专利名称：花瓣式大线圈绕组盘式电机的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种盘式电机，更具体地说是采用了新颖的花瓣大线圈绕组轴向气隙盘式电机。
现有的轴向气隙电机，主要是70年代出现的称为盘式电动机。中国专利申请CN87108319.1号申请了一种轴向气隙电机，一是双定子单转子双气隙结构;一是定子比转子多一的多气隙结构，但总的结构形式，特别是绕组形式与上述盘式电动机无差别(参见图3)。此类轴向气隙电机的通病在于铁芯成型困难，尤其是其绕组结构仍采用径向气隙传统电机的技术，槽数较多、铁芯成型就越发困难。其原因是铁芯是用冲有槽孔的硅钢带卷绕而成，而带上每相邻槽间的距离都不相等，这样就要求精度高、工艺复杂、设备亦很昂贵。所以自70年代问世以来，一直未得到很大发展。
本发明的目的就是要克服上述缺点，提供一种改进的轴向气隙电机，它使得定子铁芯的槽数大大减少，而且绕组具有较大的磁通面积，从而提高单机容量和效率，使铁芯成型简单化、大大降低生产成本。
本发明主要是采用花瓣式大线圈绕组以及相应的定子铁芯来达到上述目的。
按照本发明的花瓣式大线圈绕组盘式电机，它主要由定子、转子、支架、工作轮组成，定子铁芯的槽数大大减少，而且绕组具有较大的磁通面积，从而提高单机容量和效率，使铁芯成型简单化、大大降低生产成本。
本发明主要是采用花瓣式大线圈绕组以及相应的定子铁芯来达到上述目的。
按照本发明的花瓣式大线圈绕组盘式电机，它主要由定子、转子、支架、工作轮组成，定子主要包括铁芯、绕组、定子壳、其特征在于所说的绕组采用花瓣式大线圈绕组，它们嵌在定子铁芯的槽内，构成全节距集中绕组。
本发明进一步的特征在于所说定子的大齿数是转子磁极数的2倍、3倍或4倍。
按照上述的花瓣式大线圈绕组盘式电机，其特征在于所说的定子还包括轴，所说转子与工作轮连为一体，它们通过轴承绕所说轴转动。
按照上述的花瓣式大线圈绕组盘式电机，其特征在于它包括两个定子和一个转子。
下面将结合附图对本发明作详细说明。
图1显示了本发明的第一种实施例，它是一种单气隙永磁交流发电机。
图1A是外观图，图1B是半剖面结构示意图。
图2显示了本发明的第二种实施例，它是一种双气隙励磁式交流发电机。
图2A是半剖面结构示意图，图2B是外观图。
图3是现有技术绕组示意图。
图4是本发明的单相花瓣式大线圈绕组示意图。
图5是本发明的双相花瓣式大线圈绕组示意图。
图6是本发明的三相花瓣式大线圈绕组示意图。
图7为图1中发电机的轴向磁路示意图。
图8为图2中发电机的轴向磁路示意图。
图9为定子铁芯结构图。
图10为转子结构图。
图11是利用本发明的水轮发电机的右半部分剖面图。
参见图1，本发明的第一个实施例是单气隙永磁交流发电机。它主要由定子(1)、支架(2)、转子(3)、工作轮(4)组成。本实施例采用悬臂支承结构，轴与定子固定在一起，不动，而转子通过轴承在轴的一端旋转。定子(1)包括轴(6)、垫片(7)、铁芯(8)(参见图9)、绕组(9)和定子壳(10)，绕组(9)可采用图4、图5或图6所示的花瓣式大线圈绕组。转子(3)包括磁极(11)、磁轭(12)、转子壳(13)和橡胶圈(15)，磁极(11)由扇形磁体块构成，它们沿圆周均匀分布在盘状磁轭(12)上。上述转轮(4)通过三个螺丝(14)与转子连接为一体，它们通过轴承(16)可绕轴(6)旋转。轴(6)的右端利用螺母(17)锁紧。螺母(7)的右侧有端盖(5)起保护作用。
图2显示了本发明的第二种实施例，它是双气隙励磁式交流发电机。它主要由两个定子(20、22)、一个转子(21)、左右支架(19、23)，三个连接螺栓(18)组成。定子(20)与定子(22)结构上是相同的，它们与图1中的定子(1)结构上也是基本相同的，不同的只是轴(25)不紧固在定子(20、22)上，而是紧固在转子(21)上，它们通过轴承(26)相对于定子旋转。转子(21)采用励磁式，它包括轮(30)、磁轭(31)、励磁绕组(32)和磁极(33)。当然轮(30)也可用安装在电机外部的工作轮(24)代替。
图3是现有技术的绕组示意图，从中可看出其铁芯开槽多，绕组复杂，布线困难。
图4、图5和图6显示了三种情况下本发明所采用的花瓣式大线圈绕组，它们对应的转子均为三对磁极。
图4是单相电机的情况，二个绕组线圈(34、35)嵌在定子铁芯的6个槽内，因此，定子只有6个定子大齿(36)，是转子磁极对数(3对)的2倍。绕组线圈(34)和(35)各有3个花瓣，且互相错开，构成全节距集中绕组，这样不仅充分利用了铁芯周缘空间，增大了磁通面积，能得到较高的电动势，而且还克服了传统全节距集中绕组耗铜的缺点。绕组线圈(34)与绕组线圈(35)相差一个定子大齿，即相位相差180°，采用串联或并联连接方式，即可将它们组成一个单相绕组。
本发明所采用的这种绕组形式，任何单匝线圈均能与转子所有磁极对提供的磁通同时全部作用。感生电动势正比于该匝线圈磁通量的变化率。若φm为一对磁极的磁通，P为磁极对数，f为频率，则感生电动势为E＝4.44Pfφm上述式子同样也适用于图5、图6的情况。
图5为两相电机的情况，绕组线圈(37)和(38)相位相差180°，采用串联或并联方式组成第一个绕组;绕组线圈(39)和(40)相差也是相差180°，采用串联或并联方式组成第二个绕组。此处，定子有12个定子大齿(41)，它是转子磁极对数(3对)的4倍。
图6为三相电机情况，绕组绕圈(42)、(43)、(44)分别构成A、B、C三相绕组。此处定子有9个定子大齿(45)，它是转子磁极对数(3对)的3倍。
图7表示了图1中发电机的轴向磁路，(46)表示磁力线。
图8表示了图2中发电机的轴向磁路，(47)表示磁力线。
图9为定子铁芯结构图，铁芯(8)只开有6个槽，它适用于图4所示的单相电机。
图10为图2所示电机中所用励磁式转子的结构图。它包括磁轭(31)，在磁轭(31)两侧分别有励磁绕组(32)。
下面再提供一种电机实例，是一种外部结构为伞式结构的水轮发电机。如图11所示，轴向尺寸很小，故磁路很短;径向尺寸很大，可提供较大的气隙面积和较多的极对数，以便低速或超低速运行。其转子可以用支架(49)加固，增加机械强度，转子外沿装有特有的“导槽”(50)内有滚球(51)，用来对转子的辅助支承和保证气隙形状。虚线所示的励磁机(52)在电机的内围，其电枢装在转子上，由半导体整流直接当主机励磁。励磁机的磁场装在定子上，由其它直流电源励磁，并以此电流的大小来控制主机的励磁电流。励磁机与主机有各自独立的磁路，可采用不同的频率运行。定子铁芯和转子铁芯中有轴向风道(53)。气隙作为径向风道。由于采用了花瓣式大线圈绕组，十分简单、接头少可为内冷式冷却提供极大的方便。该绕组要求槽数较少，适应简单可行的铁芯成型方法。图中所示为单气隙结构，若以转子为对称轴线，在转子的上侧，配置同样定子，组成双气隙结构，可平衡单边磁拉力。
上面详细介绍了本发明的具体实施例，由于本发明采用了独特的花瓣式大线圈绕组和径向平面的铁芯，配以较短的磁路和较小的部件，以及简单的工艺生产单气隙、双气隙的发电机，可大大提高原材料的利用率，大幅度提高单机容量和效率。特别是单气隙结构，为机电一体化提供了极大的方便，因为从气隙可将定子、转子分成各自独立的两部份，当机电结合时，可实现无机械摩擦传动。由于本发明采用平面气隙、数目较少的定子大齿、较窄的槽口，发电机在运行时可减少主磁场的骚动，又因为电枢磁场的轴线总是平行于主磁场的轴线，缓解了因电枢反应引起的主磁场的畸变，故对提高电势质量有着积极的作用。由于本发明开拓了径向空间，便于散热，为多极低速发电机及大容量电机的制造提供了方便。本发明采用大线圈，有较大的磁通面积，在相同条件下，可获得较高的感生电动势，故提高了铜的利用。这种绕组不仅方便下线，容易绝缘，而且又有足够的机械强度和介电强度。因此，本发明具有非常出色的效果。
权利要求
1.一种花瓣式大线圈绕组盘式电机，它主要由定子(1)、转子(3)、支架(2)、工作轮(4)组成，定子主要包括铁芯(8)、绕组(9)、定子壳(10)，其特征在于所说的绕组(9)采用花瓣式大线圈绕组(34、35、37、38、39、40、42、43、44)，它们嵌在所说的铁芯(8)的槽内，构成全节距集中绕组。
2.按照权利要求1所述的花瓣式大线圈绕组盘式电机，其特征在于所说定子的大齿数是转子磁极对数的2倍。
3.按照权利要求1所述的花瓣式大线圈绕组盘式电机，其特征在于所说定子的大齿数是转子磁极对数的3倍。
4.按照权利要求1所述的花瓣式大线圈绕组盘式电机，其特征在于所说定子的大齿数是转子磁极对数的4倍。
5.按照权利要求1～4所述的花瓣式大线圈绕组盘式电机，其特征在于所说的定子还包括轴(6)，所说转子(3)与工作轮(4)连为一体，它们通过轴承(16)绕轴(6)转动。
6.按照权利要求1～4所述的花瓣式大线圈绕组盘式电机，其特征在于它包括两个定子(20、22)、一个转子(21)。
全文摘要
一种花瓣式大线圈绕组盘式电机，它主要由定子、转子、工作轮等组成。定子主要包括铁芯、绕组和定子壳，其特征在于所说绕组采用花瓣式大线圈绕组，它不仅方便下线、有较高的机械强度和电介强度、散热面积较大，而且增加了磁通面积，提高感生电动势，从而提高了单机容量和效率。
文档编号H02K21/24GK1055450SQ9110155
公开日1991年10月16日 申请日期1991年3月16日 优先权日1991年3月16日
发明者吕灿华, 王安洲, 吕中亚 申请人:常景蔚, 吕灿华