一种层叠式异步静电电动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电气领域，涉及机械设计、静电能量耦合方法。具体来说是将随时间和空间变化的电场能，转化为推动转子旋转的机械能。
【背景技术】
[0002]早在19世纪末，人们就开始了对静电感应电机的研究，但进展缓慢。到20世纪70年代，Gubkin和Jefimenko分别发明了比较实用的静电电动机，不过电动机输出力矩很小。Yasufusa改进了两人的电机，通过在转子两侧固定电机的方式，解决了转子不结实的问题，他的电机可以输出微牛.米的力矩。相比电磁电动机来说，小尺寸的静电电动机具有更大的力/体积比。所以，静电电动机可望在微观领域应用广泛。然而，近年来一些文献显示，层叠结构的静电电动机可以提供高达牛.米的力矩，这说明在宏观领域，静电电动机也可有所作为。当今许多机电装置需要非磁性电机的支持，所以对静电电动机进行研究很有意义。中国专利申请号为200910169764.2，公开日:2010年I月27日，名称:静电感应电动机。该发明为同步电动机，需要对输入电压和定转子位置进行精密控制要求。
[0003]异步静电电动机是利用介电弛豫原理来实现的运动机构，其控制方法与实现都相对简单。Syoyu设计了可以在空气中工作的异步静电电动机，工作电压1200V，功率2.4mff,输出扭矩小，且试验缺乏定量分析。到目前为止，大输出扭矩的异步静电电动机尚无报道。
【发明内容】
[0004]本发明鉴于上述技术背景实现，目的在于对静电电动机存在的问题加以研究，提出一种层叠式异步静电电动机，能够提供较大输出功率和扭矩。它包括叉指定子(1)，表面绝缘连接件(2)，环氧树脂层(3)，铜薄片(4)，金属薄膜(5)，机壳(6)，定子引线(7)，轴
(8)，油封轴承(9)和转子引线(10)。叉指定子(I)通过表面绝缘连接件(2)与定子引线
(7)电气连接，与电动机机壳(6)机械连接。定子引线(7)与交流高压电源连接。转子为三层结构，两侧为环氧树脂层(3)，表面金属薄膜(5)，中间为铜薄片(4)，这种三明治结构提高了整个转子结构强度。铜薄片(4)通过表面绝缘连接件(2)与转子引线(10)电气连接，与轴⑶机械连接。转子引线(10)与大地连接，在电机系统中保持零电位。油封轴承(9)套在轴(8)上，两者一起安装在机壳(6)外端圆面的中心。
[0005]异步静电电动机的工作原理是基于介电弛豫现象的。当一对定子引线(7)连接交流高压电源，形成静电电动机的一对极。电源上电后，极间形成交变的高压电场。叉指定子
(I)表面感应出随着时间和空间变化的电荷。这些电荷通过定子与转子之间的气隙，在转子表面金属薄膜(5)上也感应出随着时间和空间变化的电荷。由于介电弛豫现象的存在，使得叉指定子(I)表面的电荷与转子表面金属薄膜(5)的电荷存在相位差。该相位差与定、转子之间的气隙，转子两侧的环氧树脂层(3)，外部电压的频率，电机的极对数，转子表面金属薄膜(5)的电阻率和静电电动机的半径有关。合理的设计这些参数将会优化相位差，进而影响定子和转子之间的电场。该电场沿转子表面切向方向的分量，将吸引或排斥表面电荷，最终形成转矩，驱动转子旋转。
[0006]为了增加静电电动机的输出转矩，本发明将叉指定子(I)和转子上下层叠装配，中间保持微小间隙，并且两者与轴(8)保持平行，最外层为转子。围绕轴(8)安装多对极，可以构造出多极静电电动机，形成一整圈层叠结构的定、转子。
[0007]考虑到金属片较薄，受力容易产生形变，定、转子不能与轴(8) —样长。但是输出力矩又与定、转子的长度成正比。所以为了产生较大输出转矩，本发明将原本与轴(8)同长度的定、转子分成若干等长的小段，每一小段构成一整圈的层叠结构的定、转子。这种方法会增加表面绝缘连接件(2)的数量，增加了材料的消耗。但是定、转子层叠结构牢靠，同时又能提供大的输出转矩。
[0008]本发明与现有技术相比，装置所用金属材料少，整机重量轻，并可提供毫牛.米以上的输出力矩，适用于要求高转速低扭矩的工业领域。
【附图说明】
[0009]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0010]图1是本发明的纵向断面示意图。
[0011]图2是本发明的横断面示意图。
[0012]图中1.叉指定子，2.表面绝缘连接件，3.环氧树脂层，4.铜薄片，5.金属薄膜，6.机壳，7.定子引线，8.轴，9.油封轴承，10.转子引线。
【具体实施方式】
[0013]叉指定子(I)为手指状金属铝片，长度为50毫米，宽度为10毫米，厚度为I毫米；它通过表面绝缘连接件(2)与定子引线(7)电气连接，与电动机机壳(6)机械连接。电动机机壳(6)半径200毫米，轴(8)长I米，轴半径20毫米；
定子引线(7)与交流高压电源连接，电源电压工作范围为1000~2000伏，工作频率为100赫兹；
转子长度为50毫米，宽度为10毫米；转子为三层结构，两侧为环氧树脂层(3)，厚度为3毫米，相对介电常数为3;表面金属薄膜(5)，厚度为I毫米，表面金属薄膜(5)的电阻为5X 18欧姆；中间为铜薄片(4)，这种三明治结构提高了整个转子结构强度。铜薄片(4)通过表面绝缘连接件(2)与转子引线(10)电气连接，与轴(8)机械连接。
[0014]转子引线(10)与大地连接，在电机系统中保持零电位。油封轴承(9)套在轴(8)上，两者一起安装在机壳(6)外端圆面的中心。
[0015]叉指定子(I)和转子上下层叠装配，中间保持微小空隙，本发明的静电电动机的间隙为I毫米，空气的介电常数为8.85X10 12法/米。定子铝片和转子与轴(8)保持平行。层叠数为15层，最外层为转子。围绕轴(8)安装多对极，可以构造出24极静电电动机，形成一整圈层叠结构的定、转子。
[0016]为了产生较大输出转矩的同时，提高转子的机构强度。本发明将原本与轴(8)同长度的定、转子分成若干等长的小段，每一小段构成一整圈的层叠结构的定、转子。小段数量为18，段与段的间隙长度为5毫米。这种方法会增加表面绝缘连接件(2)的数量，增加了材料的消耗。但是定、转子层叠结构牢靠，同时又能提供大的输出转矩。
[0017]经计算，在2000V的工作电压下，叉指定子表面感应电荷密度的幅度为6.37X10 6库伦/米2，而定子表面电荷密度和转子表面电荷密度的相位差为0.138。进一步计算转子表面感应电荷密度的幅度为3.16X10 6库伦/米2。该层叠异步静电电动机产生的转矩为
0.19牛.米。
【主权项】
1.一种层叠式异步静电电动机，它包括叉指定子(1)，表面绝缘连接件(2)，环氧树脂层⑶，铜薄片⑷，金属薄膜(5)，机壳(6)，定子引线(7)，轴⑶，油封轴承(9)和转子引线(10);叉指定子⑴通过表面绝缘连接件⑵与定子引线(7)电气连接，与电动机机壳(6)机械连接；定子引线(7)与交流高压电源连接；转子为三层结构，两侧为环氧树脂层(3)，表面金属薄膜(5)，中间为铜薄片(4)，这种三明治结构提高了整个转子结构强度；铜薄片(4)通过表面绝缘连接件⑵与转子引线(10)电气连接，与轴⑶机械连接；转子引线(10)与大地连接，在电机系统中保持零电位；油封轴承(9)套在轴(8)上，两者一起安装在机壳(6)外端圆面的中心。2.根据权利要求1所述的层叠式异步静电电动机，其特征是:叉指定子(I)和转子上下层叠装配，中间保持微小间隙，并且两者与轴(8)保持平行，最外层为转子；围绕轴(8)安装多对极，可以构造出多极静电电动机，形成一整圈层叠结构的定、转子。3.根据权利要求1所述的层叠式异步静电电动机，其特征是:将原本与轴(8)同长度的定、转子分成若干等长的小段，每一小段构成一整圈的层叠结构的定、转子；这种方法会增加表面绝缘连接件(2)的数量，增加了材料的消耗；但是定、转子层叠结构牢靠，同时又能提供大的输出转矩。
【专利摘要】<b>本发明公开了一种层叠式异步静电电动机。该电动机包括定子，三明治转子和电动机壳。其中叉指定子</b><b>(1)</b><b>通过表面绝缘连接件</b><b>(2)</b><b>与定子引线</b><b>(7)</b><b>电气连接，与电动机机壳</b><b>(6)</b><b>机械连接。转子为三层结构，两侧为环氧树脂层</b><b>(3)</b><b>，表面金属薄膜</b><b>(5)</b><b>，中间为铜薄片</b><b>(4)</b><b>。转子通过表面绝缘连接件</b><b>(2)</b><b>与转子引线</b><b>(10)</b><b>电气连接，与轴</b><b>(8)</b><b>机械连接。油封轴承</b><b>(9)</b><b>套在轴</b><b>(8)</b><b>上，两者一起安装在机壳</b><b>(6)</b><b>外端圆面的中心。本发明装置所用金属材料少，整机重量轻，并可提供毫牛</b><b>.</b><b>米以上的输出力矩，适用于要求高转速低扭矩的工业领域。</b>
【IPC分类】H02N1/00
【公开号】CN105186921
【申请号】CN201510619330
【发明人】龚晓春
【申请人】哈尔滨工业大学（威海）
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月25日