专利名称：磁性套筒式电机的制作方法
技术领域：
本发明属于电机结构和制造方面的发明，是一种将开口槽电机加上磁性套筒后变成闭口槽电机的结构方面的发明。
在电机结构的设计中存在着一对矛盾从嵌线工艺的角度看，需要槽口大些好；从电机的性能的角度看，需要槽口小些好。本发明的目的就是既能满足嵌线工艺，又能满足电机的性能。
本发明采用磁性套筒式结构的电机，使电机在嵌线时是开口槽，然后加上磁性套筒电机变成闭口槽电机。可以实现以下目的1、可以使大型电动机和发电机由开口槽变成闭口槽，从而改善电机性能；2、可将半开口槽和半闭口槽的电机都做成开口槽嵌线、闭口槽装配，使电机的嵌线工艺、质量、槽满率、匝间绝缘都得到改善而不降低其性能。
本发明的特征是将电机铁芯做成开口槽，嵌好线以后再装上磁性套筒，将开口槽封闭成闭口槽。图2是一个开口槽定子剖面，
图1是一个磁性套筒，图1的磁性套筒套在图2的定子铁芯2的内表面，使定子铁芯内表面变成图3形状的光滑表面。磁性套筒由铁磁性或亚铁磁性材料做成。从电机性能的角度来看，磁性套筒应该是涡流小和齿间漏磁小并有能力向槽口处提供足够的磁通，以尽量消除齿谐波，所以磁性套筒的厚度是一个关键数据，厚度d不能太厚，太厚则引起齿顶间漏磁过大，会产生转矩降低等不利影响；也不能太薄，太薄则无法提供足够的磁通，消除齿谐波的作用不显著。另外，每个环的宽度K不能太宽，太宽则涡流太大，但太窄则工艺性差。根据电机类型和规格的不同，厚度在0.2-10mm之间，宽度在0.3-20mm之间，要综合考虑电机的工作性能和工艺性，根据实验确定环的宽度和厚度数据。嵌好线圈以后，将这些铁磁圆环套入铁芯，电机就成了定子为图3形状、转子为图4形状的磁性套筒式闭口槽电机，转子磁性套筒不一定是圆形。对定子而言，磁性套筒圆环外部的周长等于定子内圆周长，它是紧配合嵌套在定子内圆表面，在嵌套之前涂上粘接剂可以加强磁性套筒抗震动脱落的性能和产生磁性套筒的环与环之间以及环与铁芯齿面之间的绝缘作用。除了粘接的方法以外，还可以采用点焊的方法将磁性套筒与铁芯焊接为一个整体，对于大型电机，采用点焊的方法将具有更高的可靠性。
磁性套筒的几种基本结构如下1、先描述一种最基本的结构，图1的磁性套筒是由一组用铁磁性材料(如硅钢)制成的圆环组成。先由钢厂生产出成卷的多种规格的矩形截面或圆截面的硅钢丝，再将硅钢丝裁剪成所需的长度焊接(对焊、点焊等)成环。圆环的厚度d应由实验确定。当材料一定时，为了保证有效地抑制齿谐波，d通常随着槽口宽度的增加而增加，即厚度d是槽口宽度T的增函数。这里提出一个估算公式说明厚度d是槽口宽度T的增函数，以供参考d＝G*Bδ*T/(2*Bs)，式中d为磁性套筒厚度，Bδ为气隙磁密，T为以开口槽计算的槽口宽度，Bs为磁性套筒材料的饱和磁密，G为修正系数。对小型电机而言，环的厚度应该比较薄，可以采用现有硅钢片的厚度(如0.35mm或0.5mm)，将硅钢片剪切成长条以后再焊接成环。对于槽口宽度大的电机则需要定制成厚的(如1mm-10mm)硅钢条，宽度K控制在10mm以下为好，焊接成环。从电机性能的角度看，环宽度越小越好，应不大于定子的铁芯齿宽的一半比较合理，以免环面的涡流太大，当然，如果强调工艺性的话，宽一些也可以，只是它的涡流损耗偏大一些。要补充说明的是，硅钢环在套入铁芯以前不可能很圆，也没有必要将硅钢环整圆，因为硅钢环套入铁芯以后会被定子铁芯内圆逼成圆形，所以只要保证硅钢环的外部周长与定子内圆周长相等从而形成紧配合就可以了。对于转子而言，可用磁性套筒箍套在转子表面，也可以用缠绕法将硅钢线紧绕在转子表面。
图5是螺旋式磁性套筒，预先用铁磁性材料制成一卷线状的材料，其截面可以是多种规格的矩形或圆形，称磁性线。待铁芯齿面和磁性线涂好胶以后，将这种磁性线紧贴并粘接在铁芯齿表面绕制呈图5的弹簧状，其首尾两端用点焊或卡住固定。
磁性套筒结构还有多种形态。图6是由整块软磁性材料制成的圆筒形状的磁性套筒，此材料要求电阻率高和导磁率高，就目前来说采用铁氧体、高硅铝钢或超高硅铝钢比较好，也可用铁磁性粉末和粘结胶制成。图6的金属整块式磁性磁套筒的涡流很大，开一些缝可以减小涡流，图7是在整块式磁性套筒的基体上沿轴向割开一些长缝6，图8是在整块式磁性套筒的基体上沿圆周向割开一些长缝7，并注入树脂胶用来弥补强度和加强绝缘，割缝分布形状的其它方式是容易设想的，不能穷举。如果图8中的圆周向割缝7的割一整圆，则图8成了一组与图1一样由短的磁性环组成的磁性套筒。图9是一个结合式的磁性套，在对应于槽口的部位11，用一些非金属材料将一组单个的磁性圆环结合成一个完整的磁性套筒，11是被结合的部分，也是对应于槽口的部分。整个磁性套筒粘接在铁芯上。
由于加上磁性套筒后会对电机的电磁特性产生影响，所以可以对电机的结构重新进行优化设计。
1、电机设计中，采用斜槽设计和定转子槽数比的设计以及较多的槽数设计的目的是抑制齿谐波，由于磁性套筒抑制了齿谐波，所以电机的斜槽设计和定转子槽数比的设计以及较多的槽数设计就可以重新考虑，只要充分的抑制了齿谐波，就可以减小斜槽角度或取消斜槽；使定转子槽数比接近于或等于1；可以相应地减少槽数。
2、磁性套筒实际上是一层钢套，可以起到阻止槽内线圈跑出槽口的作用，所以可以减薄槽楔甚至取消槽楔。尤其对半闭口槽和半开口槽的电机而言，都可以改成开口槽嵌线，有利于提高槽满率和嵌线质量。
3、采用磁性套筒以后多了一条磁路，对励磁磁路而言磁阻减小，有利于提高磁饱和深度；对起去磁作用的电枢反应而言，磁性套筒旁路了电枢反应磁通，抑制了电枢反应，对增磁作用的电枢反应而言，由于励磁磁路已经处于深度饱和，再增加励磁磁势也不会使磁密有大的增加。以上效果相当于加大了短路比，所以可相应地减小气隙，从而减小励磁损耗，提高发电机的效率和发电容量。
采用磁性套筒再配合优化电机设计，可以电机的损耗下降，温升降低，从而提高电机的额定工作点的容量。
权利要求
1.本发明的特征是将电机铁芯做成开口槽，嵌好线以后再装上磁性套筒，将开口槽封闭成闭口槽。图2是一个开口槽定子剖面，图1是一个磁性套筒，图1的磁性套筒套在图2的定子铁芯2的内表面，使定子铁芯内表面变成图3形状的光滑表面。磁性套筒由铁磁性或亚铁磁性材料做成。从电机性能的角度来看，磁性套筒应该是涡流小和齿同漏磁小并有能力向槽口处提供足够的磁通，以尽量消除齿谐波，所以磁性套筒的厚度是一个关键数据，厚度d不能太厚，太厚则引起齿顶间漏磁过大，会产生转矩降低等不利影响；也不能太薄，太薄则无法提供足够的磁通，消除齿谐波的作用不显著。另外，每个环的宽度K不能太宽，太宽则涡流太大，但太窄则工艺性差。根据电机类型和规格的不同，厚度在0.2-10mm之间，宽度在0.3-20mm之间，要综合考虑电机的工作性能和工艺性，根据实验确定环的宽度和厚度数据。嵌好线圈以后，将这些铁磁圆环套入铁芯，电机就成了定子为图3形状、转子为图4形状的磁性套筒式闭口槽电机，转子磁性套筒不一定是圆形。对定子而言，磁性套筒圆环外部的周长等于定子内圆周长，它是紧配合嵌套在定子内圆表面，在嵌套之前涂上粘接剂可以加强磁性套筒抗震动脱落的性能和产生磁性套筒的环与环之间以及环与铁芯齿面之间的绝缘作用。除了粘接的方法以外，还可以采用点焊的方法将磁性套筒与铁芯焊接为一个整体，对于大型电机，采用点焊的方法将具有更高的可靠性。
2.根据权利要求1所述的电机结构，其进一步的特征是磁性套筒的结构和制造的主要工艺。图1的磁性套筒是由一组用铁磁性材料(如硅钢)制成的圆环组成。先生产出成卷的多种规格的矩形截面或圆截面的硅钢丝，再将硅钢丝裁剪成所需的长度焊接(对焊、点焊等)成环。当材料一定时，为了保证有效地抑制齿谐波同时也限制齿顶漏磁的过多增加，圆环的厚度d是须由实验确定的关键数据，d应随着槽口宽度T的增加而增加，即厚度d是槽口宽度T的增函数。对小型电机而言，环的厚度应该比较薄，可以采用现有硅钢片的厚度(如0.35mm或0.5mm)，将硅钢片剪切成长条以后再焊接成环。对于槽口宽度大的电机则需要定制成厚的(如0.8mm-10mm)硅钢条，宽度K控制在10mm以下为好，焊接成环。从电机性能的角度看，环宽度越窄越好，应不大于定子的铁芯齿宽的一半比较合理，以免环面的涡流太大。当然，如果强调工艺性的话，宽一些也可以，只是它的涡流损耗偏大一些。要补充说明的是，硅钢环在套入铁芯以前不可能很圆，也没有必要将硅钢环整圆，因为硅钢环套入铁芯以后会被定子铁芯内圆逼成圆形，所以只要保证硅钢环的外部周长与定子内圆周长相等从而形成紧配合就可以了。对于转子而言，可用磁性套筒箍套在转子表面，也可以用缠绕法将硅钢线紧绕在转子表面。
3.根据权利要求1所述的电机结构，其进一步的特征是螺旋状的磁性套筒结构。图5是螺旋式磁性套筒，预先用铁磁性材料制成一卷线状的材料，其截面可以是多种规格的矩形或圆形，称磁性线。待铁芯齿面和磁性线涂好胶以后，将这种磁性线紧贴并粘接在铁芯齿表面绕制呈图5的弹簧状，其首尾两端用点焊或卡住固定。
4.根据权利要求1所述的电机结构，其进一步的特征是磁性套筒结构的多种形态。图6是由整块的软磁性材料制成的圆筒形状的磁性套筒，此材料要求电阻率和导磁率高，就目前来说采用铁氧体、高硅铝钢或超高硅铝钢比较好，也可用铁磁性粉末和粘结胶制成。图6的金属整块式磁性磁套筒的涡流很大，开一些缝可以减小涡流，图7是在整块式磁性套筒的基体上沿轴向割开一些长缝6，图8是在整块式磁性套筒的基体上沿圆周向割开一些长缝7，并注入树脂胶用来弥补强度和加强绝缘，割缝分布形状的其它方式是容易设想的，不能穷举。如果图8中的圆周向割缝7的割一整圆，则图8成了一组与图1一样由短的磁性环组成的磁性套筒。图9是一个编织式的磁性套，在对应于槽口的部位11，用一些非金属的丝线将一组单个的磁性圆环编织成一个完整的磁性套筒，11是被编织的部分，也是对应于槽口的部分。整个磁性套筒粘接在铁芯上。
5.根据权利要求1所述的电机结构，其进一步的特征是修改电机的设计，采用斜槽设计和定转子槽数比的设计以及较多的槽数设计的目的是抑制齿谐波，由于磁性套筒抑制了齿谐波，所以电机的斜槽设计和定转子槽数比的设计以及较多的槽数设计就可以重新考虑，只要充分的抑制了齿谐波，就可以减小斜槽角度或取消斜槽；使槽数比接近于或等于1；可以相应地减少槽数。
6.根据权利要求1所述的电机结构，其进一步的特征是修改电机在槽口方面的设计，磁性套筒实际上是一层钢套，可以起到阻止槽内线圈跑出槽口的作用，所以可以减薄槽楔甚至取消槽楔。尤其对半闭口槽和半开口槽的电机而言，都可以改成开口槽嵌线，有利于提高槽满率和嵌线质量。将磁性套筒与铁芯点焊为一整体就是完全的闭口槽。
7.根据权利要求1所述的电机结构，其进一步的特征是减小发电机的气隙设计值，采用磁性套筒以后多了一条磁路，对励磁磁路而言磁阻减小，有利于提高磁饱和深度；对起去磁作用的电枢反应而言，磁性套筒旁路了电枢反应磁通，抑制了电枢反应。对增磁作用的电枢反应而言，由于励磁磁路已经处于深度饱和，再增加励磁磁势也不会使磁密有大的增加。以上效果相当于加大了短路比，可以相应地减小气隙，从而减小励磁损耗。
全文摘要
本发明属于电机结构的制造方面的发明,是一种闭口槽电机。其特征是将电机铁芯做成开口槽,嵌好线以后再装上磁性套筒,将开口槽封闭成闭口槽。磁性套筒由铁磁性或亚铁磁性材料做成。附图的磁性套筒是由一组铁磁性材料(如硅钢)制成的圆环组成,这些环之间互相绝缘,根据电机类型和规格的不同,厚度在0.2—10mm之间,宽度在0.3—20mm之间。
文档编号H02K3/48GK1182969SQ96118420
公开日1998年5月27日 申请日期1996年11月19日 优先权日1996年11月19日
发明者陈启星 申请人:陈启星