一種電機及正弦定子的制作方法
【專利摘要】一種電機及正弦定子技術方案，涉及單相或三相：交流同步電動機、交流異步電動機等定子，有若干個齒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，定子線圈端部長度變短，線圈電阻小、損耗減少，電機出力、效率增大，既節省線材又嵌線、接線簡單省力。因此，進一步降低了5次、7次及其它諧波磁勢對電機的影響，提高了電機的性能、轉矩，具有良好的節能減排效果。
【專利說明】—種電機及正弦定子

【技術領域】
[0001]本技術涉及交流電機領域，尤其是交流同步電機、交流異步電機定子。

【背景技術】
[0002]在目前的交流單相電機中，涉及單相交流同步電機、單相交流異步電機等定子，其電機定子有著同樣的實體，而轉子包括繞線型、鼠籠型、永久磁鐵型等。其電機定子鐵芯圓內分別分布著均等的槽和齒，在槽里放置二相對稱繞組，其基本原理是在圓內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，通電時其中一相通過電容使定子鐵芯上產生二相旋轉磁場，帶動轉子旋轉。
[0003]在目前的三相交流電機中，涉及三相交流同步電機、三相交流異步電機等，其電機定子結構有著同樣的實體，而轉子包括繞線型、鼠籠型、永久磁鐵型等，其電機定子鐵芯圓內分別分布著均等的槽和齒，在槽里放置三相對稱繞組，其基本原理是在圓內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，通電時使定子鐵芯上產生三相旋轉磁場，帶動轉子旋轉。
[0004]電機設計師在設計電機時力圖把消除諧波磁勢當作重要內容來設計。目前消除諧波磁勢的技術主要表現在于定子、轉子繞組:包括單、雙層疊式繞組、同心分布式繞組、分數槽分布式繞組上或轉子鐵芯形狀呈正弦狀，目的使氣隙電勢波呈正弦狀。雖然在采用上述對應的分布式繞組時消除一定量的諧波磁勢，但也帶來槽齒較多、齒諧波量增大、繞線工藝復雜、線圈端部較長、漏磁量增多及電阻電抗增大對電機效率、功率、轉矩產生下降的影響。而微型電機在實施分布繞組技術方案時往往操作較難。這就是微型電機功率因素提不高的原因。


【發明內容】

[0005]針對現有電機存在不足，本發明提供一種電機正弦定子技術方案，是通過改變電機定子鐵芯弧面形狀，使極距變短、極弧面氣隙相似于呈正弦規律變化形狀分布，通電后氣隙磁勢形成相似于正弦波，從而在定子鐵芯機械層面提高了單相或三相交流電機的轉矩和電氣性能，特別是微型交流電機對正弦磁勢波的要求更能夠做到。此種技術方案可應用于通電時具有產生旋轉磁場特征的交流電機定子中。
[0006]請參考圖1，一種電機及正弦定子，有若干個齒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]因為電機的功率大小不一樣，齒5齒身寬度、齒4齒身寬度就根據電機功率大小形狀確定。
[0008]本技術方案中的定子9繞組鐵芯磁極與轉子10之間極弧面氣隙14為非均勻氣隙，是相似于按正弦規律變化的氣隙。其中齒5弧面是按正弦規律變化的機械形狀弧面，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，一相中若干單個線圈連接成一相繞組，每相繞組分別連接成若干對N/S極對稱的磁極，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律分布狀。
[0010]所述的一種電機及正弦定子可以為內定子或外定子。
[0011]所述的一種電機及正弦定子外形可以為方形或圓形。
[0012]所述的一種電機及正弦定子可以為單相定子或三相定子。
[0013]請參考圖2，所述的一種電機及正弦定子為單相，有若干個齒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]所述的一種電機及正弦定子為單相，其中的轉子上繞有勵磁繞組或永久磁體，則為單相交流同步電機。單相交流同步電機可以作為單相交流電動機、也可以作為單相交流發電機使用。
[0015]所述的一種電機及正弦定子為單相，其中的轉子是鼠籠式，則為單相交流異步感應電機。
[0016]單相交流電機一般需要用電容分相才有啟動力矩的。
[0017]請參考圖3，所述的一種電機及正弦定子為三相，有若干個齒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]所述的一種電機及正弦定子為三相，其中的轉子上繞有勵磁繞組或永久磁體，則為三相交流同步電機。三相交流同步電機可以作為三相交流電動機、也可以作為三相交流發電機使用。
[0020]所述的一種電機及正弦定子為三相，其中的轉子是鼠籠式，則為三相交流異步感應電機。
[0021]在所述的包括單相或三相的一種電機及正弦定子中，齒4、齒5、齒4三齒組成一極，三齒機械極弧面呈正弦規律分布狀，極弧面氣隙亦呈正弦規律分布狀，線圈通電時所產生的氣隙磁勢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，定子線圈端部長度變短，線圈電阻小、損耗就減少；由于組成定子一極的齒數僅僅三齒，從電機整體來看，定子槽齒數越少，槽齒利用率增大，齒槽諧波量就越少，損耗將進一步降低；另一方面，轉子的槽數將相應減少，轉子槽中的銅或鋁截面積就可以增大，轉子電阻減少。從某種意義來講，節省了能源。
[0022]采用單相或三相的一種電機及正弦定子技術方案優點在于:①每相每極以齒5為主、左右齒4為輔三齒排列組成且機械極弧面氣隙呈正弦規律分布狀，具有良好的正弦波磁勢波形，相比于同規格的現有單相或三相電機，槽齒數相對減少，槽齒數的減少將會減少齒部諧波電勢和提高槽滿率；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，定子線圈端部長度相對變小，線圈電阻小、損耗減少，電機出力、效率增大。因此，基本消除5次、7次及其它諧波磁勢所產生的附加力矩對電機的影響，既節省線材又嵌線、接線簡單省力，提高了電機的性能、轉矩，具有良好的節能減排效果，特別在微型電機上實施更簡單方便，作用更大，效果更好。②線圈嵌線簡單，可以用嵌線機整體嵌入，減少人工操作強度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是一種電機及正弦定子展開結構示意圖。
[0024]圖2是一種電機及正弦定子單相電容啟動四極結構原理、實施例示意圖。
[0025]圖3是一種電機及正弦定子三相四極結構原理、實施例示意圖。
[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]【具體實施方式】(一)
[0028]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0029]請參考圖2，一種電機及正弦定子為單相，磁極數為四極，有十六齒十六槽，材料是高導磁矽鋼片或硅鋼片。
[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]十六齒均分為八個齒5、八個齒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設計。
[0033]所述的定子9繞組鐵芯磁極與轉子10之間的極弧面氣隙14為非均勻氣隙，是相似于按正弦規律變化的氣隙。其中，齒5弧面是按正弦規律變化的機械形狀弧面，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，四個單個線圈連接成一相繞組，每相繞組分別連接成對稱的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B相鐵芯磁極22在空間位置上互為90°電角度。
[0036]四個A相鐵芯磁極11、四個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律分布狀。
[0037]所述的一種電機及正弦定子為單相，其中，轉子可以為鼠籠式或永磁磁體式或勵磁繞線式任意一種。
[0038]采用此種技術方案，還可以做出單相:8槽二極交流電機、24槽六極交流電機、32槽八極交流異步、同步電機等。
[0039]【具體實施方式】(二)
[0040]請參考圖3，一種電機及正弦定子為三相，磁極數為四極，有二十四齒二十四槽，材料是高導磁矽鋼片或硅鋼片。
[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齒5、十二個齒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設計。
[0044]所述的定子9與轉子10間的每極極弧面氣隙14為非均勻氣隙，是相似于按正弦規律變化的氣隙。其中，齒5弧面是按正弦規律變化的機械形狀弧面，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，四個單個線圈連接成一相繞組，每相繞組分別連接成對稱的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C相鐵芯磁極33在空間位置上互為120°電角度。
[0047]四個A相鐵芯磁極11、四個B相鐵芯磁極22、四個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律分布狀。
[0048]所述的一種電機及正弦定子為三相，其中，轉子可以為鼠籠式或永磁磁體式或勵磁繞線式任意一種。
[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]采用此種技術方案，還可以做出三相:12槽二極交流電機、36槽六極交流電機、48槽八極交流異步、同步電機等。
[0051]所述的一種電機及正弦定子，包括單相、三相，可廣泛應用于各種設備的動力裝置、電氣控制中。比如動力裝置用各種交流電動機、交流發電機，電氣控制用交流伺服電機坐寸ο
[0052]需要說明的是:各種極數不同的電機有其工作的最佳點。
[0053]需要說明的是:本所述實施例為本發明的優選項目，但發明并不僅限于實施例，任何在本發明實質內容下的改進、替換或變換均屬于本發明保護的范圍。
【權利要求】
1.一種電機及正弦定子，包括定子與轉子，有若干個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極對稱的磁極，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律分布狀，所述的轉子(10)為鼠籠式或永磁磁體式或勵磁繞組式。
2.根據權利要求1所述的一種電機及正弦定子，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.根據權利要求1所述的一種電機及正弦定子，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.根據權利要求1或2或3所述的一種電機及正弦定子，其特征在于:所述的齒(5)弧面是按正弦規律變化的機械形狀弧面，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.根據權利要求1或2或3或4所述的一種電機及正弦定子，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】H02K1/14GK104079085SQ201410326324
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】顧明 申請人:顧明