[发明专利]层状圆环形薄膜绕组式电机及工艺

说明书

本发明属于电气工程技术领域。具体地说，是一种采用了新的薄膜绕组技术制作的，具有新型电枢结构即转子结构的，直流发电机和电动机。

目前，除个别类型的电机如，法拉弟圆盘直流发电机，由于其电枢或转子只是由单个的金属圆盘构成，没有绕组线，因而制作工艺十分简单以外，其余所有各类电机的制作，均需用到烦琐复杂的电枢绕组技术。而且，由于其电枢绕组所用的绕组导线必需具有一定的机械强度，直径较粗，这种电机的电枢上无法密集布置大量的绕组线，或达到大幅提高电机功率和效率的目的。对于脆性的超导线材，更是无法进行绕组操作。这种类型的大型电机为了提高其功率输出，被迫采用强大的电枢电流。因而内阻、内耗大，降温冷却困难。至于法拉弟圆盘直流发电机，虽然电枢结构简单。但是，功率输出太小；运行效率更低。整个金属圆盘所能输出或转换的最大功率，仅仅可以相当于一根等半径的直导线在相同的转速和场强下所产生的功率。因而基本上没有实际应用的价值。

本发明针对上述存在的问题，采用现有各种可能的薄膜制作工艺如，电镀、蒸镀、压延、喷涂、磨削、套印、沉淀等等，将电机做成类似法拉弟圆盘直流电机的，电枢结构是由若干圆环形金属薄膜，通过若干绝缘隔层的分隔层层叠置；并且，各层薄膜又均被刻划成了若干圆环径向的辐射状直导线的，层状圆环形电枢，以达到密集电枢绕组，增加绕组线长度的目的。通过其金属的转轴或电枢圆环上内、外两缘的金属汇流环，所有各层薄膜中的径向直导线可以同时连通外界，以构成绕组回路。下面主要通过描述本发明中层状圆环电枢的结构和制作工艺，阐明本发明的基本内容；

如图1，即本发明电机的纵剖面示意图所示，1是其层状圆环电枢；并且，正如图中所示，其工作电流I是通过其转轴2流进(或流出)层状圆环电枢，并沿其径向流动的。其定子或磁场铁芯3所产生的磁场磁力线，垂直于电枢圆环平面。

图2、图3和图4，分别是本发明的层状圆环电枢1的立体示意图、纵剖面示意图和局部立体剖视图。其中，单影线4所示者，为径向薄膜直导线；双影线5则是其内、外汇流环。该二环各自同时连接电枢中所有各直导线的一端，以构成并联的绕组回路。6是绝缘隔层。

对于本发明的大型、高速电机，为了解决其圆环电枢上外汇流环表面的阻力、磨损问题，及可能的火花放电问题，可以取消内、外汇流环，并通过层状圆环电枢的局部立体透视图5所示的迂回路径，将圆环电枢内的所有薄膜直导线，以相邻两层为一组，依序连通，以构成串联式的绕组回路。并且，两层导线应各与其径向交成反向的微小夹角，以方便工艺制作。但是，如果仅仅如此连通所有直导线，则相邻的两层导线在外界电流或转矩作用下所产生的力矩或电动势，将相互抵消。整个电机将不能发电或做功。此时，应采用图6中双影线7或8所示的磁场屏蔽管，以交替屏蔽层状圆环电枢中相邻的两层导线之一。该图中，7、8所指者分别为纵剖面和横断面情形下的磁场屏蔽管；9是薄膜直导线的横断面，及其中电流进出的指向。在本发明的层状圆环电枢中，导线的迂回还可以采用其它方式。但是，同样必需采用磁场屏蔽管，以完全屏蔽圆环电枢中电流方向指向或背离转轴的两部分绕组导线之一。下面具体介绍层状圆环电枢中迂回线路的制作工艺：

一，选取适当的顺磁材料，制作成圆环形薄片。在薄片的内缘和外缘，或内、外两缘之一，应留有一个或两个凸块，以安排导线的连接点。当圆环外径的尺寸给定时，其内径的尺寸存在一个最佳值，可以使得单位长度的薄膜绕组线所输出的或转换的净功率达到最大；相应的内阻内耗则最小。对于采用汇流环的层状圆环电枢，薄片材料可以自由选取，不必采用顺磁材料。

二，用蒸镀或喷涂的方法，在上述圆环薄片的A、B两个侧面(可以包括了该薄片的内外两缘)，制作永久性绝缘护膜如漆膜，以防止顺磁薄片材料导电。如果顺磁材料本身是绝缘的，该道工序可以省去。

三，在圆环薄片的A面胶贴一层易于去除的如，可以轻轻撕去的临时性护面膜如，不干胶膜或光刻胶膜等等。

四，在圆环薄片的A面刻划放射状直线凹槽。所有凹槽的方位应与圆环的径向略呈小角；凹槽在薄片材料中刻入的深度应超过前述薄膜直导线的设计深度。并且，凹槽的宽度应尽可能地窄；凹槽间的间距应尽可能地宽。对于采用汇流环的电枢，其薄片上可以不必刻划凹槽。

五，在薄片A面上所有凹槽的两端冲孔，即如图5中15所指的竖孔，以穿通薄片。该图中没有具体画出凹槽位置。冲孔的方式可以是机械的，也可以是光学激光的。

六，再一次蒸镀绝缘漆膜以覆盖四、五这两道工序中，由于刻划和冲孔所露出的顺磁材料。

七，用蒸镀、电镀等方法，制作金属薄膜或超导薄膜，以覆盖薄片的整个A面，包括各竖孔的内表面。