專利名稱:磁性套筒式電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于發(fā)電機(jī)和電動機(jī)結(jié)構(gòu)和制造方面的發(fā)明,可應(yīng)用于交流和直流電機(jī)。
在交流電機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中存在著一對矛盾從嵌線工藝的角度看,需要槽口大些好;從電機(jī)的性能的角度看,需要槽口小些好。本發(fā)明的目的就是既能滿足嵌線工藝,又能滿足電機(jī)的性能。
本發(fā)明采用磁性套筒式結(jié)構(gòu)的電機(jī),使電機(jī)在嵌線時是開口槽,然后加上磁性套筒使電機(jī)變成閉口槽電機(jī)??梢詫?shí)現(xiàn)以下目的1、可以使大型電動機(jī)和發(fā)電機(jī)由開口槽變成閉口槽,從而改善電機(jī)性能;2、可將半開口槽和半閉口槽的電機(jī)都做成開口槽嵌線、閉口槽裝配,使電機(jī)的嵌線工藝、質(zhì)量、槽滿率、匝間絕緣都得到改善而不降低其性能。3、使得直流電機(jī)換向性需要的N-S極之間中性區(qū)域變得寬和平坦,電抗電動勢也平坦。
本發(fā)明的特征是將電機(jī)鐵芯做成開口槽,嵌好線以后再裝上磁性套筒,將開口槽封閉成閉口槽。圖2是一個開口槽定子剖面,圖1是一個磁性套筒,其最基本的結(jié)構(gòu)是由一組磁性圓環(huán)組成,環(huán)與環(huán)之間絕緣。磁性套筒還可以有后面敘述的數(shù)種結(jié)構(gòu)。嵌好線圈以后,將這些鐵磁圓環(huán)套入鐵芯,電機(jī)就成了定子為圖3形狀、轉(zhuǎn)子為圖4形狀的磁性套筒式閉口槽電機(jī),當(dāng)轉(zhuǎn)子為凸極式時,磁性套筒就不一定是圓形。圖1的磁性套筒套在圖2的定子鐵芯2的內(nèi)表面,使定子鐵芯內(nèi)表面變成圖3形狀的光滑表面。磁性套筒由鐵磁性或亞鐵磁性材料做成。從電機(jī)性能的角度來看,磁性套筒應(yīng)該是渦流小和齒間漏磁小并有能力向槽口處提供足夠的磁通,以盡量消除齒諧波,改善電機(jī)性能,所以磁性套筒的厚度是一個關(guān)鍵數(shù)據(jù),厚度d不能太厚,太厚則引起齒頂間漏磁過大,會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩降低等不利影響,也不能太薄,太薄則無法提供足夠的磁通,消除齒諧波的作用不顯著,同時還要有足夠的厚度抵抗轉(zhuǎn)子的磁拉力。另外,對基本結(jié)構(gòu)的磁性套筒而言,每個環(huán)的寬度K不能太寬,太寬則渦流太大,但太窄則工藝性差。根據(jù)電機(jī)類型和規(guī)格的不同,厚度在0.2-10mm之間,基本結(jié)構(gòu)的磁性套筒每個環(huán)的寬度在0.5-50mm之間,要結(jié)合電機(jī)的工作性能和工藝性綜合考慮,根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定環(huán)的寬度和厚度數(shù)據(jù)。對定子而言,磁性套筒外圓直徑等于定子內(nèi)圓直徑,它是緊配合嵌套在定子內(nèi)圓表面,在嵌套之前涂上粘接劑可以加強(qiáng)磁性套筒抗震動脫落的性能和產(chǎn)生磁性套筒的環(huán)與環(huán)之間以及環(huán)與鐵芯齒面之間的絕緣作用。除了粘接的方法以外,還可以采用電阻焊(即點(diǎn)焊)的方法將磁性套筒與鐵芯焊接為一個整體,對于大型電機(jī),采用點(diǎn)焊的方法將具有更高的可靠性。
磁性套筒的幾種基本結(jié)構(gòu)如下1、先描述一種最基本的結(jié)構(gòu),圖1的磁性套筒是由一組用鐵磁性材料(如硅鋼)制成的圓環(huán)組成。先生產(chǎn)出成卷的多種規(guī)格的矩形截面或圓截面的硅鋼絲,再將硅鋼絲裁剪成所需的長度焊接(對焊、點(diǎn)焊等)成環(huán)。圓環(huán)的厚度d應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)材料一定時,為了保證有效地抑制齒諧波,d通常隨著槽口寬度的增加而增加,即厚度d是槽口寬度T的增函數(shù)。這里提出一個估算公式說明厚度d是槽口寬度T的增函數(shù),以供參考d=G*Bδ*T/(2*Bs),式中d為磁性套筒厚度,Bδ為氣隙磁密,T為以開口槽計(jì)算的槽口寬度,Bs為磁性套筒材料的飽和磁密,G為修正系數(shù)。對小型電機(jī)而言,環(huán)的厚度應(yīng)該比較薄,可以采用現(xiàn)有硅鋼片的厚度(如0.35mm或0.5mm),將硅鋼片剪切成長條以后再焊接成環(huán)。對于槽口寬度大的電機(jī)則需要定制成厚的(如1mm-10mm)硅鋼條,寬度K最大可以與各段鐵芯的厚度相等,但是從減小渦流的角度來看,從電機(jī)性能的角度看,環(huán)寬度越小越好,應(yīng)不大于定子的鐵芯齒寬的一半比較合理,控制在10mm以下為好,以免環(huán)面的渦流太大。當(dāng)然,如果強(qiáng)調(diào)工藝性的話,寬一些也可以,只是它的渦流損耗偏大一些。要補(bǔ)充說明的是,硅鋼環(huán)在套入鐵芯以前不可能很圓,也沒有必要將硅鋼環(huán)整圓,因?yàn)楣桎摥h(huán)套入鐵芯以后會被定子鐵芯內(nèi)圓逼成圓形,所以只要保證硅鋼環(huán)的外部周長與定子內(nèi)圓周長相等從而形成緊配合就可以了。對于轉(zhuǎn)子而言,可用磁性套筒箍套在轉(zhuǎn)子表面,也可以用纏繞法將硅鋼線緊繞在轉(zhuǎn)子表面。
2、磁性套筒的另一種結(jié)構(gòu)是圖5的螺旋式磁性套筒,預(yù)先用鐵磁性材料制成一卷線狀的材料,其截面可以是多種規(guī)格的矩形或圓形,稱磁性線。待鐵芯齒面和磁性線涂好膠以后,將這種磁性線緊貼并粘接在鐵芯齒表面繞制呈圖5的彈簧狀,其首尾兩端用點(diǎn)焊或卡住固定。
3、磁性套筒結(jié)構(gòu)還有多種結(jié)構(gòu)。圖6是由整塊軟磁性材料制成的圓筒形狀的磁性套筒,此材料要求電阻率高和導(dǎo)磁率高,就目前來說采用鐵氧體、高硅鋁鋼或超高硅鋁鋼比較好,也可用鐵磁性粉末和粘結(jié)膠制成。圖6的金屬整塊式磁性磁套筒的渦流很大,開一些縫可以減小渦流,圖7是在整塊式磁性套筒的基體上沿軸向割開一些長縫6,圖8是在整塊式磁性套筒的基體上沿圓周向割開一些長縫7,并注入樹脂膠用來彌補(bǔ)強(qiáng)度和加強(qiáng)絕緣,割縫分布形狀的其它方式是容易設(shè)想的,不能窮舉。如果圖8中的圓周向割縫7的割一整圓,則圖8成了一組與圖1一樣由短的磁性環(huán)組成的磁性套筒。圖9是一個結(jié)合式的磁性套,在對應(yīng)于槽口的部位11,用一些非金屬材料(如樹脂或編織方法)將一組單個的磁性圓環(huán)結(jié)合成一個完整的磁性套筒,11是被結(jié)合的部分,也是對應(yīng)于槽口的部分。整個磁性套筒粘接在鐵芯上。
由于加上磁性套筒后會對電機(jī)的電磁特性產(chǎn)生影響,所以可以對電機(jī)的結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1、電機(jī)設(shè)計(jì)中,采用斜槽設(shè)計(jì)和定轉(zhuǎn)子槽數(shù)比的設(shè)計(jì)以及較多的槽數(shù)設(shè)計(jì)的目的是抑制齒諧波,由于磁性套筒抑制了齒諧波,所以電機(jī)的斜槽設(shè)計(jì)和定轉(zhuǎn)子槽數(shù)比的設(shè)計(jì)以及較多的槽數(shù)設(shè)計(jì)就可以重新考慮,只要充分的抑制了齒諧波,就可以減小斜槽角度或取消斜槽;使定轉(zhuǎn)子槽數(shù)比接近于或等于1;可以相應(yīng)地減少槽數(shù)。
2、采用磁性套筒后,對半閉口槽和半開口槽的電機(jī)而言,都可以改成開口槽嵌線,有利于提高槽滿率和嵌線質(zhì)量。
3、磁性套筒實(shí)際上是一層鋼套,可以起到阻止槽內(nèi)線圈跑出槽口的作用,所以只要選用較高剛度和合理厚度的磁性套筒,就可以取消槽楔,減小電機(jī)體積。
4、采用磁性套筒以后多了一條磁路,對勵磁磁路而言磁阻減小,有利于提高磁飽和深度;對起去磁作用的電樞反應(yīng)而言,磁性套筒旁路了電樞反應(yīng)磁通,抑制了電樞反應(yīng);對增磁作用的電樞反應(yīng)而言,由于勵磁磁路已經(jīng)處于深度飽和,再增加勵磁磁勢也不會使磁密有大的增加。以上效果相當(dāng)于加大了短路比,所以可相應(yīng)地減小氣隙,從而減小勵磁損耗,提高發(fā)電機(jī)的效率和發(fā)電容量。
采用磁性套筒再配合優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì),可以電機(jī)的損耗下降,溫升降低,從而提高電機(jī)的額定工作點(diǎn)的容量。
磁性套筒還能改善直流電機(jī)的性能,磁性套筒使得電機(jī)的N-S極之間的中性區(qū)域加寬和平坦,加上電抗電動勢也比較平坦,使電機(jī)的換向性得到改善。這一改善使得氣隙可以減小,從而可以減小勵磁功率。
和實(shí)施例圖1為磁性套筒的基本結(jié)構(gòu),由一組寬為K、厚為d的磁性圓環(huán)組成。圖2為開口槽電機(jī)定子,槽口寬為T。當(dāng)磁性套筒套入圖2的定子內(nèi)圓后,定子由圖2的開口槽變成了圖3的閉口槽,圖3中,1為磁性套筒,2為定子鐵芯,槽口寬度為T。圖4為電機(jī)轉(zhuǎn)子示意圖,鐵芯4為凸極式時,所裝的磁性套筒3不一定為圓形,其他形式的轉(zhuǎn)子的磁性套筒3為圓形。圖5為螺旋式磁性套筒。圖6為整體式磁性套筒。圖7為在軸向有割縫6的磁性套筒。圖8為有圓周方向割縫7的磁性套筒。圖9為結(jié)合式磁性套筒。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是新結(jié)構(gòu)的電機(jī),其特征是將電機(jī)鐵芯做成開口槽,嵌好線以后再裝上磁性套筒,將開口槽封閉成閉口槽。圖2是一個開口槽定子剖面,圖1是一個磁性套筒,其最基本的結(jié)構(gòu)是由一組磁性圓環(huán)組成,環(huán)與環(huán)之間絕緣。磁性套筒還可以有后面敘述的數(shù)種結(jié)構(gòu)。嵌好線圈以后,將這些鐵磁圓環(huán)套入鐵芯,電機(jī)就成了定子為圖3形狀、轉(zhuǎn)子為圖4形狀的磁性套筒式閉口槽電機(jī),當(dāng)轉(zhuǎn)子為凸極式時,磁性套筒就不一定是圓形。圖1的磁性套筒套在圖2的定子鐵芯2的內(nèi)表面,使定子鐵芯內(nèi)表面變成圖3形狀的光滑表面。磁性套筒由鐵磁性或亞鐵磁性材料做成。從電機(jī)性能的角度來看,磁性套筒應(yīng)該是渦流小和齒間漏磁小并有能力向槽口處提供足夠的磁通,以盡量消除齒諧波,改善電機(jī)性能,所以磁性套筒的厚度是一個關(guān)鍵數(shù)據(jù),厚度d不能太厚,太厚則引起齒頂間漏磁過大,會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩降低等不利影響,也不能太薄,太薄則無法提供足夠的磁通,消除齒諧波的作用不顯著,同時還要有足夠的厚度抵抗轉(zhuǎn)子的磁拉力。另外,對基本結(jié)構(gòu)的磁性套筒而言,每個環(huán)的寬度K不能太寬,太寬則渦流太大,但太窄則工藝性差。根據(jù)電機(jī)類型和規(guī)格的不同,厚度在0.2-10mm之間,基本結(jié)構(gòu)的磁性套筒每個環(huán)的寬度在0.5-50mm之間,要結(jié)合電機(jī)的工作性能和工藝性綜合考慮,根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定環(huán)的寬度和厚度數(shù)據(jù)。對定子而言,磁性套筒外圓直徑等于定子內(nèi)圓直徑,它是緊配合嵌套在定子內(nèi)圓表面,在嵌套之前涂上粘接劑可以加強(qiáng)磁性套筒抗震動脫落的性能和產(chǎn)生磁性套筒的環(huán)與環(huán)之間以及環(huán)與鐵芯齒面之間的絕緣作用。除了粘接的方法以外,還可以采用電阻焊(即點(diǎn)焊)的方法將磁性套筒與鐵芯焊接為一個整體,對于大型電機(jī),采用點(diǎn)焊的方法將具有更高的可靠性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)結(jié)構(gòu),其進(jìn)一步的特征是磁性套筒的結(jié)構(gòu)和制造的主要工藝。先描述一種最基本的結(jié)構(gòu),圖1的磁性套筒是由一組用鐵磁性材料(如硅鋼)制成的圓環(huán)組成。先生產(chǎn)出成卷的多種規(guī)格的矩形截面或圓截面的硅鋼絲,再將硅鋼絲裁剪成所需的長度焊接(對焊、點(diǎn)焊等)成環(huán)。圓環(huán)的厚度d應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)材料一定時,為了保證有效地抑制齒諧波,d通常隨著槽口寬度的增加而增加,即厚度d是槽口寬度T的增函數(shù)。這里提出一個估算公式說明厚度d是槽口寬度T的增函數(shù),以供參考d=G*Bδ*T/(2*Bs),式中d為磁性套筒厚度,Bδ為氣隙磁密,T為以開口槽計(jì)算的槽口寬度,Bs為磁性套筒材料的飽和磁密,G為修正系數(shù)。對小型電機(jī)而言,環(huán)的厚度應(yīng)該比較薄,可以采用現(xiàn)有硅鋼片的厚度(如0.35mm或0.5mm),將硅鋼片剪切成長條以后再焊接成環(huán)。對于槽口寬度大的電機(jī)則需要定制成厚的(如1mm-10mm)硅鋼條,寬度K最大可以與各段鐵芯的厚度相等,但是從減小渦流的角度來看,從電機(jī)性能的角度看,環(huán)寬度越小越好,應(yīng)不大于定子的鐵芯齒寬的一半比較合理,控制在10mm以下為好,以免環(huán)面的渦流太大。當(dāng)然,如果強(qiáng)調(diào)工藝性的話,寬一些也可以,只是它的渦流損耗偏大一些。要補(bǔ)充說明的是,硅鋼環(huán)在套入鐵芯以前不可能很圓,也沒有必要將硅鋼環(huán)整圓,因?yàn)楣桎摥h(huán)套入鐵芯以后會被定子鐵芯內(nèi)圓逼成圓形,所以只要保證硅鋼環(huán)的外部周長與定子內(nèi)圓周長相等從而形成緊配合就可以了。對于轉(zhuǎn)子而言,可用磁性套筒箍套在轉(zhuǎn)子表面,也可以用纏繞法將硅鋼線緊繞在轉(zhuǎn)子表面。圖1的磁性套筒是由一組用鐵磁性材料(如硅鋼)制成的圓環(huán)組成。先生產(chǎn)出成卷的多種規(guī)格的矩形截面或圓截面的硅鋼絲,再將硅鋼絲裁剪成所需的長度焊接(對焊、點(diǎn)焊等)成環(huán)。當(dāng)材料一定時,為了保證有效地抑制齒諧波同時也限制齒頂漏磁的過多增加,圓環(huán)的厚度d是須由實(shí)驗(yàn)確定的關(guān)鍵數(shù)據(jù),d應(yīng)隨著槽口寬度T的增加而增加,即厚度d是槽口寬度T的增函數(shù)。對小型電機(jī)而言,環(huán)的厚度應(yīng)該比較薄,可以采用現(xiàn)有硅鋼片的厚度(如0.35mm或0.5mm),將硅鋼片剪切成長條以后再焊接成環(huán)。對于槽口寬度大的電機(jī)則需要定制成厚的(如0.8mm-10mm)硅鋼條,寬度K控制在10mm以下為好,焊接成環(huán)。從電機(jī)性能的角度看,環(huán)寬度越窄越好,應(yīng)不大于定子的鐵芯齒寬的一半比較合理,以免環(huán)面的渦流太大。當(dāng)然,如果強(qiáng)調(diào)工藝性的話,寬一些也可以,只是它的渦流損耗偏大一些。要補(bǔ)充說明的是,硅鋼環(huán)在套入鐵芯以前不可能很圓,也沒有必要將硅鋼環(huán)整圓,因?yàn)楣桎摥h(huán)套入鐵芯以后會被定子鐵芯內(nèi)圓逼成圓形,所以只要保證硅鋼環(huán)的外部周長與定子內(nèi)圓周長相等從而形成緊配合就可以了。對于轉(zhuǎn)子而言,可用磁性套筒箍套在轉(zhuǎn)子表面,也可以用纏繞法將硅鋼線緊繞在轉(zhuǎn)子表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)結(jié)構(gòu),其進(jìn)一步的特征是螺旋狀的磁性套筒結(jié)構(gòu)。圖5是螺旋式磁性套筒,預(yù)先用鐵磁性材料制成一卷線狀的材料,其截面可以是多種規(guī)格的矩形或圓形,稱磁性線。待鐵芯齒面和磁性線涂好膠以后,將這種磁性線緊貼并粘接在鐵芯齒表面繞制呈圖5的彈簧狀,其首尾兩端用點(diǎn)焊或卡住固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)結(jié)構(gòu),其進(jìn)一步的特征是磁性套筒結(jié)構(gòu)的多種結(jié)構(gòu)。圖6是由整塊的軟磁性材料制成的圓筒形狀的磁性套筒,此材料要求電阻率和導(dǎo)磁率高,就目前來說采用鐵氧體、高硅鋁鋼或超高硅鋁鋼比較好,也可用鐵磁性粉末和粘結(jié)膠制成。圖6的金屬整塊式磁性磁套筒的渦流很大,開一些縫可以減小渦流,圖7是在整塊式磁性套筒的基體上沿軸向割開一些長縫6,圖8是在整塊式磁性套筒的基體上沿圓周向割開一些長縫7,并注入樹脂膠用來彌補(bǔ)強(qiáng)度和加強(qiáng)絕緣,割縫分布形狀的其它方式是容易設(shè)想的,不能窮舉。如果圖8中的圓周向割縫7的割一整圓,則圖8成了一組與圖1一樣由短的磁性環(huán)組成的磁性套筒。圖9是一個編織式的磁性套,在對應(yīng)于槽口的部位11,用一些非金屬材料(如樹脂或編織方法)將一組單個的磁性圓環(huán)結(jié)合成一個完整的磁性套筒,11是被結(jié)合的部分,也是對應(yīng)于槽口的部分。整個磁性套筒粘接在鐵芯上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)結(jié)構(gòu),其進(jìn)一步的特征是修改電機(jī)的設(shè)計(jì),采用斜槽設(shè)計(jì)和定轉(zhuǎn)子槽數(shù)比的設(shè)計(jì)以及較多的槽數(shù)設(shè)計(jì)的目的是抑制齒諧波,由于磁性套筒抑制了齒諧波,所以電機(jī)的斜槽設(shè)計(jì)和定轉(zhuǎn)子槽數(shù)比的設(shè)計(jì)以及較多的槽數(shù)設(shè)計(jì)就可以重新考慮,只要充分的抑制了齒諧波,就可以減小斜槽角度或取消斜槽;使槽數(shù)比接近于或等于1;可以相應(yīng)地減少槽數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)結(jié)構(gòu),其進(jìn)一步的特征是修改電機(jī)在槽口方面的設(shè)計(jì),采用磁性套筒后,對半閉口槽和半開口槽的電機(jī)而言,都可以改成開口槽嵌線,有利于提高槽滿率和嵌線質(zhì)量。磁性套筒式電機(jī)將磁性套筒與鐵芯點(diǎn)焊為一整體就是完全的閉口槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)結(jié)構(gòu),其進(jìn)一步的特征是修改電機(jī)在槽口方面的設(shè)計(jì),磁性套筒實(shí)際上是一層鋼套,可以起到阻止槽內(nèi)線圈跑出槽口的作用,所以只要選用較高剛度和合理厚度的磁性套筒,就可以取消槽楔,減小電機(jī)體積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)結(jié)構(gòu),其進(jìn)一步的特征是減小發(fā)電機(jī)的氣隙設(shè)計(jì)值。采用磁性套筒后多了一條磁路,對勵磁磁路而言磁阻減小,有利于提高磁飽和深度;對起去磁作用的電樞反應(yīng)而言,磁性套筒旁路了電樞反應(yīng)磁通,抑制了電樞反應(yīng)。對增磁作用的電樞反應(yīng)而言,由于勵磁磁路已經(jīng)處于深度飽和,再增加勵磁磁勢也不會使磁密有大的增加。以上效果相當(dāng)于加大了短路比,可以相應(yīng)地減小氣隙,從而減小勵磁損耗。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)結(jié)構(gòu),其進(jìn)一步的特征是磁性套筒在直流電機(jī)方面的應(yīng)用,磁性套筒使得電機(jī)的N-S極之間的中性區(qū)域加寬和平坦,加上電抗電動勢也比較平坦,使電機(jī)的換向性得到改善。這一改善使得氣隙可以減小,從而可以減小勵磁功率。
全文摘要
本發(fā)明屬于電機(jī)結(jié)構(gòu)和制造方面的發(fā)明,是一種閉口槽電機(jī)。其特征是將電機(jī)鐵芯做成開口槽,嵌好線以后再裝上磁性套筒,將開口槽封閉成閉口槽。磁性套筒由鐵磁性或亞鐵磁性材料做成。附圖的磁性套筒1是由一組鐵磁性材料(如硅鋼)制成的圓環(huán)組成,這些環(huán)之間互相絕緣,根據(jù)電機(jī)類型和規(guī)格的不同,厚度在0.2—10mm之間,寬度在0.5—50mm之間。
文檔編號H02K3/48GK1205567SQ9710814
公開日1999年1月20日 申請日期1997年7月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月11日
發(fā)明者陳啟星 申請人:陳啟星