[发明专利]电磁合一的带钢电机

说明书

本发明属电机领域。

传统电机从发明到现在已有近百年历史，直至发明作出之前，不论是电动机还是发电机，其共同特点是导电绕组与导磁铁芯分属两体，结果是定子内圆必须开槽以放置绕组，且端部绕组也属无效（不能参加做功）部分，致使整个定子内圆面积（包括端部绕组长度在内）能用于产生有效气隙磁场（参加做功）的部分，一般不超过四分之一。这就大大限制了传统电机功能的发挥，而且效率也偏低。

本发明的目的，是针对并克服传统电机上述重大缺陷，根据电路与磁路合一的带钢电机机理，制造一种使其定、转子整个内外圆表面无槽，而且包括端部绕组长度在内的整个气隙面积均能产生有效气隙磁场的小体积、大容量、高效率的带钢电机。

当带钢电机是电动机（属感应电动机范畴）时，本发明的要点在于其定子和转子采用一种表面带绝缘漆的电工纯铁带绕成，它既是电机的导电绕组、又是电机的导磁铁芯。实现此要点的具体方法，现按带钢定子绕组与带钢转子两大部分叙述如下。

双层端部的带钢电机（包括电动机和发电机）定子是若干形状及尺寸基本一致的半匝带钢线圈，其片底紧贴在一圆柱面依次排列迭装好并装上定位箍环，再由环氧树脂浇铸固化而成的内表面光滑无槽的空心圆筒。附图1为相距约为一极距的定子绕组两个半匝双层带钢线圈的结构及串联（焊接）示意图。附图4为定子绕组实际组装示意图。每半匝带钢线圈的直线部分〔1〕为单层，而端部为双层（各呈椭圆弧线在圆柱面弯曲），端部的上层〔2〕、下层〔3〕的最头部还带有一个三角形片〔4〕，此三角形片弯向沿与转轴半径方向的直线部分相重合。此头部三角形片的中部带有一窄纯铁焊接薄片〔5〕，它将相距约为一极距的各半匝带钢线圈的上、下层端部依次互相串联焊接（最好是用超声波迭焊）以组成整个带钢定子的三相绕组，其接线图如附图2所示。各半匝带钢片的直线部分中间顶部开有一凹槽，用于安装保证直线部分紧贴在圆柱表面进行环氧浇铸成圆筒的定位箍环，并兼作三相引线的引出位置。另外，在两端部的上、下层之间还各套有一个薄绝缘套筒，它一方面起上、下层端部绕组之间的隔离绝缘作用，更重要的一方面也是用于保证下层端部紧贴在圆柱表面进行环氧浇铸成圆筒的定位箍环。这些定位箍环是保证带钢电机主气隙，从而也是保证其整个运行性能良好的关键。定位箍环和绝缘套筒均用绝缘材料（最好是塑料筒）制成。带钢定子片组装成圆筒应有尽可能高的迭压系数（包括漆层）。

半匝带钢线圈各部分横截面都必须根据各自组成定子圆筒的部位所要求的横截面形状模压成型，呈梯形截面，各部分铁磁路截面面积也必须经过验算，以确保主磁通能顺利通过。半匝带钢线圈在上述组装之前，应进行一次磁性退火（真空或保护气体）处理，然后进行电泳镀漆。

整个双层端部的带钢电机定子三相绕组的电路连接如附图2所示，它可大致视为传统电机定子的双层杆式绕组的连接方法，唯一的区别在于其直线部分为一整体（而杆式双层绕组直线部分却是分离为互相绝缘的上、下两层，并各与自己相对应的上、下层端部相连接）。剖析传统电机与带钢电机三相中任一相等效电路可看出其区别在于，前者上、下层绕组各形成两个互不关连的独立支路，而后者形成的两个支路之间相当于有许多等电位连接线（即每半匝带钢线圈形成的上、下层两电路之间均由直线部分相连通）。

电工纯铁的电阻率虽然比铜大7～8倍，但由于其导电横截面积大大增加，其工频相电阻值与铜线相比，相差并不大。但应注意的一点是由于其工频集肤效应远比铜线为大，故其有效电阻系数必须重新考虑。从模拟带钢样机实测获得的数据为1.8左右。尽管如此，由于带钢电机容量大大提高是靠提高气隙磁场（实质上相当于提高电压）而得，故相对而言，其定、转子总铜损仍远比同容量的传统电机为低。