CN1034641A - 轴向气隙电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及定子数比转子数多1的轴向气隙电 机，它提供一种双定子轴向气隙电机，一个转子两侧 装有两个定子，还提供一种有五个定子、四个转子的 多个定转子的轴向气隙电机，定转子沿同一个轴依次 间隔排列。上述电机转子都是用钢铁复合材料或铜 质材料加工成辐射鼠笼状，定子由带槽硅钢带卷成， 定子上各相应绕组相联，定子铁芯槽位对齐。它还提 供一种双定子同步发电机。本发明电机各个转子输 出功率是叠加的，因此输出功率是可根据需要变化 的。

Description

本发明涉及一种电机，尤其是涉及一种包含定子、转子的轴向气隙电机，定子、转子沿旋转轴的轴线方向依次间隔排列且保持一定的气隙。

图九是一种轴向电机的垂直剖视图，这是一种按照已有的技术制造的电机，参见专利申请号为CN85203304的申请。转子铁芯4和定子铁芯2均用冲有线槽的钢带卷成，钢带采用卷料硅钢带。转子铁芯4和定子铁芯1各有一个，象一对磨盘沿旋转轴的轴线方向排列保持一定的气隙。电机轴6支承在装于后端盖7和风罩3上的轴承内，电机轴6从后端盖7伸出，以输出动力。另外它还设计有专门轴承盖，通过螺钉调节气隙以达到保持一定气隙的目的。

此电机转子铁芯与定子铁芯的端面之间形成的气隙虽可通过调节螺钉调节，使电机空载电流取得最佳值，节约电能。但这种方法没从根本上解决轴向电机转子与定子间存在的磁拉力的缺点，因此轴向电机仍难得到广泛推广应用。

值得注意的是，此电机相对于圆柱形电机的圆筒形定子和圆柱形转子来说，其用冲带涡卷盘式铁芯结构的定子铁芯和转子铁芯已经提高了硅钢片利用率，降低了主要原材料消耗，但还不算很经济，还可以降低主要原材料消耗。

此外，本电机采用调节螺钉调节转子铁芯和定子铁芯端面间的气隙均匀和运转中避免定转子因单边磁拉力而相擦。但这种方法很不方便。

本发明的一个目的是提供一种轴向电机，用平衡定子与转子间存在的单边磁拉力的方法从根本上解决轴向电机存在的这一缺点。

本发明的另一个目的是提供一种轴向电机，它能通过磁拉力自身的不断调节以保持转子与定子端面间气隙均匀，使转子端面的偏斜程度尽可能达到最小，可避免因转子的摇摆而使定、转子相擦的现象。

本发明的再一个目的是提供一种轴向电机，它能不用薄硅钢带卷绕，这样就能进一步降低硅这一主要原材料的消耗，降低电机的成本。

本发明的再一目的是提供一种轴向电机，在一定的活性材料（铁与铜）限制下和一定的温升等级、一定转速下，以成倍增加定子与转子端面间相对运动面积和尽可能地缩短磁通路长度，并安排合理的电磁负载分配来成倍地增加其功率。

本发明的再一目的是提供一种轴向电机，它将轴向电机从微型电机领域发展到大中型电机范围，还可运用于各种特殊用途电机领域中，在转速等级方面，也可以从工频到高频。

为了实现上述目的，本发明提供的轴向电机，其特征在于包括一个或一个以上的转子及两个或两个以上的定子，定子和转子沿旋转轴的轴线方向依次间隔排列，定子和转子间保持一定的气隙，且定子个数比转子个数多1，以平衡定子与转子间存在的单边磁拉力。因为每个转子所受到的单边磁拉力主要来自与它相邻的定子，而每个转子各有两个相邻的定子，且对称地排列在转子的两侧。因此每个转子所受到的磁拉力正好两边大小相等，方向相反而使转子两侧磁拉力得以平衡。

本发明提供的一种轴向电机，它的转子为在圆盘状的钢板的一面或两面上沿径向均匀地加嵌铜条，在圆周和圆心处加铜环，使之构成短路或者由圆盘状的铜板经冲压加工后成辐射鼠笼状的。当转子两侧定子上槽位对齐且嵌在槽位内的相应绕组对齐连接，则沿轴向磁通是 贯穿了所有的气隙和转子，而不需在转子轭中转向180°，而是在两端面的定子轭中转向180°，同时由于异步电机转子铁损很小，所以转子不要由硅钢带卷成。另外因磁路不在转子中转向180°，所以转子可以没有轭部，也就可以仅按运行时材料强度情况确定转子的厚度，这样转子厚度可减小。这种结构将大大节约硅等材料。

本发明提供的轴向电机，此转子除可使电机本身异步转动外，在带有磁钢的转子上还在每个磁钢的外面箍有一金属环，它可保持转子和定子间气隙的均匀。作用倘缦拢旱弊右蛑岢谢的ニ鸬仍蚨⑸笔保厝豢拷佑颐娑ㄗ樱肟幼竺娑ㄗ樱捎谠谧又杏卸搪芳幢蘸匣芈反嬖冢衫愦味煽芍河颐娑ㄗ咏宰硬幌蜃蟪饬Γ竺娑ㄗ咏宰硬幌蜃笪Γ佣蛊钡淖踊氐狡胶馕恢茫绱搜吠矗雍投ㄗ油ü绱鸥杏αΦ牟欢系鹘谝员３至秸叨嗣婕淦毒取?

本发明提供的一种轴向电机的实施例，它有4个转子以及5个定子，依次间隔排列且相互间保持一定气隙，各定子端面上的上述线槽互相对齐，各定子线槽内的相应绕组对齐，则沿轴向磁路是贯穿的，不在转子内转向，只在定子内转向，且缩短了磁路长度。当电机接上外电源时，各个定子受到的扭转矩方向是一致的，又是均匀的，转轴输出功率是叠加的。以此类推，如要增大功率即可定子和转子各增加一个，也就是本发明轴向电机对不同功率等级的电机可以由增加或减少定转子安装个数方法来实现。根据我国现行的Y系列中小型电机全部功率和转速等级至多四片转子便可全部包括在内。

本发明提供另一种轴向电机，其有两个或两个以上的定子，且其不同定子绕组间联接是独立的，以实现电机多种或特种应用。

由上述本发明的轴向电机结构特征可看出：它的优点在于用一个转子两侧各有一定子的双定子结构，由此平衡定子与转子间存在的单 边磁拉力的方法从根本上解决了轴向电机存在的这一缺点。

本发明的另一优点是这种轴向电机能通过短路装置的作用，使定子与转子间自身能不断调节磁拉力，可保持转子和定子端面间气隙的均匀，避免因转子的摇摆而使定子和转子相擦的现象。

本发明的再一优点是这种轴向电机的转子不用薄硅钢带卷绕，而用铜或铜铁复合材料，这样进一步降低了硅钢带的消耗，降低了电机的成本。

本发明的再一优点是此轴向电机可将轴向电机从微型电机领域发展到了大中型电机领域，从工频发展到高频，还可运用于各种特殊用途电机领域中，如无级调速或发出不同频率的交流电等。

本发明的再一优点是本发明的轴向电机对不同功率的电机可以由增加或减少定子和转子安装个数方法来实现。

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步说明，从而可以对本发明有更加清楚的了解。

图一是双定子异步电机垂直剖视图;

图二是本发明的有五个定子、四个转子异步电动机的一实施例的垂直剖视图;

图三是永磁微型同步发电机的垂直剖视图;

图四是永磁微型同步发电机转子平面图及垂直剖视图;

图五是异步电机转子平面图及垂直剖视图;

图六是本发明轴向电机定子平面图;

图七是本发明轴向电机两个定子绕组间联接平面图及垂直剖面图;

图八是本发明轴向电机装在磁钢上的短路环的平面图及垂直剖面图;

图九是按已有技术制造的电机的垂直剖视图。

参见图一，图一是双定子异步电机的垂直剖视图。定子4（包括铁芯4a、绕组4b），转子5和定子8（包括铁芯8a、绕组8b）依次沿转轴1排列，在定子4和转子5及定子8和转子5之间分别存在着气隙11a和11b。转子5通过转子固定螺栓9固定在转轴1上。

转子5的结构图可参见图五，图五是异步电机转子平面图及垂直剖视图。此转子可直接在圆钢板13上沿径向辐射方向上均匀地嵌多根铜条12，再沿圆周和圆心处嵌铜环即可，此转子相当于笼型转子。可以根据功率大小在钢板13一面或两面均嵌铜，垂直剖视图中表示两面嵌铜12a与12b。当然此转子也可以是用铜板冲制成的带辐条的圆环。从图五的。垂直剖视图可看出，由于此转子没有轭部，因此它可做得较薄。

定子4和定子8是完全相同的，它们两者的结构图可参见图六，图六是本发明轴向电机定子平面图。定子铁芯15由冲有槽的硅钢带卷绕而成，卷成后在铁芯15上的线槽16呈辐射状，定子绕组14嵌在线槽内。在图中没有画出硅钢带卷绕的轨迹线。定子由轴承2支承着，转轴1在轴承2内转动。

参见图七，图七为本发明轴向电机两个定子绕组间联接平面图及垂直剖面图。图中左右两定子为一个转子两侧的两个定子，槽数为24，三相星形接法，绕组首端分别为A、B、C与A′、B′、C′，末端分别为x、y、z及x′、y′、z′，六个末端联在一起作为零线。相序为A-B-C及A′-B′-C′，A与A′相联于a，B与B′相联于b，C与C′相联于c。图中首端A、B、C分别位于左面定子中的1＃、2＃、3＃槽内，首端A′、B′、C′分别位于右面定子中的1＃、2＃、3＃槽内，且上述相应各槽互相对齐。定子间这样的联接保证磁路沿轴向是贯穿各气隙，而且在转子两端面的定子轭中转向180°。双定子异步电机磁路走向可参看图一，用10a和10b表示。从而转子受到转矩方向一致，输出功率是叠加的。

另外，由于它的转子是不用硅钢带卷绕的，而是用钢板上嵌被短路铜条或铜板经压铸加工成“辐状鼠笼”，它作为短路装置，有使电机异步起动作用外，还可保证气隙均匀，避免转子在转动时因轴承磨损而摇摆，以致转子和定子相擦的现象。

参见图二，图二为五个定子、四个转子异步电动机的垂直剖视图;五个定子20、21、22、23和24与四个转子25、26、27和28沿旋转轴17轴线方向依次以定子、转子、定子……顺序间隔排列，29a为定子20与转子25间存在的气隙，同样29b、30a、30b、31a、31b、32a和32b分别为转子25与定子21，定子21与转子26，转子26与定子22、定子22与转子27、转子27与定子23，定子23与转子28和转子28与定子24间存在的气隙，18为轴承。转子25至28的具体结构也同图五，与双定子异步电机转子结构定全相同，作用也相同。20b、21b、22b、23b和24b分别为定子20至24的定子铁芯，其中20b、24b具体结构也同图六，定子上只在一个端面上有线槽，而定子铁芯21b、22b    23b就不是单面开槽，而是铁芯两面都开线槽，且这两面的线槽也是要对齐的。当然开两面槽的定子铁芯比开一面槽的铁芯要厚。定子绕组20a、21c、21a、21c、22a、22c、23a、23c和24a、24c分别嵌在定子铁芯20b、21b、22b、23b和24b中。为使电机输出功率是叠加的，定子铁芯20b、21b、22b、23b和24b中的相应的槽都必须对齐装配，还有绕组20a与21c出线端之间联接必须符合同相序同相位原则，同理定子绕组21a与22c、22a与23c、23a与24c也必须两两分别按同相序同相位原则联接。具体的接法可参看图七，图七所示的相当于定子铁芯20b与21b的槽序排列和定子绕组20a与21c的出线端的联接，其余定子铁芯之间排列与定子绕组之间联接可依此类推得出。由图一双定子电机中磁通10a和10b走向可得出图二电机中磁通走向为33a和33b。因此当电机接上外电源时（电机作异步电动机用），各个转子受到的扭转方向是一致的，也是均匀的，输出转矩将是8个气隙29a、29b、……32a、32b中旋转磁场分别与4个转子25、26、27和28中感应电流相互作用产生的8个转矩的叠加。

另外，由于它的四个转子都是在钢板上嵌铜或铜板压铸成辐射鼠笼，因此它就可起到上述异步起动和保证气隙均匀的作用。

参见图三，图三为永磁微型同步发电机的垂直剖视图。转子由一块较薄的钢质基板37和固定在基板37上的左右两层多个磁钢40和41组成，其具体结构可参看图四，图四为永磁微型同步发电机转子平面图及垂直剖面图。磁钢40和41为铁氧体或稀土类磁钢，由图四中平面可看出，磁钢沿圆周分布在基板37上，且为异极性间隔分布，电机有8极。由图四中垂直剖面图可看出，基板37两面磁钢40和41的极性是“串接”的，而使相对转子两面分别为异极性，因此在电机中相应磁路均形成封闭磁路，其磁通在转子中也是贯穿的，并分别在两个定子轭中转向180°，形成闭合磁路，这在图三中由磁通走向44和45表示。转子通过转子固定螺栓36固定在转轴34上，定子38和39分别位于转子磁钢40和41的外侧。42和43分别为定子39与磁钢41、定子38与磁钢40之间存在的气隙。定子38和39分别由定子铁芯38b和39b以及分别嵌在定子铁芯38b和39b中的定子绕组38a和39a组成。定子铁芯38b和39b结构如图六所示，定子绕组38a和39a出线端之间联接如图七所示，这两个图的说明上面已叙述过。

参见图八，图八为本发明轴向电机装在磁钢上的短路装置的平面图及垂直剖视图。短路装置46为在每个磁钢外面放置的一个铜质的短路环，它将使转子与定子间气隙均匀，避免定子和转子相擦。

除以上所述的功能外，作为本发明的其他应用例，可在双定子发电机上实现两种不同电能的输出。此电机定子结构可参看图六，与上述电机相同，其转子结构参看图四。与上述永磁同步发电机所不同的是：它的转子的两个侧面安装着不同极数的磁场和磁极，例如一侧为4极，另一侧为12极。当转子按一定转速放置输入机械能时，在两个不同定子上将输出不同频率的两种交流电，如4极一侧定子输出50赫兹的交流电，则12极一侧定子输出150赫兹的交流电。把两定子绕组独立地与外面联接，可作为一个电机同时输出两种不同频率交流电的特种用途电机。也可将其中一个频率较高（如150赫兹）输出经桥式整流就能得到纹波较少的直流电，这个直流电也可供给电机本身。

作为本发明的另一个应用例，对上述双定子异步电机结构作一变化。其定子铁芯和转子本身结构没变，只是两个定子之间联结有变化，参看图七。左右两定子中绕组相序相同，它的不同在于：（1）分别嵌有首端为A、B、C三相绕组的左侧的1＃2＃、3＃槽与分别嵌有首端为A′、B′、C′三相绕组的右侧的1＃2＃3＃槽不对齐，也就是图中垂直剖视图中左右两定子铁芯上槽位没对齐。右侧定子三相绕组与电源之间各加一三相不同的移相电路，而左侧定子绕组直接与这三相电源相联。这一移相电路可用电容电感并联的移相电路，通过调节三个电路中电感的参数，便可以得到无级调速的转轴输出，成为无级调速电动机。

Claims (8)

1、一种包含定子，转子的轴向电机，其特征在于：包括一个或一个以上的转子及两个或两个以上的定子，定子和转子沿同一个旋转轴的轴线方向依次间隔排列，定子和转子间保持一定的气隙，且定子个数比转子个数多1，以平衡定子与转子间存在的单边磁拉力。

2、按权利要求1所述的轴向电机，其特征在于：上述定子的铁芯由冲有槽的薄硅钢带卷成，卷成后的线槽呈辐射状或呈螺旋形辐射状，定子的绕组嵌在上述线槽内。

3、按权利要求1所述的轴向电机，其特征在于：上述各定子端面上的上述线槽互相对齐，上述各定子线槽内的相应绕组对齐连接，使轴上各转子的输出功率叠加。

4、按权利要求1所述的轴向电机，其特征在于：所述转子是在圆环状的钢板的一面或两面上嵌有能构成回路的铜，以起到短路作用。

5、按权利要求1所述的轴向电机，其特征在于：所述转子是用圆盘状的铜板经冲压加工后成辐射鼠笼状的。

6、按权利要求1所述的轴向电机，其特征在于：上述定子为两个，上述转子为一个，在转子基板的两面沿圆周均匀地装有多个磁钢，且相邻磁钢为异极性，转子基板两面相对的磁钢为不同极性。

7、按权利要求6所述的轴向电机，其特征在于：在上述每个磁钢外面分别箍上一个金属环，以保持在转动时定转子间气隙的均匀。

8、按权利要求1所述的轴向电机，其特征在于：上述电机两个或两个以上不同定子间绕组的联接是独立的。

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