徑向多層定、轉子電機的製作方法
2023-10-24 17:58:37
專利名稱：徑向多層定、轉子電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電機，具體涉及對電機的定子和轉子結構進行的改進。
背景技術：
電機(包括電動機和發電機)應用的領域十分廣泛，因此提高電機的效率對於節約能源以及電機在某些場合的應用有著重要的意義。傳統的電機，通常由一個定子和一個轉子組成，以感應式電機為例，定子由定子鐵芯和定子繞組組成，定子鐵芯由矽鋼片疊合成圓筒狀，嵌入電機的外殼內，定子鐵芯上均勻分布有多個與電機軸平行設置的槽，槽內設有定子繞組；轉子位於定子的圓筒形空腔內，與定子間隔有氣隙，轉子鐵芯裝在電機軸上，轉子鐵芯表面嵌有與電機軸平行的銅嵌條，並由短路環連接，電機軸兩端通過軸承與外殼的兩側端蓋連接。當定子繞組通電後，在定子的周圍形成旋轉磁場，轉子在旋轉磁場的作用下在銅嵌條內感應出電流，使轉子受定子磁場的作用旋轉，帶動電機軸轉動輸出。這種由外圍圓筒形的定子和內部圓柱形的轉子組成的結構，已經成為電機的標準組成結構，在電磁式、感應式和恆磁式電機中均廣泛採用。
我們以電動機為例分析其結構與功率的關係。
決定電機作功(將電能轉化為機械能)的主要因素，可以簡單地以公式F＝B×I×L表達，式中F——載流導線所受的電磁力，B——磁場中某點的磁感應強度，I——受力導線中通過的電流，L——與磁場方向垂直的導線長度。
因此，要增大作功的能力，必須增大B×I×L的積。
對上述結構中的電機而言，其磁場B可認為是由定子決定的，B＝μNI/L，其中的磁導μ受定子鐵芯材料制約，N為定子線圈的匝數，I為通過該線圈的電流大小，因而磁場B的大小受到制約，對定子的單個磁極而言，B值的遞增只能制約在一定的範圍內。
I×L主要與電機的轉子有關，以感應式電動機為例，I取決於e(感應電動勢)，e＝B×L×V，在確定的條件下，B、V為常數(交流電機中，V由電頻率確定，B由材料的磁導μ及幾何尺寸確定)，只有增加L，即增加導線的根數或增長每根導線的長度，來增大I×L的積，這樣，勢必增大轉子的表面積(S)。
可見，在這種單定子和轉子的結構下，要增加電機功率，一是增大材料的磁導μ，這樣勢必大大增加電機的成本；是增大定子、轉子的工作面積，這會導致電機體積的增大。
特別是，在材料確定的情況下，增大工作面積的做法存在著較大的問題，即由於轉子體積增大，使轉子的質量增大，增加了起動的難度；同時，轉子體積增大後，使得定子產生的磁場通過轉子的磁路長度增加，從而會導致磁通量的降低，反過來又會影響電機功率的增加。
因此，必須對電機的定轉子結構進行改進，如果能在不增加或少增加電機體積的情況下增大電機功率，也即在同等功率輸出的情況下減小電機的體積和重量，必將對電機的應用產生革命性的影響。
發明內容
本實用新型目的是提供一種新結構的電機，其定子和轉子的設置使得在較小的體積和重量下可以製作大功率電機，即有效地提高電機的效率。
為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是一種徑向多層定、轉子電機，包括殼體、定子和轉子，所述轉子由至少2層圓筒狀結構的轉子層組成，各轉子層之間通過轉子連接環固定連接，在相鄰兩層轉子層之間及外層轉子的外面分別設有一層定子層，各定子層之間通過定子連接環固定連接，轉子層和定子層成徑向相間排列結構，最內層的轉子中央固定連接有電機軸。
上述技術方案中，由數層定、轉子按圓徑方向逐層相間排列，組成內、外式徑向多層電機，各相鄰的定子層與轉子層之間隔有氣隙，其中，分布在同一圓心角內的內、外層線圈，在同一時間內產生的磁力線方向一致，考慮相鄰的兩層定子層，其間構成了以相同速度變化的磁場，對位於其間的一層轉子層作功，使其轉動，這樣，一方面由於有多層轉子，使得在相同體積的情況下，轉子的工作面積成倍增加，同時，相鄰定子層間的磁路長度減短。與現有技術相比，一方面在增大功率的情況下，不增加體積，即不增加轉子的重量，不會增加起動困難；另一方面，多層結構不會增加磁路長度，從而不會引起磁通量的降低。
上述技術方案中，轉子連接環將各層轉子連接為一體，在交變磁場的作用下一起旋轉，形成電機的輸出。根據轉子連接環的連接設置結構，可以有兩類具體實現方案，一是所述轉子連接環位於轉子軸向的中央，與外層轉子為一體結構，各內層轉子均為兩段構成，相對轉子連接環左右對稱布置並與轉子連接環固定連接，所述定子連接環為兩個，分別位於左右兩端，各層定子均由左右兩段構成，分別與相應的定子連接環連接；這種結構下，轉子連接環位於中央，驅動均衡有力。另一種方案是所述轉子連接環位於電機的一端，並與各轉子層構成一體結構，所述的定子連接環位於電機的另一端，並與各定子層構成一體結構；這種結構製作方便，特別適用於薄形電機。
本技術方案與現有技術的最大區別即在於，現有技術是單個轉子在單個定子的筒形空間內轉動，而本技術採用了層狀結構，將轉子和定子分層，可以是2層定子和2層轉子，外層定子與殼體固定，內層轉子與電機軸固定，內層轉子、內層定子、外層轉子、外層定子由內向外依次套合排列；也可以是3層定子和3層轉子，外層定子與殼體固定，內層轉子與電機軸固定，各層轉子和定子呈徑向相間排列結構；還可以是4層定子和4層轉子，或者更多層的定子和轉子，外層定子與殼體固定，內層轉子與電機軸固定，各層轉子和定子呈徑向相間排列結構。
本技術方案可以適用於各種形式的電機，只要變換定子和轉子的形式，即可構成現有的各類電機。如所述每個轉子層由圓筒狀鐵芯構成，鐵芯的表面均勻分布有與電機軸平行的銅嵌條，銅嵌條兩端由短路環連接，可以構成感應式電機；所述每個轉子層由圓筒狀鐵芯構成，鐵芯表面開有槽，槽內放有轉子線圈，可以構成電磁式電機；所述每個轉子層由圓筒狀鐵芯構成，鐵芯表面均勻分布有不同極性的磁鐵，可以構成恆磁式電機。此外，改變其接線結構，可以用於交流、直流、單相、三相等各種場合，以及作為電動機或發電機使用。
由於上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點1.由於本實用新型創造性地將原有的單層定子、轉子結構改變為多層定子、轉子結構，在相同的空間(體積)內，增大了定子、轉子的工作面積，因而增大了磁通量，增大了旋轉力矩，增大了起動能力和輸出功率，提高了電機的效率。
2.本實用新型給出了兩類轉子層間的連接形式，轉子連接環居中的形式有利於受力的平衡，特別適合於製作大功率電機，而轉子連接環位於一側的形式特別適合於製作薄形電機，可以適應特殊場合的需求。
附圖1為本實用新型實施例一的結構示意圖；附圖2是圖一中的A-A向剖視圖(殼體未畫出)；附圖3是實施例一中定子線圈和轉子線圈的空間位置關係示意圖；附圖4是現有技術中電機內磁場分布示意圖；附圖5是圖4的B-B向剖視示意圖；附圖6是實施例一的電機內磁場分布示意圖；附圖7是圖6的C-C向剖視示意圖。
其中[1]、外層定子；[2]、外層轉子；[3]、內層定子；[4]、內層轉子；[5]、電機軸；[6]、殼體；[7]、定子線圈；[8]、銅嵌條；[9]、磁力線；[10]、轉子連接環；[11]、定子連接環。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例一參見附圖1至附圖7所示，一種徑向多層定、轉子電機，包括殼體6、定子和轉子，定子和轉子各有2層，外層轉子2由環形的矽鋼片疊合成圓筒形鐵芯，圓筒半高處設有轉子連接環10，轉子連接環10由圓形矽鋼片疊合而成，中央開有與電機軸5緊配合的孔，內層轉子4由對稱的兩段構成，其中央開孔，安裝時從電機軸5的兩端套入，與電機軸5及轉子連接環10固定連接，外層轉子2和兩段內層轉子4的外表面上與電機軸5平行方向分別均勻布置有銅嵌條8，銅嵌條8的兩端連接有短路環；所述定子由左右兩半構成，定子的端部為定子連接環11，在定子連接環11一側連接有兩層圓筒形的定子，外層定子1的內徑略大於外層轉子2的外徑，內層定子3的外徑略小於外層轉子2的內徑，內層定子3的內徑略大於內層轉子4的外徑，從而使內層轉子4、內層定子3、外層轉子2、外層定子1依次排列，定子和轉子成相間結構，相鄰的定子層和轉子層之間存在有確定的氣隙，兩層定子分別從電機軸5的左右兩側套入，外層定子1接合，內層定子3的內端與轉子連接環10之間有氣隙，定子鐵芯上繞有定子線圈7。外層定子1固定在殼體6內，電機軸5通過軸承與殼體6的兩側端蓋連接並伸出殼體6。
實施例二如實施例一所述的徑向多層定子、轉子鐵芯，其定子、轉子各有三層，定子、轉子的結構與實施例一類同，構成由內層轉子、內層定子、中層轉子、中層定子、外層轉子、外層定子組成的排列結構。
權利要求1.一種徑向多層定、轉子電機，包括殼體、定子和轉子，其特徵在於所述轉子由至少2層圓筒狀結構的轉子層組成，各轉子層之間通過轉子連接環[10]固定連接，在相鄰兩層轉子層之間及外層轉子的外面分別設有一層定子層，各定子層之間通過定子連接環[11]固定連接，轉子層和定子層成徑向相間排列結構，最內層的轉子中央固定連接有電機軸[5]。
2.如權利要求1所述的徑向多層定、轉子電機，其特徵在於所述轉子連接環[10]位於轉子軸向的中央，與外層轉子[2]為一體結構，各內層轉子[4]均為兩段構成，相對轉子連接環[10]左右對稱布置並與轉子連接環[10]固定連接，所述定子連接環[11]為兩個，分別位於左右兩端，各層定子均由左右兩段構成，分別與相應的定子連接環[11]連接。
3.如權利要求1所述的徑向多層定、轉子電機，其特徵在於所述轉子連接環[10]位於電機的一端，並與各轉子層構成一體結構，所述的定子連接環[11]位於電機的另一端，並與各定子層構成一體結構。
4.如權利要求1或2或3所述的徑向多層定、轉子電機，其特徵在於包括有2層定子和2層轉子，外層定子[1]與殼體[6]固定，內層轉子[4]與電機軸[5]固定，內層轉子[4]、內層定子[3]、外層轉子[2]、外層定子[1]由內向外依次套合排列。
5.如權利要求1或2或3所述的徑向多層定、轉子電機，其特徵在於包括有3層定子和3層轉子，外層定子與殼體固定，內層轉子與電機軸固定，各層轉子和定子呈徑向相間排列結構。
6.如權利要求1或2或3所述的徑向多層定、轉子電機，其特徵在於包括有4層定子和4層轉子，外層定子與殼體固定，內層轉子與電機軸固定，各層轉子和定子呈徑向相間排列結構。
7.如權利要求1或2或3所述的徑向多層定、轉子電機，其特徵在於所述每個轉子層由圓筒狀鐵芯構成，鐵芯的表面均勻分布有與電機軸平行的銅嵌條[8]，銅嵌條[8]兩端由短路環連接。
8.如權利要求1或2或3所述的徑向多層定、轉子電機，其特徵在於所述每個轉子層由圓筒狀鐵芯構成，鐵芯表面開有槽，槽內放有轉子線圈。
9.如權利要求1或2或3所述的徑向多層定、轉子電機，其特徵在於所述每個轉子層由圓筒狀鐵芯構成，鐵芯表面均勻分布有不同極性的磁鐵。
專利摘要一種徑向多層定、轉子電機，包括殼體、定子和轉子，其特徵在於所述轉子由至少2層圓筒狀結構的轉子層組成，各轉子層之間通過轉子連接環固定連接，在相鄰兩層轉子層之間及外層轉子的外面分別設有一層定子層，各定子層之間通過定子連接環固定連接，轉子層和定子層成徑向相間排列結構，最內層的轉子中央固定連接有電機軸。本實用新型在相同的空間(體積)內，增大了定子、轉子的工作面積，因而增大了磁通量，增大了旋轉力矩，增大了起動能力和輸出功率，提高了電機的效率；同時可適應各種特殊場合的需求。
文檔編號H02K16/00GK2529435SQ02219508
公開日2003年1月1日 申請日期2002年3月20日 優先權日2002年3月20日
發明者朱鐵鋼 申請人:朱鐵鋼