一種電機(jī)及正弦定子的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種電機(jī)及正弦定子技術(shù)方案，涉及單相或三相：交流同步電動(dòng)機(jī)、交流異步電動(dòng)機(jī)等定子，有若干個(gè)齒5、齒4按圓周狀間隔排列且齒5齒身寬度是齒4齒身寬度的二倍或二倍以上，電機(jī)正弦定子磁極分別由齒5為主、左右齒4為輔三齒排列組成，且三齒極弧面氣隙呈正弦規(guī)律分布狀，但總的鐵芯截面積保持不變而極距變短，定子線圈端部長(zhǎng)度變短，線圈電阻小、損耗減少，電機(jī)出力、效率增大，既節(jié)省線材又嵌線、接線簡(jiǎn)單省力。因此，進(jìn)一步降低了5次、7次及其它諧波磁勢(shì)對(duì)電機(jī)的影響，提高了電機(jī)的性能、轉(zhuǎn)矩，具有良好的節(jié)能減排效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種電機(jī)及正弦定子

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及交流電機(jī)領(lǐng)域，尤其是交流同步電機(jī)、交流異步電機(jī)定子。

【背景技術(shù)】
[0002]在目前的交流單相電機(jī)中，涉及單相交流同步電機(jī)、單相交流異步電機(jī)等定子，其電機(jī)定子有著同樣的實(shí)體，而轉(zhuǎn)子包括繞線型、鼠籠型、永久磁鐵型等。其電機(jī)定子鐵芯圓內(nèi)分別分布著均等的槽和齒，在槽里放置二相對(duì)稱(chēng)繞組，其基本原理是在圓內(nèi)均等分布的定子鐵芯槽里嵌有在空間上互為90°電角度的二相繞組，通電時(shí)其中一相通過(guò)電容使定子鐵芯上產(chǎn)生二相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
[0003]在目前的三相交流電機(jī)中，涉及三相交流同步電機(jī)、三相交流異步電機(jī)等，其電機(jī)定子結(jié)構(gòu)有著同樣的實(shí)體，而轉(zhuǎn)子包括繞線型、鼠籠型、永久磁鐵型等，其電機(jī)定子鐵芯圓內(nèi)分別分布著均等的槽和齒，在槽里放置三相對(duì)稱(chēng)繞組，其基本原理是在圓內(nèi)均等分布的定子鐵芯槽里嵌有在空間上互為120°電角度的三相線圈，通電時(shí)使定子鐵芯上產(chǎn)生三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
[0004]電機(jī)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)力圖把消除諧波磁勢(shì)當(dāng)作重要內(nèi)容來(lái)設(shè)計(jì)。目前消除諧波磁勢(shì)的技術(shù)主要表現(xiàn)在于定子、轉(zhuǎn)子繞組:包括單、雙層疊式繞組、同心分布式繞組、分?jǐn)?shù)槽分布式繞組上或轉(zhuǎn)子鐵芯形狀呈正弦狀，目的使氣隙電勢(shì)波呈正弦狀。雖然在采用上述對(duì)應(yīng)的分布式繞組時(shí)消除一定量的諧波磁勢(shì)，但也帶來(lái)槽齒較多、齒諧波量增大、繞線工藝復(fù)雜、線圈端部較長(zhǎng)、漏磁量增多及電阻電抗增大對(duì)電機(jī)效率、功率、轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生下降的影響。而微型電機(jī)在實(shí)施分布繞組技術(shù)方案時(shí)往往操作較難。這就是微型電機(jī)功率因素提不高的原因。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有電機(jī)存在不足，本發(fā)明提供一種電機(jī)正弦定子技術(shù)方案，是通過(guò)改變電機(jī)定子鐵芯弧面形狀，使極距變短、極弧面氣隙相似于呈正弦規(guī)律變化形狀分布，通電后氣隙磁勢(shì)形成相似于正弦波，從而在定子鐵芯機(jī)械層面提高了單相或三相交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和電氣性能，特別是微型交流電機(jī)對(duì)正弦磁勢(shì)波的要求更能夠做到。此種技術(shù)方案可應(yīng)用于通電時(shí)具有產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)特征的交流電機(jī)定子中。
[0006]請(qǐng)參考圖1，一種電機(jī)及正弦定子，有若干個(gè)齒5與齒4按圓周狀交替間隔排列且各齒5齒身與齒4齒身軸中性線間的圓弧距離相等，若干條槽伴生于若干個(gè)齒5、齒4之間且槽面積相等，齒5齒身寬度是齒4齒身寬度的二倍或二倍以上。
[0007]因?yàn)殡姍C(jī)的功率大小不一樣，齒5齒身寬度、齒4齒身寬度就根據(jù)電機(jī)功率大小形狀確定。
[0008]本技術(shù)方案中的定子9繞組鐵芯磁極與轉(zhuǎn)子10之間極弧面氣隙14為非均勻氣隙，是相似于按正弦規(guī)律變化的氣隙。其中齒5弧面是按正弦規(guī)律變化的機(jī)械形狀弧面，齒5弧面氣隙為中間氣隙小兩端氣隙大的正弦漸變氣隙，即:以齒5齒身軸中性線為分界線沿齒5弧面向左右兩端按正弦規(guī)律逐漸將氣隙變大，齒4弧面氣隙為均勻氣隙且稍大于齒5弧面兩端氣隙。
[0009]單個(gè)線圈的嵌法是極距一跨四包繞著以齒4、齒5、齒4三齒為一極，一相中若干單個(gè)線圈連接成一相繞組，每相繞組分別連接成若干對(duì)N/S極對(duì)稱(chēng)的磁極，每相中的每極鐵芯分別由齒5為主、左右齒4為輔三齒排列組成且極弧面氣隙呈正弦規(guī)律分布狀。
[0010]所述的一種電機(jī)及正弦定子可以為內(nèi)定子或外定子。
[0011]所述的一種電機(jī)及正弦定子外形可以為方形或圓形。
[0012]所述的一種電機(jī)及正弦定子可以為單相定子或三相定子。
[0013]請(qǐng)參考圖2，所述的一種電機(jī)及正弦定子為單相，有若干個(gè)齒5與齒4按圓周狀交替間隔排列且各齒5齒身與齒4齒身軸中性線間的圓弧距離相等，若干條A相槽6、B相槽7伴生于若干個(gè)齒5、齒4之間且槽面積相等，齒5齒身寬度是齒4齒身寬度的二倍或二倍以上，每相中的每極鐵芯分別由齒5為主、左右齒4為輔三齒排列組成且極弧面氣隙呈正弦規(guī)律分布狀，A相繞組I嵌在A相槽6里包繞著齒4、齒5、齒4三齒組成A相鐵芯磁極11與相鄰的B相繞組2嵌在B相槽7里包繞著齒4、齒5、齒4三齒組成B相鐵芯磁極22且在空間位置上互為90°電角度。
[0014]所述的一種電機(jī)及正弦定子為單相，其中的轉(zhuǎn)子上繞有勵(lì)磁繞組或永久磁體，則為單相交流同步電機(jī)。單相交流同步電機(jī)可以作為單相交流電動(dòng)機(jī)、也可以作為單相交流發(fā)電機(jī)使用。
[0015]所述的一種電機(jī)及正弦定子為單相，其中的轉(zhuǎn)子是鼠籠式，則為單相交流異步感應(yīng)電機(jī)。
[0016]單相交流電機(jī)一般需要用電容分相才有啟動(dòng)力矩的。
[0017]請(qǐng)參考圖3，所述的一種電機(jī)及正弦定子為三相，有若干個(gè)齒5與齒4按圓周狀交替間隔排列且各齒5齒身與齒4齒身軸中性線間的圓弧距離相等，若干條A相槽6、B相槽7、C相槽8伴生于若干個(gè)齒5、齒4之間且槽面積相等，齒5齒身寬度是齒4齒身寬度的二倍或二倍以上，每相中的每極鐵芯分別由齒5為主、左右齒4為輔三齒排列組成且極弧面氣隙呈正弦規(guī)律分布狀。
[0018]A相繞組I嵌在A相槽6里包繞著齒4、齒5、齒4三齒組成A相鐵芯磁極11與相鄰的B相繞組2嵌在B相槽7里包繞著齒4、齒5、齒4三齒組成B相鐵芯磁極22與相鄰的C相繞組3分別嵌在C相槽8里包繞著齒4、齒5、齒4三齒組成C相鐵芯磁極33在空間位置上互為120°電角度。
[0019]所述的一種電機(jī)及正弦定子為三相，其中的轉(zhuǎn)子上繞有勵(lì)磁繞組或永久磁體，則為三相交流同步電機(jī)。三相交流同步電機(jī)可以作為三相交流電動(dòng)機(jī)、也可以作為三相交流發(fā)電機(jī)使用。
[0020]所述的一種電機(jī)及正弦定子為三相，其中的轉(zhuǎn)子是鼠籠式，則為三相交流異步感應(yīng)電機(jī)。
[0021]在所述的包括單相或三相的一種電機(jī)及正弦定子中，齒4、齒5、齒4三齒組成一極，三齒機(jī)械極弧面呈正弦規(guī)律分布狀，極弧面氣隙亦呈正弦規(guī)律分布狀，線圈通電時(shí)所產(chǎn)生的氣隙磁勢(shì)波形亦接近于正弦波形。增大齒5齒身、縮小齒4齒身寬度，一方面使極距變短，但一極總的鐵芯磁密不變，極距變短，線圈就越小，定子線圈端部長(zhǎng)度變短，線圈電阻小、損耗就減少；由于組成定子一極的齒數(shù)僅僅三齒，從電機(jī)整體來(lái)看，定子槽齒數(shù)越少，槽齒利用率增大，齒槽諧波量就越少，損耗將進(jìn)一步降低；另一方面，轉(zhuǎn)子的槽數(shù)將相應(yīng)減少，轉(zhuǎn)子槽中的銅或鋁截面積就可以增大，轉(zhuǎn)子電阻減少。從某種意義來(lái)講，節(jié)省了能源。
[0022]采用單相或三相的一種電機(jī)及正弦定子技術(shù)方案優(yōu)點(diǎn)在于:①每相每極以齒5為主、左右齒4為輔三齒排列組成且機(jī)械極弧面氣隙呈正弦規(guī)律分布狀，具有良好的正弦波磁勢(shì)波形，相比于同規(guī)格的現(xiàn)有單相或三相電機(jī)，槽齒數(shù)相對(duì)減少，槽齒數(shù)的減少將會(huì)減少齒部諧波電勢(shì)和提高槽滿率；采用齒5齒身寬度是齒4齒身寬度的二倍或二倍以上，使一極總的鐵芯磁密不變而極距變短，定子線圈端部長(zhǎng)度相對(duì)變小，線圈電阻小、損耗減少，電機(jī)出力、效率增大。因此，基本消除5次、7次及其它諧波磁勢(shì)所產(chǎn)生的附加力矩對(duì)電機(jī)的影響，既節(jié)省線材又嵌線、接線簡(jiǎn)單省力，提高了電機(jī)的性能、轉(zhuǎn)矩，具有良好的節(jié)能減排效果，特別在微型電機(jī)上實(shí)施更簡(jiǎn)單方便，作用更大，效果更好。②線圈嵌線簡(jiǎn)單，可以用嵌線機(jī)整體嵌入，減少人工操作強(qiáng)度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是一種電機(jī)及正弦定子展開(kāi)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是一種電機(jī)及正弦定子單相電容啟動(dòng)四極結(jié)構(gòu)原理、實(shí)施例示意圖。
[0025]圖3是一種電機(jī)及正弦定子三相四極結(jié)構(gòu)原理、實(shí)施例示意圖。
[0026]圖中:1是A相繞組、2是B相繞組、3是C相繞組、4是齒、5是齒、6是A相槽、7是B相槽、8是C相槽、9是定子、10是轉(zhuǎn)子、11是A相鐵芯磁極、12是氣隙、22是B相鐵芯磁極、33是C相鐵芯磁極。
[0027]【具體實(shí)施方式】(一)
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]請(qǐng)參考圖2，一種電機(jī)及正弦定子為單相，磁極數(shù)為四極，有十六齒十六槽，材料是高導(dǎo)磁矽鋼片或硅鋼片。
[0030]十六槽分為八條A相槽6、八條B相槽7且槽面積相等，槽中分別嵌有A相繞組1、B相繞組2。
[0031]十六齒均分為八個(gè)齒5、八個(gè)齒4按圓周狀交替間隔排列，各齒5齒身與齒4齒身軸中性線之間的圓弧距離相等，齒5齒身寬度是齒4齒身寬度的二倍或二倍以上。
[0032]本例中，以齒5齒身寬度為8mm、齒4齒身寬度為3mm設(shè)計(jì)。
[0033]所述的定子9繞組鐵芯磁極與轉(zhuǎn)子10之間的極弧面氣隙14為非均勻氣隙，是相似于按正弦規(guī)律變化的氣隙。其中，齒5弧面是按正弦規(guī)律變化的機(jī)械形狀弧面，齒5弧面氣隙為正弦漸變氣隙，中間氣隙最小、兩端氣隙最大，即:以齒5齒身軸線為分界線沿齒5弧面向左右兩端逐漸將氣隙變大；齒4弧面氣隙為均勻氣隙，比齒5弧面氣隙稍大。
[0034]單個(gè)線圈的嵌法是極距一跨四包繞著以齒4、齒5、齒4三齒為一極，四個(gè)單個(gè)線圈連接成一相繞組，每相繞組分別連接成對(duì)稱(chēng)的N/S/N/S磁極。
[0035]A相繞組I嵌在八條A相槽6里包繞著齒4、齒5、齒4三齒組成四個(gè)A相鐵芯磁極11與相鄰的B相繞組2嵌在八條B相槽7里包繞著齒4、齒5、齒4三齒組成四個(gè)B相鐵芯磁極22在空間位置上互為90°電角度。
[0036]四個(gè)A相鐵芯磁極11、四個(gè)B相鐵芯磁極22極弧面分別由齒5為主、左右齒4為輔三齒排列組成且極弧面氣隙呈正弦規(guī)律分布狀。
[0037]所述的一種電機(jī)及正弦定子為單相，其中，轉(zhuǎn)子可以為鼠籠式或永磁磁體式或勵(lì)磁繞線式任意一種。
[0038]采用此種技術(shù)方案，還可以做出單相:8槽二極交流電機(jī)、24槽六極交流電機(jī)、32槽八極交流異步、同步電機(jī)等。
[0039]【具體實(shí)施方式】(二)
[0040]請(qǐng)參考圖3，一種電機(jī)及正弦定子為三相，磁極數(shù)為四極，有二十四齒二十四槽，材料是高導(dǎo)磁矽鋼片或硅鋼片。
[0041]二十四槽分為八條A相槽6、八條B相槽7、八條C相槽8且槽面積相等，槽中分別嵌有A相繞組1、B相繞組2、C相繞組3。
[0042]二十四齒均分為十二個(gè)齒5、十二個(gè)齒4按圓周狀交替間隔排列,各齒5齒身與齒4齒身軸中性線之間的圓弧距離相等，齒5齒身寬度是齒4齒身寬度的二倍或二倍以上。
[0043]本例中，以齒5齒身寬度為6mm、齒4齒身寬度為2.6mm設(shè)計(jì)。
[0044]所述的定子9與轉(zhuǎn)子10間的每極極弧面氣隙14為非均勻氣隙，是相似于按正弦規(guī)律變化的氣隙。其中，齒5弧面是按正弦規(guī)律變化的機(jī)械形狀弧面，齒5弧面氣隙為正弦漸變氣隙，中間氣隙最小、兩端氣隙最大，即:以齒5齒身軸線為分界線沿齒5弧面向左右兩端逐漸將氣隙變大；齒4弧面氣隙為均勻氣隙，比齒5弧面氣隙稍大。
[0045]單個(gè)線圈的嵌法是極距一跨四包繞著以齒4、齒5、齒4三齒為一極，四個(gè)單個(gè)線圈連接成一相繞組，每相繞組分別連接成對(duì)稱(chēng)的N/S/N/S磁極。
[0046]A相繞組I嵌在八條A相槽6里包繞著齒4、齒5、齒4三齒組成四個(gè)A相鐵芯磁極11與相鄰的B相繞組2嵌在八條B相槽7里包繞著齒4、齒5、齒4三齒組成四個(gè)B相鐵芯磁極22與相鄰的C相繞組3嵌在八條C相槽8里包繞著齒4、齒5、齒4三齒組成四個(gè)C相鐵芯磁極33在空間位置上互為120°電角度。
[0047]四個(gè)A相鐵芯磁極11、四個(gè)B相鐵芯磁極22、四個(gè)C相鐵芯磁極33極弧面分別由齒5為主、左右齒4為輔三齒排列組成且極弧面氣隙呈正弦規(guī)律分布狀。
[0048]所述的一種電機(jī)及正弦定子為三相，其中，轉(zhuǎn)子可以為鼠籠式或永磁磁體式或勵(lì)磁繞線式任意一種。
[0049]這里所述的以齒5為主、左右齒4為輔三齒排列組成一極與以齒4、齒5、齒4三齒排列組成一極是指同一概念。
[0050]采用此種技術(shù)方案，還可以做出三相:12槽二極交流電機(jī)、36槽六極交流電機(jī)、48槽八極交流異步、同步電機(jī)等。
[0051]所述的一種電機(jī)及正弦定子，包括單相、三相，可廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備的動(dòng)力裝置、電氣控制中。比如動(dòng)力裝置用各種交流電動(dòng)機(jī)、交流發(fā)電機(jī)，電氣控制用交流伺服電機(jī)坐寸ο
[0052]需要說(shuō)明的是:各種極數(shù)不同的電機(jī)有其工作的最佳點(diǎn)。
[0053]需要說(shuō)明的是:本所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選項(xiàng)目，但發(fā)明并不僅限于實(shí)施例，任何在本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容下的改進(jìn)、替換或變換均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電機(jī)及正弦定子，包括定子與轉(zhuǎn)子，有若干個(gè)均等的齒及伴生槽且在槽里嵌有二相或三相繞組，其特征在于:所述的定子(9)為若干個(gè)齒(5)與齒(4)按圓周狀交替間隔排列且齒(5)齒身與齒(4)齒身軸中性線之間的圓弧距離相等，若干條相等的槽伴生于齒(5)與齒(4)之間且在均等的槽里嵌有二相或三相繞組，每相繞組分別連接成若干N/S極對(duì)稱(chēng)的磁極，每相繞組中的每極鐵芯分別由齒(4)、齒(5)、齒(4)三齒排列組成且極弧面氣隙呈正弦規(guī)律分布狀，所述的轉(zhuǎn)子(10)為鼠籠式或永磁磁體式或勵(lì)磁繞組式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機(jī)及正弦定子，其特征在于:所述的二相繞組為A相繞組(I)嵌在A相槽(6)里包繞著齒(4)、齒(5)、齒(4)三齒組成A相鐵芯磁極(11)與相鄰的B相繞組⑵嵌在B相槽(7)里包繞著齒⑷、齒(5)、齒(4)三齒組成B相鐵芯磁極(22)在相位上互為90°電角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機(jī)及正弦定子，其特征在于:所述的三相繞組為A相繞組(I)嵌在A相槽(6)里包繞著齒(4)、齒(5)、齒(4)三齒組成A相鐵芯磁極(11)與相鄰的B相繞組⑵嵌在B相槽(7)里包繞著齒⑷、齒(5)、齒(4)三齒組成B相鐵芯磁極(22)與相鄰的C相繞組(3)嵌在C相槽⑶里包繞著齒(4)、齒(5)、齒(4)三齒組成C相鐵芯磁極(33)在相位上互為120°電角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種電機(jī)及正弦定子，其特征在于:所述的齒(5)弧面是按正弦規(guī)律變化的機(jī)械形狀弧面，齒(5)弧面氣隙為中間氣隙小、兩端氣隙大的正弦漸變氣隙，齒(4)弧面氣隙為均勻氣隙且稍大于齒(5)弧面兩端氣隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種電機(jī)及正弦定子，其特征在于:所述的齒(5)齒身寬度是齒(4)齒身寬度的二倍或二倍以上。
【文檔編號(hào)】H02K1/14GK104079085SQ201410326324
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】顧明 申請(qǐng)人:顧明