專利名稱：無硅鋼片的平面電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及具有永久磁體的電機(jī)，特別涉及有旋轉(zhuǎn)電樞和靜止磁體的無硅鋼片的平面電機(jī)。
目前電機(jī)的傳統(tǒng)形式是定子與轉(zhuǎn)子作同心的圓筒式結(jié)構(gòu)，定子、轉(zhuǎn)子都少不了要用硅鋼片，因落料都是圓片，所以硅鋼片的利用率不高，在國外如日本已有一種用帶條硅鋼片盤制的小型平面電機(jī)，把帶條硅鋼片盤成扁柱狀來代替疊壓的圓片，因此硅鋼片能提高利用率22％，但這種帶條式硅鋼又帶來了新的沖槽困難，因硅鋼片越盤越大，槽距也隨之加長，再若硅鋼片厚度不勻，槽楔就不平整，這需要用很復(fù)雜的沖槽機(jī)才行，因而推廣困難。
為了克服以上缺點，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，其定子和轉(zhuǎn)子都不用硅鋼片且制作方便、體積小、重量輕的平面電機(jī)。
本實用新型所提供的平面電機(jī)，包含分別裝有至少一對作為磁極的永磁塊的第一定子殼體和第二定子殼體，與上述兩定子殼體相連的環(huán)形殼體，與轉(zhuǎn)子軸相連的轉(zhuǎn)子，裝在轉(zhuǎn)子軸上的多個匯流環(huán)，固定在殼體上的裝有與匯流環(huán)相接觸的電刷的電刷架，上述兩定子殼體上的永磁塊相對設(shè)置且極性相反，上述轉(zhuǎn)子具有放置在底層絕緣布和頂層絕緣布之間的至少一層線圈組，且其中間以絕緣材料填平后熱壓而成為其中可裝上轉(zhuǎn)子軸的環(huán)狀轉(zhuǎn)子，且每個定子殼體上的相鄰的永磁塊的極性相反。
本實用新型的優(yōu)點在于體積小、重量輕，效率高，不用硅鋼片，可作小型(幾千瓦以下)發(fā)電機(jī)及直流電動機(jī)，能安裝在一般電機(jī)難以安裝的場合，如架于高空的風(fēng)力發(fā)電，直接耦合的柴油發(fā)電機(jī)及摩托車上的電動機(jī)等。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的最佳實施例作詳細(xì)說明。


圖1(a)為本實用新型的平面電機(jī)的示意的側(cè)視圖；圖1(b)本實用新型的平面電機(jī)的示意的主局部剖視圖；圖2為表示本實用新型的平面電機(jī)的磁路的示意的主視圖；圖3(a)為本實用新型的平面電機(jī)的定子殼體的示意的側(cè)視圖；圖3(b)為圖3(a)的a－a剖視圖；圖4(a)、(b)、(c)為分別表示本實用新型的平面電機(jī)的定子殼體上的永磁塊的形狀的圖；圖4(d)、(e)、(f)為分別表示使用圖4(a)、(b)、(c)的永磁塊時所產(chǎn)生的電壓的波形圖；圖5(a)為表示展開的定子上的永磁塊的圖；圖5(b)為表示單層線圈繞制聯(lián)結(jié)的示意圖；圖5(c)為表示雙層線圈繞制聯(lián)結(jié)的示意圖；圖6(a)為表示四極電機(jī)各層轉(zhuǎn)子線圈組的示意圖；圖6(b)為表示三相電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的一實施例的示意主剖視圖。
參見圖1，圖1(a)為本實用新型的平面電機(jī)的示意的側(cè)視圖；圖1(b)為本實用新型的平面電機(jī)的示意的主局剖剖視圖。其中1為第一定子殼體，其上設(shè)有作為磁極的永磁塊［2，2′］，永磁塊至少一對，永磁塊為一對時電機(jī)為二極電機(jī)，永磁塊為二對時電機(jī)為四極電機(jī)，永磁塊為三對時電機(jī)為六極電機(jī)等，3為第二定子殼體，其上具有的永磁塊4和4′與第一定子殼體1上的永磁塊2和2′在數(shù)量上相等，且面對面設(shè)置的各永磁塊的極性相反，且同一定子殼體上的相鄰的兩永磁塊的極性也相反。從而形成平行的軸向磁場，永磁塊可用環(huán)氧樹脂等粘結(jié)到定子殼體上，永磁塊可采用釹鐵硼合金或其他含稀土元素的永磁材料。轉(zhuǎn)子5與轉(zhuǎn)子軸6一起旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子5至少具有一層線圈組，線圈組的引線32與裝在轉(zhuǎn)子軸6的匯流環(huán)7－9分別相聯(lián)，電機(jī)為單相時有兩個匯流環(huán)，而電機(jī)為三相時則具有三個匯流環(huán)。33a－33c為電刷支架，內(nèi)裝有彈簧13－15和電刷10－12。各電刷支架的支持板16經(jīng)螺釘17、18固定在第二定子殼體3上，顯然也可以固定在其他殼體部位上。發(fā)出的電壓經(jīng)電刷10－12與外部相連，如作電動機(jī)用時則電經(jīng)電刷10－12進(jìn)入轉(zhuǎn)子線圈組。27為環(huán)形殼體、與第一定子殼體1、第二定子殼體3形成一總殼體，環(huán)形殼體27通過螺釘28－31與第一、第二定子殼體1，3相連。顯然上述螺釘也可以設(shè)置成從圖1看是水平的。環(huán)形殼體27用來保證第一和第二定子殼體1，3間的距離，它最好用鋁合金或酚醛層壓筒等非導(dǎo)磁材料制造，以避免漏磁。在要求不高時也可用導(dǎo)磁材料。20、25分別為安裝在第一定子殼體1和第二定子殼體3上的軸承，例如滾珠軸承，19、26分別為經(jīng)螺釘21、22和螺釘23、24安裝在第一定子殼體1和第二定子殼體3上的蓋板，為了使軸承軸向止動顯然可在軸承20、25的各內(nèi)側(cè)設(shè)擋板(未圖示)，或在軸6上形成肩胛(未圖示)。轉(zhuǎn)子5和定子殼體1，3之間保持適當(dāng)?shù)男￠g隙以免相碰。
參見圖2，圖2為表示平面電機(jī)的磁路的示意圖，圖中以每個定子殼體上設(shè)有一對磁體為例進(jìn)行說明，從圖中可看出，以虛線34表示磁通，及各磁體2，2′及4，4′在相對的表面上的磁極極性，從而使磁力線在相對的兩磁極間形成一推一拉，使磁場可增大約一倍。磁通穿過轉(zhuǎn)子5上的線圈而產(chǎn)生電磁效應(yīng)。定子殼體1，3可用鑄鋼板制作，其中經(jīng)粘接固定有永磁體作磁極，殼體1，3本身還可起磁軛的作用，并提供該殼體上相鄰的永磁體之間的磁力線的通路。
參見圖3，圖3(a)為平面電機(jī)的定子殼體的示意側(cè)視圖；圖3(b)為圖3a的a－a剖視圖。從圖中看出在第一定子殼體1上沿圓周均勻分布有6個作磁極用的6個永磁塊2，2′，201－204。永磁塊的形狀為扇形。第一定子殼體1上的孔35用以設(shè)置軸承20。第二定子殼體3的結(jié)構(gòu)和第一定子殼體1相同。
參見圖4，圖4(a)－(c)分別表示永磁塊的截面形狀，圖4(d)－(f)分別表示在圖(a)－(c)的永磁塊下所產(chǎn)生的電壓波形圖。作磁極用的永磁塊的截面形狀可以是扇面形(圖4(a))，正方形(圖4(b))或圓形(圖4(c))，從所產(chǎn)生的波形面積看(圖4(d)－(e))，最大是扇面形，故以扇面形為最佳。
參見圖5，圖5是以截面為正方形的磁極為例將磁極和線圈組從圓周上展開成一直線的圖。各線圈組的中間的空間36的大小基本上和其相對應(yīng)的磁極37的截面相同。圖5中為正方形，也可以為圓形、扇形等。有些差異也是可以的，但效率稍低，且增加導(dǎo)線用量。圖3(b)是單層線圈繞制聯(lián)結(jié)法，圖3(c)是雙層線圈繞制聯(lián)結(jié)法，上層用實線表示，下層用虛線表示，這樣聯(lián)結(jié)時，各層線圈的聯(lián)結(jié)沒有導(dǎo)線交叉，能使轉(zhuǎn)子表面平整，不致因結(jié)頭多而使轉(zhuǎn)子增加厚度。
參見圖6，圖6(a)表示四極電機(jī)的各層轉(zhuǎn)子線圈組的配置的示意圖，圖6(b)為表示三相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的示意的主剖視圖。圖中以四極三相電機(jī)、且永磁塊截面為扇面形時為例說明。當(dāng)電機(jī)為三相時繞制相同的三套線圈組，按保證三相間相互差120°電氣角的要求來疊放，即當(dāng)電機(jī)為四極時三相線圈組之間的機(jī)械角分別相差60°。圖6(a)畫出其中第一相線圈組AX，其中A為始端，X為其終端。第二相線圈組BY、第三相線圈組CZ都與第一相線圈組AX結(jié)構(gòu)相同，在圖6(a)中未圖示，僅標(biāo)出其各自的起點B、C的位置，以示意地圖示第二、三相線圈組在圓周上的位置。但B、C的具體出線處還可以在圓周上對稱配置以保持動平衡。從圖6(b)可以看出三相線圈組連接成Y形(即X、Y、Z三端連到一起)，第一相線圈組502、第二相線圈組504、第三相線圈組506分層設(shè)置，501為第一絕緣布層，507為第二絕緣布層，503、515分別為各相線圈組502、504和506之間的絕緣布。而線圈層中的空隙處則填充以絕緣材料509(以圓點表示)如粘膠絕緣布、或塑料粉粒等。
轉(zhuǎn)子可用壓模壓制而成圓環(huán)狀，壓模的尺寸比轉(zhuǎn)子線圈直徑略大，模壓前先將代軸的模軸放入孔508中，先在底層放上粘膠絕緣布或玻璃布501，然后放好第一相線圈組502，在該線圈平面內(nèi)外的空間都填放粘膠絕緣布使與線圈組相平，然后放第二相、第三相線圈組504、506。每層線圈組間用絕緣布如粘膠絕緣布隔開。最后放上其表面上的第二絕緣布層(如粘膠絕緣布)507，送入壓機(jī)熱壓，溫度可控制在150℃左右，經(jīng)過一段時間后粘膠布與線圈組熔結(jié)在一起變成一塊整體，線圈內(nèi)外用的填充材料除粘膠絕緣(玻璃)布外也可以用塑料粉粒代替，在只要使壓制時線圈位置不能走動即可。所用粘膠玻璃布的厚度可以是0.16mm的玻璃布。
本實用新型的電機(jī)當(dāng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中被外力帶動而旋轉(zhuǎn)時因切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電勢其大小按BLV計算，其中B是磁感應(yīng)強度，L是導(dǎo)體的有效長度，V是導(dǎo)體的線速度。此時可發(fā)出單相或三相的交流電，如加裝常規(guī)的整流裝置即可得到直流電。此電機(jī)是可逆的，轉(zhuǎn)子若通入直流電流，從BLI公式中可得到電磁力F和電磁轉(zhuǎn)矩M，因外界磁場是固定不變的，所以轉(zhuǎn)子通入直流電流即可旋轉(zhuǎn)。如電源是交流的則可在變換為直流后再驅(qū)動電機(jī)。
由以上可看出本電機(jī)的特點是(1)定子轉(zhuǎn)子都不用硅鋼片，節(jié)約了鋼材，省卻了沖槽，浸漆及烘干等工序，同時工藝裝備不需要落料沖槽機(jī)、烘箱等設(shè)備，節(jié)約了生產(chǎn)面積；(2)轉(zhuǎn)子不含鐵磁物質(zhì)，定子只有定子殼體上的磁軛一段磁路，鐵損幾乎等于零，提高效率5－10％。
(3)電機(jī)沒有硅鋼片，減輕了重量，縮小了體積，轉(zhuǎn)子只有銅線和絕緣材料的重量，且厚度薄例如為10mm左右。因此起動力矩很小，只需約0.04公斤米，增加了轉(zhuǎn)動靈活性，更適用于需經(jīng)常起動的場合。
權(quán)利要求1.一種無硅鋼片的平面電機(jī)，包括裝有至少一對作為磁極的永磁塊[2，2′]的第一定子殼體[1]，裝有至少一對作為磁極的永磁塊[4，4′]的第二定子殼體[3]，與上述兩定子殼體[1，3]相連的環(huán)形殼體[27]，與轉(zhuǎn)子軸[6]相連的轉(zhuǎn)子[5]，裝在轉(zhuǎn)子軸[5]上的多個匯流環(huán)[7，8，9]，固定在殼體上的裝有與匯流環(huán)[7，8，9]相接觸的電刷[10，11，12]的電刷架[13，14，15]，上述兩定子殼體上的永磁塊相對設(shè)置且極性相反，其特征在于上述轉(zhuǎn)子[5]具有放置在底層的第一絕緣布[50]和頂層的第二絕緣布[507]之間的至少一層線圈組，且該層線圈的空隙處填以絕緣材料，熱壓成形為環(huán)狀轉(zhuǎn)子，且每個定子殼體[1，3]上的相鄰的永磁塊的極性相反。
2.如權(quán)利要求1所述的平面電機(jī)，其特征在于上述永磁塊的截面形狀為圓形、扇形或方形。
3.如權(quán)利要求2所述的平面電機(jī)，其特征在于上述線圈組的每個線圈中間所包圍的空間的截面與永磁塊的截面基本相同。
4.如權(quán)利要求1所述的平面電機(jī)，其特征在于具有三層線圈組，每兩層線圈組之間隔以絕緣布。
5.如權(quán)利要求1所述的平面電機(jī)，其特征在于永磁塊用釹鐵硼合金制成。
6.如權(quán)利要求1所述的平面電機(jī)，其特征在于上述環(huán)形殼體［27］由非導(dǎo)磁材料制成。
專利摘要一種無硅鋼片的平面電機(jī)包括裝有至少一對作為磁極的永磁塊的第一、第二定子殼體，與兩定子殼體相連的環(huán)形殼體，與轉(zhuǎn)子軸相連的轉(zhuǎn)子，裝在轉(zhuǎn)子軸上的匯流環(huán)，固定在殼體上的帶電刷的電刷架，兩定子殼體上的永磁塊相對設(shè)置且極性相反，轉(zhuǎn)子具有放置在第一絕緣布和第二絕緣布之間的至少一層線圈組，且其空隙填以絕緣材料后熱壓而成型為環(huán)狀轉(zhuǎn)子。本電機(jī)生產(chǎn)工藝簡便，效率高，重量輕，適用于風(fēng)力發(fā)電或摩托車上的電動機(jī)等。
文檔編號H02K21/26GK2074075SQ90216548
公開日1991年3月27日 申請日期1990年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月14日
發(fā)明者徐介祥 申請人:徐介祥