[发明专利]磁性套筒式电机

说明书

本发明属于发电机和电动机结构和制造方面的发明，可应用于交流和直流电机。

在交流电机结构的设计中存在着一对矛盾：从嵌线工艺的角度看，需要槽口大些好；从电机的性能的角度看，需要槽口小些好。本发明的目的就是既能满足嵌线工艺，又能满足电机的性能。

本发明采用磁性套筒式结构的电机，使电机在嵌线时是开口槽，然后加上磁性套筒使电机变成闭口槽电机。可以实现以下目的：1、可以使大型电动机和发电机由开口槽变成闭口槽，从而改善电机性能；2、可将半开口槽和半闭口槽的电机都做成开口槽嵌线、闭口槽装配，使电机的嵌线工艺、质量、槽满率、匝间绝缘都得到改善而不降低其性能。3、使得直流电机换向性需要的N-S极之间中性区域变得宽和平坦，电抗电动势也平坦。

本发明的特征是将电机铁芯做成开口槽，嵌好线以后再装上磁性套筒，将开口槽封闭成闭口槽。图2是一个开口槽定子剖面，图1是一个磁性套筒，其最基本的结构是由一组磁性圆环组成，环与环之间绝缘。磁性套筒还可以有后面叙述的数种结构。嵌好线圈以后，将这些铁磁圆环套入铁芯，电机就成了定子为图3形状、转子为图4形状的磁性套筒式闭口槽电机，当转子为凸极式时，磁性套筒就不一定是圆形。图1的磁性套筒套在图2的定子铁芯2的内表面，使定子铁芯内表面变成图3形状的光滑表面。磁性套筒由铁磁性或亚铁磁性材料做成。从电机性能的角度来看，磁性套筒应该是涡流小和齿间漏磁小并有能力向槽口处提供足够的磁通，以尽量消除齿谐波，改善电机性能，所以磁性套筒的厚度是一个关键数据，厚度d不能太厚，太厚则引起齿顶间漏磁过大，会产生转矩降低等不利影响，也不能太薄，太薄则无法提供足够的磁通，消除齿谐波的作用不显著，同时还要有足够的厚度抵抗转子的磁拉力。另外，对基本结构的磁性套筒而言，每个环的宽度K不能太宽，太宽则涡流太大，但太窄则工艺性差。根据电机类型和规格的不同，厚度在0．2-10mm之间，基本结构的磁性套筒每个环的宽度在0．5-50mm之间，要结合电机的工作性能和工艺性综合考虑，根据实验确定环的宽度和厚度数据。对定子而言，磁性套筒外圆直径等于定子内圆直径，它是紧配合嵌套在定子内圆表面，在嵌套之前涂上粘接剂可以加强磁性套筒抗震动脱落的性能和产生磁性套筒的环与环之间以及环与铁芯齿面之间的绝缘作用。除了粘接的方法以外，还可以采用电阻焊(即点焊)的方法将磁性套筒与铁芯焊接为一个整体，对于大型电机，采用点焊的方法将具有更高的可靠性。

磁性套筒的几种基本结构如下：

1、先描述一种最基本的结构，图1的磁性套筒是由一组用铁磁性材料(如硅钢)制成的圆环组成。先生产出成卷的多种规格的矩形截面或圆截面的硅钢丝，再将硅钢丝裁剪成所需的长度焊接(对焊、点焊等)成环。圆环的厚度d应由实验确定。当材料一定时，为了保证有效地抑制齿谐波，d通常随着槽口宽度的增加而增加，即厚度d是槽口宽度T的增函数。这里提出一个估算公式说明厚度d是槽口宽度T的增函数，以供参考：d=G*B_δ*T／(2*B_s)，式中d为磁性套筒厚度，B_δ为气隙磁密，T为以开口槽计算的槽口宽度，B_s为磁性套筒材料的饱和磁密，G为修正系数。对小型电机而言，环的厚度应该比较薄，可以采用现有硅钢片的厚度(如0．35mm或0．5mm)，将硅钢片剪切成长条以后再焊接成环。对于槽口宽度大的电机则需要定制成厚的(如1mm-10mm)硅钢条，宽度K最大可以与各段铁芯的厚度相等，但是从减小涡流的角度来看，从电机性能的角度看，环宽度越小越好，应不大于定子的铁芯齿宽的一半比较合理，控制在10mm以下为好，以免环面的涡流太大。当然，如果强调工艺性的话，宽一些也可以，只是它的涡流损耗偏大一些。要补充说明的是，硅钢环在套入铁芯以前不可能很圆，也没有必要将硅钢环整圆，因为硅钢环套入铁芯以后会被定子铁芯内圆逼成圆形，所以只要保证硅钢环的外部周长与定子内圆周长相等从而形成紧配合就可以了。对于转子而言，可用磁性套筒箍套在转子表面，也可以用缠绕法将硅钢线紧绕在转子表面。

2、磁性套筒的另一种结构是图5的螺旋式磁性套筒，预先用铁磁性材料制成一卷线状的材料，其截面可以是多种规格的矩形或圆形，称磁性线。待铁芯齿面和磁性线涂好胶以后，将这种磁性线紧贴并粘接在铁芯齿表面绕制呈图5的弹簧状，其首尾两端用点焊或卡住固定。