)子，外層定子與殼體固定，內(nèi)層轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸固定，各層轉(zhuǎn)子和定子呈徑向相間排列結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1或2或3所述的徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)，其特征在于所述每個(gè)轉(zhuǎn)子層由圓筒狀鐵芯構(gòu)成，鐵芯的表面均勻分布有與電機(jī)軸平行的銅嵌條[8]，銅嵌條[8]兩端由短路環(huán)連接。
8.如權(quán)利要求1或2或3所述的徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)，其特征在于所述每個(gè)轉(zhuǎn)子層由圓筒狀鐵芯構(gòu)成，鐵芯表面開有槽，槽內(nèi)放有轉(zhuǎn)子線圈。
9.如權(quán)利要求1或2或3所述的徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)，其特征在于所述每個(gè)轉(zhuǎn)子層由圓筒狀鐵芯構(gòu)成，鐵芯表面均勻分布有不同極性的磁鐵。
專利摘要一種徑向多層定、轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括殼體、定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于所述轉(zhuǎn)子由至少2層圓筒狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子層組成，各轉(zhuǎn)子層之間通過轉(zhuǎn)子連接環(huán)固定連接，在相鄰兩層轉(zhuǎn)子層之間及外層轉(zhuǎn)子的外面分別設(shè)有一層定子層，各定子層之間通過定子連接環(huán)固定連接，轉(zhuǎn)子層和定子層成徑向相間排列結(jié)構(gòu)，最內(nèi)層的轉(zhuǎn)子中央固定連接有電機(jī)軸。本實(shí)用新型在相同的空間(體積)內(nèi)，增大了定子、轉(zhuǎn)子的工作面積，因而增大了磁通量，增大了旋轉(zhuǎn)力矩，增大了起動(dòng)能力和輸出功率，提高了電機(jī)的效率；同時(shí)可適應(yīng)各種特殊場(chǎng)合的需求。
文檔編號(hào)H02K16/00GK2529435SQ02219508
公開日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2002年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月20日
發(fā)明者朱鐵鋼 申請(qǐng)人:朱鐵鋼