CN101313448A - 利用定子端部绕组的磁通量的感应电动机 - Google Patents

Abstract

一种感应电动机(100)包括：定子(110)，具有定子芯(112)和线圈(111)，线圈卷绕在定子芯(112)上以留出端部绕组(113)；和转子(120)，可旋转地设置在定子(110)的内侧处，其中在定子(110)和转子(120)之间留有间隙。转子(110)具有转子芯(122)，所述转子芯在轴向端部处设置有端部绕组利用部分(123)，所述端部绕组利用部分以与定子(110)的端部绕组(113)面对的关系径向向外延伸，其中间隙保留在其间，从而在端部绕组(113)中产生的磁通量流动穿过转子芯(122)的端部绕组利用部分(123)。转子芯(122)由压缩软磁性粉末制成。

Description

利用定子端部绕组的磁通量的感应电动机

技术领域

本发明涉及一种感应电动机，其有效利用端部绕组(end-turns)；并且更特别的是，涉及一种感应电动机，其能够利用定子端部绕组的磁通量以增大转子的扭矩。

背景技术

通常，电动机已经广泛用在家用电器产品和工业设备中，将电能转换成机械能，从而产生旋转力。电动机大致分为交流(AC)电动机和直流(DC)电动机。

作为一种AC电动机，公知这样一种感应电动机，其中，电流通过连接到能量供应装置的线圈的主绕组的电磁感应在副绕组中被感应，并且通过在副绕组中感应的电流和旋转磁场之间的相互作用，获得了旋转扭矩。

下面参考图1描述普通的感应电动机。

图1是普通感应电动机的剖视图。如图所示，普通的感应电动机10包括：定子11，牢固地固定到壳体14；转子12，可旋转地设置在定子11的内侧，在其间留下一定间隙；和轴13，被压配到转子12的中心部分，用于与其旋转。

定子11包括线圈11a和定子芯11b，线圈11a被供应以交流电，用于产生旋转的磁场，定子芯11b由磁性材料制成，线圈11a的旋转磁场产生的磁通量流动穿过定子芯11b。

每个定子芯11b通过下面方式形成：将多个相同形状的硅钢板沿着轴向方向堆叠。多个径向槽(未示出)以一定间隔沿着每个定子芯11b的内周面形成。通过使用卷绕方法，线圈11a卷绕在槽中，例如分布卷绕，集中卷绕，共轴卷绕等。

转子12包括转子导体12a和转子芯12b，导体12a用于通过线圈11a感应的电流和磁通量之间的相互作用产生扭矩，转子芯12b由磁性材料制成，磁通量流动穿过其中。转子导体12a连接到转子芯12b。

转子导体12a由高导电率金属例如铝和铜制成，或者由磁体制成。

转子芯12b通过下面方式形成：将多个相同形状的硅钢板沿着轴向方向堆叠。多个径向槽(未示出)以一定间隔形成在转子芯12b的外周面上或者内侧。与线圈11a类似，转子导体12a平行于轴向方向配合在槽中。

转子芯12b在它的相反端处设置有端部环12c，该环与配合在转子芯12b内的转子导体12a互连，以形成回路。

端部环12c通常由铝制成，在转子导体12a是金属的情况中，这允许端部环12c与转子导体12a通过压铸方法整体形成。

轴3插入穿过转子芯12b，并且固定到转子芯，并且轴13通过轴承14b可旋转地支撑在轴座14a上，轴座形成在壳体14的相反侧处。

下面将描述普通感应电动机10的操作。如果交流电被施加到线圈11a，磁场沿着与电动机轴线垂直的方向产生，并且旋转磁通量穿过定子芯11b产生。旋转的磁通量通过定子芯11b和相对应的转子导体12a之间的间隙与转子12的转子导体12a互连，从而在转子导体12a中感应出电流。这时，转子导体12a中感应的电流与磁通量配合以根据Fleming’s左手定律在转子12中产生扭矩。

在普通的感应电动机10中，端部绕组11c形成在每个定子芯11b的相反端。通过将卷绕在定子芯11b的相应槽中的线圈11a相互连接，端部绕组11c形成回路(circuit)。在这种感应电动机10中，多个极需要形成在定子11上，从而产生旋转的磁场。为此，线圈11a没有卷绕通过定子芯11b的相邻两个槽，而是卷绕通过彼此远离设置的两个槽，其中一个或多个其它槽设置在其间。为此，端部绕组11c的使用不可避免，同时它的长度会根据卷绕线圈11a的方法而变化。

发明内容

然而，在感应电动机10中，端部绕组11c占用了卷绕在定子11上的线圈11a的很大的长度，与下面的事实无关：由端部绕组11c产生的磁通量不能用作对转子12的扭矩有帮助的有效磁通量。因此，端部绕组11c在改进感应电动机10的效率方面没有用处，而是仅仅增大了铜损，即线圈11a的固有电阻。

因此，本发明的目的是提供一种能够有效利用端部绕组的感应电动机。

根据本发明的一个方面，提供一种感应电动机，包括：定子，定子具有定子芯和线圈，线圈卷绕在定子芯上以留下端部绕组；和转子，转子可旋转地设置在定子的内侧处，其中在定子和转子之间留有一定间隙，其中，转子具有转子芯，转子芯在轴向端处设置有端部绕组利用部分，该部分以与定子的端部绕组相对的关系径向向外延伸，其中间隙保留在其间，从而在端部绕组中产生的磁通量流动穿过转子芯的端部绕组利用部分。

优选的是，转子芯由挤压的软磁性粉末制成。另外，转子芯还在另一个轴向端处设置有端部绕组利用部分。

根据本发明的一个方面，提供一种感应电动机，包括：定子，具有定子芯和线圈，线圈卷绕在定子芯上以留下端部绕组；和转子，可旋转地设置在定子的内侧处，其中在定子和转子之间留有间隙，其中：每个定子芯在轴向端处设置有端部绕组利用部分，所述端部绕组利用部分从其处以与其中一个端部绕组面对的关系轴向延伸；和转子具有转子芯，所述转子芯轴向延伸以面对定子的端部绕组利用部分，其中间隙保留在其间，从而在端部绕组中产生的磁通量通过端部绕组利用部分被传递到转子芯。

优选的是，转子芯由挤压的软磁性粉末制成。另外，每个转子芯还在另一个轴向端处设置有端部绕组利用部分。

附图说明

根据下面结合附图对优选实施例的描述，本发明的上述和其它目的和特征将变得显而易见，附图中：

图1是普通感应电动机的剖视图；

图2是根据本发明一个实施例的感应电动机的剖视图，其有效利用了端部绕组；

图3是图2所示感应电动机的转子的透视图；

图4是根据本发明另一个实施例的感应电动机的剖视图，其有效利用了端部绕组；和

图5是沿着图4的线V-V截取的剖视图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的优选实施例。

图2是根据本发明第一实施例的感应电动机100的剖视图，其有效利用了定子的端部绕组以增大转子的扭矩。如图所示，根据第一实施例的感应电动机100包括：壳体140；定子110，牢固地固定到壳体140的内部；和转子120，压配到轴130上，轴130通过轴承142可旋转地支撑在壳体140的轴座141上，转子120设置在定子110的内侧处，在定子110和转子120之间留有间隙，并且转子120和轴130可一起旋转。转子120具有转子芯122，其由压缩的软磁性粉末制成，并且转子芯122在轴向端部处设置有端部绕组利用部分123，该部分突出以面对定子110的端部绕组。虽然端部绕组利用部分123在这个实施例中形成在转子芯122的一个轴向端部处，但是应当注意，它可以形成在转子芯122的两个轴向端部处。

定子110包括线圈111和定子芯112，该线圈111被供应以交流电，用于产生旋转的磁场，定子芯112由磁性材料制成，由线圈111的旋转磁场产生的磁通量流动穿过定子芯112。每个线圈111卷绕在多个槽(未示出)中，所述槽沿着每个定子芯112的内圆周面径向形成，因此在每个定子芯112的相反轴向端部处留下(leaving)端部绕组113。

转子120包括转子导体121和由磁性材料制成的转子芯122，转子导体121用于通过由线圈111感应的电流和磁通量之间的相互作用产生扭矩，磁通量流动穿过该转子芯122。

转子导体121由高导电性金属例如铝和铜制成，或者由磁体制成。与线圈111类似，转子导体121平行于轴向方向配合在转子芯122的槽中。转子导体121连接到转子芯122的外周面。可替换的，转子导体121可以设置在转子芯122中。

如图2和3所示，转子芯122在一个轴向端即顶端朝着定子110的端部绕组113径向向外延伸，因此提供端部绕组利用部分123，该部分相对于定子芯112轴向偏离，并且面对端部绕组113，其中在其间留有间隙。转子芯122设置有多个槽和轴接纳孔124，转子导体121配合在该槽中，轴130插入穿过所述孔，用于固定到其处。

利用这种设置，端部绕组113的磁通量流动穿过端部绕组利用部分123以在转子导体121中感应出电流。

转子芯122通过以下面的方式压缩软磁性粉末被模制，即形成槽(未示出)、轴接纳孔124和端部绕组利用部分123。软磁性粉末的铁基颗粒被涂覆以绝缘材料，用于电绝缘。

为了将软磁性粉末挤压地模制成转子芯122，与转子芯122的形状相对应的模腔设置在压模机内，并且软磁性粉末被填充在模腔中，并且然后通过冲头等进行挤压，从而形成转子芯122，该转子芯具有槽(未示出)、轴接纳孔124和端部绕组利用部分123。在这个过程中，润滑剂和/或粘合剂可被增加到软磁性粉末中。

通过挤压模制转子芯122的过程，软磁性粉末被制成形成具有三维形状的软磁性复合材料(SMC)。与普通的由硅钢板制成的转子芯相反，这样模制的转子芯122提供了增大的设计灵活性，因此使得可以方便形成端部绕组利用部分123。

下面将描述具有上述结构的感应电动机的操作。

如果交流电被施加到线圈111，旋转的磁通量形成在定子芯112中，并且通过其间的间隙与转子导体121互连(interlink)，从而在转子导体121中感应出电流。转子导体121中感应的电流与磁通量配合从而产生转子120的扭矩。这时，端部绕组113中形成的磁通量被允许流动穿过该间隙，并且穿过端部绕组利用部分123，以在转子导体121中感应出电流。与图1所示的普通感应电动机相比，这提高了感应电动机的效率，其中在普通感应电动机中，端部绕组的磁通量没有被利用。

因此，根据本实施例，在端部绕组113中产生的磁通量被有效用于增加转子120的扭矩，从而提高了感应电动机100的效率。

如上所述，在本发明的第一实施例中，因为感应电动机100包括转子120，转子120具有端部绕组利用部分123，该部分123面对定子110的端部绕组113，因此在端部绕组113中产生的磁通量流动穿过端部绕组利用部分123，从而用于在转子导体121中感应出电流。因此，在定子110的端部绕组113中产生的磁通量可以有效用于增加转子120的扭矩，从而增加感应电动机100的效率。

下面将参考图4和5描述本发明的第二实施例。

图4是根据本发明第二实施例的感应电动机200的剖视图，其有效利用了定子的端部绕组以增大转子的扭矩。如图所示，根据第二实施例的感应电动机200包括：壳体240；定子210，牢固地固定到壳体240内部，定子210具有由压缩软磁性粉末制成的定子芯212，每个定子芯212在相反的轴向端处设置有端部绕组利用部分214；转子220，压配在轴230上，轴230通过轴承242可旋转地支撑在壳体240的轴座241上，转子220设置在定子210的内侧处，在定子210和转子220之间留有间隙，转子220和轴230可一起旋转。转子220具有转子芯222，转子芯222轴向延伸，从而转子芯222的相反端被设置成面对定子210的端部绕组利用部分214，在其间留有间隙。

定子210包括线圈211和定子芯212，线圈211被供应以交流电用于产生旋转的磁场，定子芯由磁性材料制成，通过旋转磁场产生的磁通量流动穿过定子芯212。

每个定子芯212具有多个槽(未示出)，所述槽沿着它的内圆周面径向形成。线圈211以这样一种方式卷绕在槽中，即在定子芯212的轴向相反端处留下端部绕组213。每个定子芯212的端部绕组利用部分214沿着轴向方向以这样一种方式延伸，即邻接相对应的端部绕组213。

在所示实施例中，端部绕组利用部分214形成在每个定子芯212的两个轴向端处，努力使得感应电动机200的效率最大化。可替换的，单个端部绕组利用部分可以仅形成在每个定子芯212的一个轴向端处。

参考图4，端部绕组利用部分214与每个定子芯212整体形成，并且突出，从而它们设置在端部绕组213和转子芯222的轴向相反端之间，其中间隙保留在端部绕组利用部分214和端部绕组213之间。

在端部绕组213中产生的磁通量通过端部绕组利用部分214被传递到转子220，从而在转子导体221中感应出电流，下面将描述。

定子芯212通过挤压软磁性粉末而被模制，以具有线圈绕组槽(未示出)和端部绕组利用部分214。软磁性粉末的铁基颗粒被涂覆以绝缘材料，用于电绝缘。

为了将软磁性粉末挤压地模制成定子芯212，与定子芯212形状相对应的模腔设置在压模机内。软磁性粉末填充在模腔中，并且然后被冲头等挤压以形成定子芯212，其具有槽(未示出)和端部绕组利用部分214。在这个过程中，润滑剂和/或粘结剂可以被增加到软磁性粉末中。

通过挤压模制定子芯212的过程，软磁性粉末被制成形成具有三维形状的软磁性复合材料。与由相同形状的硅钢板制成的普通定子芯相比，这样模制的定子芯212提供了增大的设计灵活性，因此使得可以方便地形成端部绕组利用部分214。

转子220包括转子导体221和转子芯222，转子导体用于通过由线圈211感应的电流和磁通量之间的相互作用产生扭矩，转子芯222由磁性材料制成，磁通量流动穿过其中。

转子导体221由高导电率金属例如铝和铜制成，或者由磁体制成。与线圈211类似，转子导体221平行于轴向方向配合在转子芯222的槽中。转子导体221连接到转子芯222的外周面。可替换的，转子导体221可以设置在转子芯222中。

转子芯222轴向延伸，从而它的相反端面对端部绕组利用部分214，其中间隙保留在其间；并且因此，磁通量可以从端部绕组利用部分214被传递到转子芯222。

在本实施例中，转子芯222通过堆叠多个硅钢板形成。可替换的，转子芯222可以通过压模软磁性粉末形成，与定子芯212类似。转子芯222设置有多个槽和轴接纳孔224，转子导体221配合在该槽中，轴230穿过该孔插入，用于固定到其处。转子220在它的相反端处设置有端部环223，端部环与转子导体221相互连接以形成回路。

下面将描述根据第二实施例具有上述结构的感应电动机的操作。

如果交流电被施加到线圈211，旋转的磁通量形成在定子芯212中，并且通过间隙与转子导体221互连，从而在转子导体221中感应出电流。在转子导体221中感应的电流与磁通量配合从而产生扭矩。这时，在端部绕组213中形成的磁通量通过间隙和端部绕组利用部分214被传递到转子芯222，从而在转子导体221中感应出电流。与图1所示的普通感应电动机相比，这提高了感应电动机的效率，其中在图1中，端部绕组的磁通量没有被使用。

因此，根据本实施例，在端部绕组213中产生的磁通量被有效用于增加转子220的扭矩，从而提高感应电动机200的效率。

如上所述，在第二实施例的感应电动机200中，定子210具有端部绕组利用部分214，并且转子220具有轴向相反的端部，该端部延伸以面对相应的端部绕组利用部分214，从而在定子210的端部绕组213中产生的磁通量可以通过端部绕组利用部分214被传递到转子220，从而在转子导体221中感应出电流。因此，在定子210的端部绕组213中产生的磁通量可以有效用于增加转子220的扭矩，从而增加感应电动机200的效率。

虽然已经参考优选实施例示出和描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，在不脱离权利要求限定的本发明范围的情况下，可以做出各种变化和改变。

Claims (6)

1.一种感应电动机，包括：定子，具有定子芯和线圈，线圈卷绕在定子芯上以留下端部绕组；和转子，可旋转地设置在定子的内侧处，其中在定子和转子之间留有间隙，其中：

转子具有转子芯，所述转子芯在轴向端部处设置有端部绕组利用部分，所述端部绕组利用部分以与定子的端部绕组面对的关系径向向外延伸，其中间隙保留在其间，从而在端部绕组中产生的磁通量流动穿过转子芯的端部绕组利用部分。

2.如权利要求1所述的感应电动机，其特征在于，转子芯由压缩软磁性粉末制成。

3.如权利要求1所述的感应电动机，其特征在于，转子芯还在另一个轴向端处设置有端部绕组利用部分。

4.一种感应电动机，包括：定子，具有定子芯和线圈，线圈卷绕在定子芯上以留下端部绕组；和转子，可旋转地设置在定子的内侧处，其中在定子和转子之间留有间隙，其中：

每个定子芯在轴向端处设置有端部绕组利用部分，所述端部绕组利用部分从其处以与其中一个端部绕组面对的关系轴向延伸；和

转子具有转子芯，所述转子芯轴向延伸以面对定子的端部绕组利用部分，其中间隙保留在其间，从而在端部绕组中产生的磁通量通过端部绕组利用部分被传递到转子芯。

5.如权利要求4所述的感应电动机，其特征在于，定子芯由压缩软磁性粉末制成。

6.如权利要求4所述的感应电动机，其特征在于，每个定子芯还在另一个轴向端部处设置有端部绕组利用部分。

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