專(zhuān)利名稱(chēng):交流電機(jī)的制作方法
本發(fā)明涉及電機(jī)，特別涉及交流電機(jī)。
現(xiàn)有的電機(jī)勵(lì)磁電流稍大、總重量較大、分布繞組所在的槽形-產(chǎn)生徑向振動(dòng)與較大的齒諧波、交流電機(jī)中接通交流電的分布繞組-結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
本發(fā)明的目的在于，提供勵(lì)磁電流稍小、總重量較輕、沒(méi)有徑向振動(dòng)，齒諧波小(接通交流電的)繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的電機(jī)。
上述目的，由本發(fā)明的十個(gè)方案實(shí)現(xiàn)。在敘述方案之前，先定義名詞與敘述導(dǎo)言，定子、轉(zhuǎn)子間，供轉(zhuǎn)動(dòng)用的間隙(該處塞入塞尺，可判斷是否對(duì)中)，稱(chēng)為間隙△;由齒的磁位降，折算為本發(fā)明面積更大的空氣長(zhǎng)度L，則間隙與L之和，為計(jì)算氣隙或“等值氣隙”(簡(jiǎn)稱(chēng)為“氣隙”δ)δ＝△+L-下文提及的氣隙，均指“等值氣隙”，其含義異于現(xiàn)有(人們把上述間隙稱(chēng)為氣隙，本文不如此)。以鐵心位置為特征，稱(chēng)兩鐵心為“外鐵心”(即處于外面的鐵心，其腳注為1，或稱(chēng)為鐵心1)和“內(nèi)鐵心”(位于外鐵心內(nèi)，其腳注為2，或稱(chēng)為鐵心2)?，F(xiàn)有技術(shù)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，用腳注d表示，本發(fā)明的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以腳注W表示;有必要區(qū)別兩者時(shí)用上述腳注，未標(biāo)腳注的，皆為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)代號(hào)或數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述的電機(jī)，由外鐵心外殼、內(nèi)鐵心、軸各一只(內(nèi)、外鐵心上，分別有)一只至多只繞組等主要部件組成，內(nèi)鐵心上一只繞組的例子、直流電機(jī)，外鐵心一只繞組的實(shí)例單相交流整流于電機(jī)，本發(fā)明解出二維場(chǎng)的偏微分方程，得出結(jié)論鐵心與其支持件間，若有磁導(dǎo)率更高的材料，該材料會(huì)使流入鐵心的磁通更多。亦即總磁通相等時(shí)，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，更多磁通流經(jīng)鐵心、更少磁通流經(jīng)鐵心的支持件，從而減小勵(lì)磁電流。利用這個(gè)結(jié)論，提出方案一、二、三、十。因所有方案均為獨(dú)立的方案，所以把各方案的實(shí)施例與優(yōu)點(diǎn)，分別列于該方案之后。本發(fā)明各方案為一.外鐵心的外表面、有磁導(dǎo)率更高的材料，其優(yōu)點(diǎn)已如上述。只須比鐵心磁導(dǎo)率更高的材料(例如μ磁性合金、鋁硅鐵粉、鎳鐵鉬導(dǎo)磁合金)處于外表面一薄層，即可改變邊界條件，亦即達(dá)到予期目的。實(shí)施方法可以把上述粉狀的材料摻入粘合劑(例如環(huán)氧樹(shù)脂)而成“油漆”，在該表面刷一層，也可以二.外鐵心的外表面與外殼的內(nèi)表面之間填有鋁硅鐵粉。填充步驟舉例在外鐵心與外殼(通常情況下，外殼即機(jī)座)的一端用環(huán)氧樹(shù)脂封閉。凝固后，以封閉端為底，外鐵心置振動(dòng)臺(tái)上、其中心線(xiàn)垂直于地面，自上端填入鋁硅鐵粉;填滿(mǎn)后由振動(dòng)力把粉粒振密(振實(shí))，加粉、再振，填實(shí)填滿(mǎn)后，用環(huán)氧樹(shù)脂封住。同理三.內(nèi)鐵心的內(nèi)表面，有磁導(dǎo)率更高的材料。其實(shí)施方法，同方案一。四.導(dǎo)言中所述的一只至多只繞組為分布繞組，其所在的鐵心，具有磁導(dǎo)率與空氣相同的齒，即齒由磁導(dǎo)率與空氣相等的材料構(gòu)成。這個(gè)方案的實(shí)施例，為“外鐵心內(nèi)表面”與“內(nèi)鐵心外表面”之間，空出齒及導(dǎo)線(xiàn)的空間，分布繞組所在的鐵心，澆鑄有色金屬(例如鋁或銅)、非磁性鑄鋼、塑料(例如聚四氟乙烯、聚氯乙烯;必要時(shí)，塑料的中心，以鋁為骨，可傳遞更大的力)，由這些材料構(gòu)成齒。齒與鐵心結(jié)合為一體的方式1)熱箍;2)鐵心表面開(kāi)槽、槽底為寬度更大的梯形、T形或圓形;3)方案2)接近表面處開(kāi)縫，縫中插入磁性薄片，薄片蓋住槽口。1)、3)方式下，鐵心的表面光滑。其他條件相同時(shí)，本方案的勵(lì)磁電流≤現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的條件△W≤△d+Ld;由此條件及相似原則，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可確定所須結(jié)構(gòu)尺寸。此方案的優(yōu)點(diǎn)1)用以傳遞力的齒寬，小于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，則容納導(dǎo)線(xiàn)的有效面積更大、槽更淺，因而散熱條件更好，則導(dǎo)線(xiàn)中電流密度更大，導(dǎo)線(xiàn)用量更少。2)磁力線(xiàn)垂直于(分布繞組所在的)鐵心(即垂直于導(dǎo)線(xiàn))、導(dǎo)線(xiàn)所在之處的磁密最大(也比現(xiàn)有的大)-若電機(jī)作為發(fā)電機(jī)、所生的電勢(shì)最大;若電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)、所生的力矩最大這兩種情況都是由最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，使得用料最省)。而且沒(méi)有徑向分力，消除現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中徑向振動(dòng)的根源，減輕軸承的徑向撞擊、從而延長(zhǎng)其使用期限。3)鐵心表面光滑的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)及使用時(shí)，均免除齒諧波大及噪音大的困擾。此方案槽的面積小于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，保持直徑與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相同的辦法有二加長(zhǎng)鐵心軸向長(zhǎng)度，或且五.分布繞組由磁性導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成導(dǎo)線(xiàn)為下列形式之一1)磁性材料的粉末，以一定的體積比例，摻入熔化的紫銅中、拌勻。磁性粉末的熔點(diǎn)高于銅，摻入后并未熔化、與銅混合;以該混合材料制造導(dǎo)線(xiàn);2)磁性材料與導(dǎo)電材料制成組合導(dǎo)線(xiàn)。最佳結(jié)構(gòu)是導(dǎo)線(xiàn)為方形，磁性材料與導(dǎo)電材料的分界面，平行于上述方形的兩個(gè)面，(靠近良導(dǎo)電體且)與分界面平行的絕緣材料表面，作出標(biāo)志;繞制繞組及下線(xiàn)時(shí)，使標(biāo)志朝向間隙且分界面平行于槽底。此導(dǎo)線(xiàn)制法在磁性板材的任一面，鍍銅(電鍍或化學(xué)鍍)，銅板置已鍍銅的表面，兩“軋輥”為電焊機(jī)的兩極，該兩種冷態(tài)的材料通過(guò)“軋輥”時(shí)，界面上電阻與電流，使該處銅熔化而融合為一.(軋輥不使材料變薄，只起“粘合”作用。)此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)A.導(dǎo)線(xiàn)的散熱面更大，良導(dǎo)電體中，允許電流密度更大;B、磁力線(xiàn)集中于電的良導(dǎo)體處更充分發(fā)揮磁力線(xiàn)的效能，因之進(jìn)一步節(jié)省材料、縮小外形。3)期望兼具電(流)與磁(力線(xiàn))的良導(dǎo)體問(wèn)世，以新材料制造導(dǎo)線(xiàn)。提出這一方案的原因在于方案一的不等式△W＜△d+Ld表明本發(fā)明的△W不應(yīng)太大;但如果導(dǎo)線(xiàn)具有磁性(特別是其中磁性材料的磁導(dǎo)率μW高于現(xiàn)有鐵心的μd時(shí))，情況就會(huì)改觀，μW更高，且磁性材料在槽中所占面積的比例高于某個(gè)數(shù)值時(shí)，良導(dǎo)電體在槽中所占的面積可接近現(xiàn)有結(jié)構(gòu)、而激磁電流不增大，磁導(dǎo)率高于矽鋼片的材料，有μ磁性合金、鋁硅鐵粉、鎳鐵鉬導(dǎo)磁合金。方案為1)、2)，而“勵(lì)磁電流更小”的結(jié)論，可解釋為合計(jì)電的良導(dǎo)體與絕緣物所占空間，雖接近現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中槽的面積，但以μW更高的材料(其μW為矽鋼片的5、7、25倍)局部替換現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中槽底以下μ更低的材料(替換指空間替換，兩者磁力線(xiàn)方向不同)。另一結(jié)構(gòu)是以高磁導(dǎo)率的材料，制作本發(fā)明所述的鐵心(局部或全部)，但高磁導(dǎo)率材料的用量更多?，F(xiàn)有槽形，采用此種導(dǎo)線(xiàn)，亦可略獲(上述)效益;可見(jiàn)本方案是個(gè)獨(dú)立的方案，不必附加以上任何方案，就可實(shí)施。二維場(chǎng)偏微分方程的解，還表明內(nèi)鐵心的內(nèi)徑、不必像現(xiàn)有結(jié)構(gòu)那么小，只須六.內(nèi)鐵心其內(nèi)(表面直)徑與(槽底處的直徑，即)外徑的比值，為(0.85～1.15)倍外鐵心(槽底直徑，即)內(nèi)徑與外(表面直)徑的比值。此方案更好的范圍是(0.95～1.05)倍。改變內(nèi)鐵心內(nèi)徑等于軸徑的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，而采用本方案，最多節(jié)省20%硅鋼片。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)內(nèi)鐵心的內(nèi)徑大，與之配合的軸，其直徑更大，直徑大、對(duì)材料要求低，所用材料可選價(jià)廉者。眾所周知除各繞組中通入的正弦電流具有所須的相位差外，只須各繞組所生的磁力線(xiàn)，在空間(按電角度)以相同的相位差、按正弦分布，便可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng);據(jù)此，繞組不必為分布繞組，只須七.導(dǎo)言中所述的一只至多只繞組為集中繞組、與交流電相接，繞組所在的鐵心極面，磁通密度按正弦分布(以軸的中心線(xiàn)為極座標(biāo)的原點(diǎn)、計(jì)量其“電角度”)，各鐵心極面的中心線(xiàn)，在空間相差的電角度，等于各繞組所生(正弦波形)磁通的時(shí)間相位差。-此方案有兩種實(shí)施例1)單相交流電機(jī)上述鐵心極面為曲面，該曲面與(另一鐵心的)圓柱面間的氣隙長(zhǎng)度，由該處磁力線(xiàn)確定，各氣隙的倒數(shù)，其比值依電角度、按余弦(的絕對(duì)值)分布(其中“氣隙為∞”處，磁通漏到另一曲面，可視為∞)。此例的鐵心，由形狀相同的硅鋼片疊成。繞組如同線(xiàn)圈，繞在曲面另一側(cè)的“鐵心柱”上。2)三相或多相交流電機(jī)處處氣隙相同，而電角度不同之處，上述曲面的“單元面積”dS不同(單元面積由兩個(gè)垂直于中心線(xiàn)的平面截取)，且其數(shù)值按余弦(的絕對(duì)值)分布，鐵心由形狀不同的硅鋼片疊成，繞組同上。該兩實(shí)施例，均可采用磁極與鐵心分開(kāi)的結(jié)構(gòu)(仿直流機(jī)、同步機(jī))也可聯(lián)為一體，而繞線(xiàn)不便。此兩實(shí)施例的鐵心極面為N極或S極，由其上繞組的電流方向確定。多極電機(jī)，僅電角度不同，上述結(jié)構(gòu)的性質(zhì)(即各矽鋼片形狀是否相同)不變。此方案的集中繞組，就是線(xiàn)圈，因之工藝也與線(xiàn)圈一樣簡(jiǎn)單。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)為集中繞組的磁勢(shì)比分布繞組大，因之只需更少導(dǎo)線(xiàn)，就可產(chǎn)生所需磁通。此方案的應(yīng)用范圍同步電機(jī)的交流繞組(用作發(fā)電機(jī)時(shí)，“與交流電相接”理解為與其他發(fā)電機(jī)并聯(lián))、導(dǎo)步電機(jī)的定子繞組、整流子電機(jī)的定子繞組。選用以上方案，于同步機(jī)中，可描述為八.方案七附加外鐵心外表面與外殼內(nèi)表面之間、內(nèi)鐵心與軸的縫隙中，均填充鋁硅鐵粉。九.方案八附加A.另一鐵心上的繞組為分布繞組，此鐵心的齒、由磁導(dǎo)率與空氣相等的材料構(gòu)成，B.分布繞組由磁性導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成，C.內(nèi)鐵心其內(nèi)(表面直徑)與(槽底處的直徑，即)外徑的比值，為(0.85～1.15)倍外鐵心(槽底直徑即)內(nèi)徑與外(表面直)徑的比值。就形成異步電機(jī)的較佳實(shí)施例。十.實(shí)施方案六(其內(nèi)鐵心的內(nèi)徑較大)，須軸的直徑較大;為減輕總重量及節(jié)省軸的材料，軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)為軸上有輪與圓盤(pán)形輪幅，由輪支持內(nèi)鐵心。此方案的目的在于磁力線(xiàn)有暢通的路徑;因此，其最佳實(shí)施例為盤(pán)形輪幅上無(wú)孔，且于鍛造軸時(shí)一并鍛出、盤(pán)形輪幅有若干個(gè)，其軸向距離相等(端部輪幅與鐵心端部的距離，等于上述距離的一半)，由幾節(jié)輪分別套上不同的輪幅、輪與輪幅電焊為一體，再機(jī)加工輪的外徑。輪與內(nèi)鐵心有縫隙、供填入高磁導(dǎo)率的粉末，內(nèi)鐵心以花鍵的形狀獲得對(duì)中。本方案可單獨(dú)用于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，也可與上述任何方案同時(shí)實(shí)施，與方案六同時(shí)實(shí)施，最多可減輕10%總重。以上十個(gè)方案，總說(shuō)明于下所述的各種繞組，可裝于外鐵心、也可裝于內(nèi)鐵心;方案一至方案六、加上方案十，除用于交流機(jī)外，還可用于直流機(jī)、整流子電機(jī);所有結(jié)構(gòu)，均可用于發(fā)電機(jī)、也可用于電動(dòng)機(jī)。
上述方案全部實(shí)施后，可達(dá)如下效果沒(méi)有徑向振動(dòng)、減輕軸承的徑向撞擊(從而延長(zhǎng)其使用壽命)、沒(méi)有齒諧波、噪音小(由方案四獲得);勵(lì)磁電流較小(由方案一至三獲得);總重量較輕(由方案六及十獲得);交流繞組的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、導(dǎo)線(xiàn)用量省(由方案七至九獲得)。
附圖表示本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例。圖1是三相兩極交流機(jī)結(jié)構(gòu)圖，圖2是A-A剖面;圖2是單相兩極交流機(jī)的磁極圖，圖4是B-B剖面。圖1表示出齒〔8〕、磁極〔12〕、磁性薄片〔13〕(詳方案四的C)、外鐵心〔1〕、內(nèi)鐵心〔2〕、外殼〔7〕、軸〔3〕等部件的形狀，可用于直流機(jī)。各圖其他標(biāo)號(hào)的含義4、5、6-交流繞組(形式為集中繞組);9、14-高磁導(dǎo)率材料(粉末);12-某相的S極;10、11-其他兩相的N極。為表示細(xì)部，各圖均不按比例。
利用端蓋上的彈性墊襯，把各磁極固定于軸向位置。本發(fā)明未述之結(jié)構(gòu)與裝配方法，與現(xiàn)有技術(shù)相同。
權(quán)利要求
1.電機(jī)，特別是交流電機(jī)，由外鐵心[1]、外殼[7]、內(nèi)鐵心[2]、軸[3]、各一只、(內(nèi)、外鐵心上，分別有)一只至多只繞組[4，5，6]組成，其特征在于外鐵心[1]的外表面，有磁導(dǎo)率更高的材料。
2.按權(quán)利要求
1所述的電機(jī)，其特征在于外鐵心〔1〕的外表面與外殼〔7〕的內(nèi)表面之間填有鋁硅鐵粉。
3.按權(quán)利要求
1所述的電機(jī)，其特征在于內(nèi)鐵心〔2〕的內(nèi)表面，有磁導(dǎo)率更高的材料。
4.按權(quán)利要求
1所述的電機(jī)，其特征在于一只至多只繞組〔4，5，6〕為分布繞組，其所在的鐵心，具有磁導(dǎo)率與空氣相同的齒，即齒由磁導(dǎo)率與空氣相等的材料構(gòu)成。
5.按權(quán)利要求
1所述的電機(jī)，其特征在于分布繞組由磁性導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成。
6.按權(quán)利要求
1所述的電機(jī)，其特征在于內(nèi)鐵心〔2〕，其內(nèi)(表面直)經(jīng)與(槽底處的直徑，即)外徑的比值，為(0.85～1.15)倍外鐵心〔1〕(槽底直徑，即)內(nèi)徑與外(表面直)徑的比值。
7.按權(quán)利要求
1所述的電機(jī)，其特征在于一只至多只繞組〔4，5，6〕為集中繞組、與交流電相接，繞組〔4，5，6〕所在的鐵心極面，磁通密度按正弦分布(以軸〔7〕的中心線(xiàn)為極座標(biāo)的原點(diǎn)、計(jì)量其“電角度”)，各鐵心極面的中心線(xiàn)，在空間相差的電角度，等于各繞組所生(正弦波形)磁通的時(shí)間相位差。
8.按權(quán)利要求
7所述的電機(jī)，其特征在于外鐵心〔1〕外表面與外殼內(nèi)表面之間，內(nèi)鐵心〔2〕與軸〔7〕的縫隙中，均填充鋁硅鐵粉。
9.按權(quán)利要求
8所述的電機(jī)，其特征在于A.另一鐵心上的繞組為分布繞組，此鐵心的齒、由磁導(dǎo)率與空氣相等的材料構(gòu)成，B.分布繞組由磁性導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成，C.內(nèi)鐵心〔2〕，其內(nèi)(表面直徑)與(槽底處的直徑，即)外徑的比值，為(0.85～1.15)倍外鐵心〔1〕(槽底直徑，即)內(nèi)徑與外(表面直)徑的比值。
10.按權(quán)利要求
1至9，其中任一要求所述的電機(jī)，其特征在于軸〔7〕上有輪與圓盤(pán)形輪幅，由輪支持內(nèi)鐵心〔2〕。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明涉及電機(jī)，特別涉及交流電機(jī)。為改進(jìn)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出十個(gè)方案；其中七個(gè)方案還可用于直流機(jī)與整流子電機(jī)——例如非磁性的齒，可根除徑向振動(dòng)，軸承因免受徑向力撞擊而延長(zhǎng)使用壽命，并使齒諧波與噪音均很低；內(nèi)鐵心的內(nèi)徑合理、最多可省硅鋼片20％；加上軸的結(jié)構(gòu)，總重量最多可減輕10％；非氣隙處、鐵心加一層高磁導(dǎo)率材料后，可減小勵(lì)磁電流。交流繞組，采用集中繞組；其所須工藝，與線(xiàn)圈一樣簡(jiǎn)單，其所需導(dǎo)線(xiàn)更少。
文檔編號(hào)H02K1/06GK86105769SQ86105769
公開(kāi)日1987年1月14日 申請(qǐng)日期1986年7月20日
發(fā)明者孔令如 申請(qǐng)人:孔令如導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan