[其他]交流電機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86105769
• 申請日: 1986-07-20
• 公開（公告）號: CN86105769A
• 公開（公告）日: 1987-01-14
• 發(fā)明（設計）人: 孔令如
• 申請（專利權(quán)）人: 孔令如
• 主分類號: H02K1/06
• 分類號: H02K1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及電機，特別涉及交流電機。

現(xiàn)有的電機：勵磁電流稍大、總重量較大、分布繞組所在的槽形-產(chǎn)生徑向振動與較大的齒諧波、交流電機中接通交流電的分布繞組-結(jié)構(gòu)復雜。

本發(fā)明的目的在于，提供：勵磁電流稍小、總重量較輕、沒有徑向振動，齒諧波小（接通交流電的）繞組結(jié)構(gòu)簡單的電機。

上述目的，由本發(fā)明的十個方案實現(xiàn)。在敘述方案之前，先定義名詞與敘述導言，定子、轉(zhuǎn)子間，供轉(zhuǎn)動用的間隙（該處塞入塞尺，可判斷是否對中），稱為間隙△;由齒的磁位降，折算為本發(fā)明面積更大的空氣長度L，則間隙與L之和，為計算氣隙或“等值氣隙”（簡稱為“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（人們把上述間隙稱為氣隙，本文不如此）。以鐵心位置為特征，稱兩鐵心為：“外鐵心”（即處于外面的鐵心，其腳注為1，或稱為鐵心1）和“內(nèi)鐵心”（位于外鐵心內(nèi)，其腳注為2，或稱為鐵心2）。現(xiàn)有技術(shù)的各項數(shù)據(jù)，用腳注d表示，本發(fā)明的各項數(shù)據(jù)，以腳注W表示;有必要區(qū)別兩者時用上述腳注，未標腳注的，皆為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)代號或數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述的電機，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，外鐵心一只繞組的實例：單相交流整流于電機，本發(fā)明解出二維場的偏微分方程，得出結(jié)論：鐵心與其支持件間，若有磁導率更高的材料，該材料會使流入鐵心的磁通更多。亦即總磁通相等時，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，從而減小勵磁電流。利用這個結(jié)論，提出方案一、二、三、十。因所有方案均為獨立的方案，所以把各方案的實施例與優(yōu)點，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、有磁導率更高的材料，其優(yōu)點已如上述。只須比鐵心磁導率更高的材料（例如：μ磁性合金、鋁硅鐵粉、鎳鐵鉬導磁合金）處于外表面一薄層，即可改變邊界條件，亦即達到予期目的。實施方法：可以把上述粉狀的材料摻入粘合劑（例如環(huán)氧樹脂）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，外殼即機座）的一端用環(huán)氧樹脂封閉。凝固后，以封閉端為底，外鐵心置振動臺上、其中心線垂直于地面，自上端填入鋁硅鐵粉;填滿后由振動力把粉粒振密（振實），加粉、再振，填實填滿后，用環(huán)氧樹脂封住。同理：三.內(nèi)鐵心的內(nèi)表面，有磁導率更高的材料。其實施方法，同方案一。四.導言中所述的一只至多只繞組為分布繞組，其所在的鐵心，具有磁導率與空氣相同的齒，即齒由磁導率與空氣相等的材料構(gòu)成。這個方案的實施例，為：“外鐵心內(nèi)表面”與“內(nèi)鐵心外表面”之間，空出齒及導線的空間，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，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，本方案的勵磁電流≤現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的條件：△_W≤△_d+L_d;由此條件及相似原則，設計計算時可確定所須結(jié)構(gòu)尺寸。此方案的優(yōu)點：1）用以傳遞力的齒寬，小于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，則容納導線的有效面積更大、槽更淺，因而散熱條件更好，則導線中電流密度更大，導線用量更少。2）磁力線垂直于（分布繞組所在的）鐵心（即垂直于導線）、導線所在之處的磁密最大（也比現(xiàn)有的大）-若電機作為發(fā)電機、所生的電勢最大;若電機作為電動機、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）。而且沒有徑向分力，消除現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中徑向振動的根源，減輕軸承的徑向撞擊、從而延長其使用期限。3）鐵心表面光滑的結(jié)構(gòu)，設計及使用時，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：加長鐵心軸向長度，或且：五.分布繞組由磁性導線構(gòu)成：導線為下列形式之一：1）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。磁性粉末的熔點高于銅，摻入后并未熔化、與銅混合;以該混合材料制造導線;2）磁性材料與導電材料制成組合導線。最佳結(jié)構(gòu)是：導線為方形，磁性材料與導電材料的分界面，平行于上述方形的兩個面，（靠近良導電體且）與分界面平行的絕緣材料表面，作出標志;繞制繞組及下線時，使標志朝向間隙且分界面平行于槽底。此導線制法：在磁性板材的任一面，鍍銅（電鍍或化學鍍），銅板置已鍍銅的表面，兩“軋輥”為電焊機的兩極，該兩種冷態(tài)的材料通過“軋輥”時，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：A.導線的散熱面更大，良導電體中，允許電流密度更大;B、磁力線集中于電的良導體處更充分發(fā)揮磁力線的效能，因之進一步節(jié)省材料、縮小外形。3）期望兼具電（流）與磁（力線）的良導體問世，以新材料制造導線。提出這一方案的原因在于：方案一的不等式△_W＜△_d+L_d表明：本發(fā)明的△_W不應太大;但如果導線具有磁性（特別是其中磁性材料的磁導率μ_W高于現(xiàn)有鐵心的μ_d時），情況就會改觀，μ_W更高，且磁性材料在槽中所占面積的比例高于某個數(shù)值時，良導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，磁導率高于矽鋼片的材料，有：μ磁性合金、鋁硅鐵粉、鎳鐵鉬導磁合金。方案為1）、2），而“勵磁電流更小”的結(jié)論，可解釋為：合計電的良導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μ_W更高的材料（其μ_W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，兩者磁力線方向不同）。另一結(jié)構(gòu)是：以高磁導率的材料，制作本發(fā)明所述的鐵心（局部或全部），但高磁導率材料的用量更多。現(xiàn)有槽形，采用此種導線，亦可略獲（上述）效益;可見本方案是個獨立的方案，不必附加以上任何方案，就可實施。二維場偏微分方程的解，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。第二個優(yōu)點：內(nèi)鐵心的內(nèi)徑大，與之配合的軸，其直徑更大，直徑大、對材料要求低，所用材料可選價廉者。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，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;據(jù)此，繞組不必為分布繞組，只須七.導言中所述的：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（以軸的中心線為極座標的原點、計量其“電角度”），各鐵心極面的中心線，在空間相差的電角度，等于各繞組所生（正弦波形）磁通的時間相位差。-此方案有兩種實施例：1）單相交流電機：上述鐵心極面為曲面，該曲面與（另一鐵心的）圓柱面間的氣隙長度，由該處磁力線確定，各氣隙的倒數(shù)，其比值依電角度、按余弦（的絕對值）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。繞組如同線圈，繞在曲面另一側(cè)的“鐵心柱”上。2）三相或多相交流電機：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（單元面積由兩個垂直于中心線的平面截取），且其數(shù)值按余弦（的絕對值）分布，鐵心由形狀不同的硅鋼片疊成，繞組同上。該兩實施例，均可采用磁極與鐵心分開的結(jié)構(gòu)（仿直流機、同步機）也可聯(lián)為一體，而繞線不便。此兩實施例的鐵心極面為N極或S極，由其上繞組的電流方向確定。多極電機，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，就是線圈，因之工藝也與線圈一樣簡單。第二個優(yōu)點為：集中繞組的磁勢比分布繞組大，因之只需更少導線，就可產(chǎn)生所需磁通。此方案的應用范圍：同步電機的交流繞組（用作發(fā)電機時，“與交流電相接”理解為：與其他發(fā)電機并聯(lián)）、導步電機的定子繞組、整流子電機的定子繞組。選用以上方案，于同步機中，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、由磁導率與空氣相等的材料構(gòu)成，B.分布繞組由磁性導線構(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。就形成異步電機的較佳實施例。十.實施方案六（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)應為：軸上有輪與圓盤形輪幅，由輪支持內(nèi)鐵心。此方案的目的在于：磁力線有暢通的路徑;因此，其最佳實施例為：盤形輪幅上無孔，且于鍛造軸時一并鍛出、盤形輪幅有若干個，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，再機加工輪的外徑。輪與內(nèi)鐵心有縫隙、供填入高磁導率的粉末，內(nèi)鐵心以花鍵的形狀獲得對中。本方案可單獨用于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，也可與上述任何方案同時實施，與方案六同時實施，最多可減輕10%總重。以上十個方案，總說明于下：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，除用于交流機外，還可用于直流機、整流子電機;所有結(jié)構(gòu)，均可用于發(fā)電機、也可用于電動機。