CN109690924A

CN109690924A - 电动机

Info

Publication number: CN109690924A
Application number: CN201780048625.7A
Authority: CN
Inventors: A·A·尼基福罗夫; V·V·谢尔巴科夫
Original assignee: Shanghai Yilai Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Yilai Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-04-26
Also published as: RU2016132908A; WO2018030917A2; WO2018030917A3; RU2696853C2

Abstract

电动机包括定子(1)和转子(2)、线圈(3)。定子(1)和转子(2)安装成彼此相对的形式，能够相对转动。在定子(1)的磁极极上安装有线圈(3)，其顺序换接就可使转子(2)转动。线圈(3)由具有陶瓷绝缘涂层的铝导线制成。

Description

电动机

技术领域

本发明属于电能转换技术领域，即，电动机。

背景技术

已知电动机(美国专利号8633628)包括带有若干磁极的定子、安装在定子磁极上的线圈、设置在定子磁极之间的磁铁、安装在定子中心能够转动的转子。磁铁位于定子各磁极之间，磁极上安装有线圈，定子内设有磁极，在磁极上从转子一侧在中心位置设有径向槽口，而从另一侧设有嵌入了磁铁的凹槽，整个都嵌入了磁铁的槽口深度以及凹槽深度由槽口与凹槽之间的距离t确定，该间距根据条件0≤t<T/2选取，该关系式中，T表示磁铁的径向尺寸，这一尺寸与凹槽深度一致。

选择了电动机(美国专利号：8736136)作为最接近的类似装置，该电动机包括定子和转子，二者安装成彼此相对的形式，能够相对转动，转子位于中心位置，表面设有磁极，定子表面也设有磁极，装设有磁极的定子表面与转子表面彼此相互转换，定子的每一个磁极都有极靴，线圈就安装在定子的磁极上，转子位于定子内部，当定子各个线圈顺序换接时，转子即可转动，每一个极靴都装有一块金属片(集聚器)，该金属片拥有三维调制表面阻抗，当定子相应磁极的线圈换接时，金属片就能够在磁极极靴附近形成至少一个磁通集聚区域。

在列出的电动机中，能够达到的工作参数，即电动机单位质量工作力矩、电动机单位质量功率、电流过载能力、使用寿命等参数，都不够高。此外，还有工作温度范围小、绝缘层机械性损伤会对电动机工作能力产生不利影响并且绝缘层不能自行修复，进一步导致绕组烧毁和电动机故障，烧毁和故障时还会释放出一些有毒物质等缺点。

定子线圈一般采用铜材，用漆包铜导线绕制。这种线圈绕制方式正是列出的电动机在运行时表现出上述缺点的原因。

发明内容

本发明的目的是构建一种电动机，可保证：

-增大电动机单位质量工作力矩；

-增大电动机单位质量功率；

-提高电流过载能力；

-扩大工作温度范围；

-延长使用寿命；

-绝缘层发生机械性损伤时能自行修复；

-防止绕组烧毁和电动机故障；

-电动机运行和故障时不会释放出有毒物质。

有一种电动机可实现上述目的，该电动机包括定子和转子，二者安装成彼此相对的形式，能够相对转动，定子表面设有磁极并且定子表面转向转子，在定子的磁极上安装有线圈，当线圈顺序换接时即可使转子转动，线圈由具有陶瓷绝缘涂层的铝导线制成。

在该改进方案中，电动机的定子相对于转子位于外部，转子表面设有磁极，定子表面也设有磁极并转向转子，即转向设有磁极的转子表面。定子的每一个磁极都有同样的几何构型，并且每一个磁极与相邻磁极的间距也相同，转子的每一个磁极都有同样的几何构型，并且每一个磁极与相邻磁极的间距也相同。

在改进方案中，电动机转子制成完整的直圆筒状，与圆筒内表面对应的导轨半径为R1，与圆筒外表面对应的导轨半径为R2，设有磁极的定子表面转向圆筒外表面，转子厚度等于R2-R1的差值，并且定子每一个侧面的外表面和内表面所在的平行平面之间的距离，在数值上也等于转子的厚度值，定子制成完整的多面体直棱柱状，多面体棱边数量和相应的侧面数量为N，其中N等于定子磁极数量，定子和转子同轴布置，每一个侧面的外表面和内表面均位于平行平面内，平行平面之间的距离等于R4-R5的差值，其中R4表示定子轴线到外表面平面内一条直线的径向距离，该直线经过侧面的中心点并且平行于定子轴线，R5表示定子轴线到内表面平面内一条直线的径向距离，该直线经过侧面的中心点并且平行于定子轴线，定子磁极位于定子每一个侧面的内表面上，也位于内表面平面内的一条直线上，这条直线经过侧面中心点，同时平行于定子中心线，并且也是磁极的轴线，定子磁极能够相对于与侧面平面垂直且经过上述直线的平面形成平面对称，定子与转子同轴布置，转子磁极和定子磁极之间的间隙大约为500微米。

在进一步改进的方案中，电动机转子的每一个磁极都有一种几何构型，在这种构型下，磁极沿着转子旋转轴分布的两条边位于平行平面内，而连接上述两条边的第三条边则是一条凸起的曲线，弯曲半径为R3，该弯曲半径与一个圆相对应，该圆的圆心位于转子旋转轴上，而圆所在的平面与转子旋转轴相垂直，定子的每一个磁极都有一种几何构型，在这种构型下，磁极沿着定子轴线分布的两条边位于平行平面内，而连接上述两条边的第三条边则是一条内凹的曲线，弯曲半径为R6，该弯曲半径与一个圆相对应，该圆的圆心位于定子轴线上，而圆所在的平面与定子轴线相垂直。

在更进一步改进的方案中，电动机定子每一个磁极沿定子轴线分布并且位于平行平面内的各边的高，与转子每一个磁极沿转子旋转轴分布并且位于平行平面内的各边的高相等，根据转子每一个磁极沿转子旋转轴分布并且位于平行平面内的两条边之间的距离与定子磁极沿定子轴线分布并且位于平行平面内的两条边之间的距离(该距离规定了定子磁极的宽度)之比，选取电动机定子每一个磁极沿定子轴线分布并且位于平行平面内的两条边之间的距离(该距离规定了定子磁极的宽度)，具体取值范围为1.0到1.3(包括这两个数值)。

在进一步改进的方案中，电动机定子磁极的数量N等于18个或者12个。

在改进方案中，电动机线圈在其顺序换接时可使转子转动并形成相，这些线圈采用“星形”连接，可构成六相电动机，其中定子磁极数量与相数成倍数关系，转子磁极数量等于定子磁极数量减去一个商数后的差值，在商数计算中，被除数等于定子磁极数量，除数等于相数。

在改进方案中，电动机线圈采用微弧氧化陶瓷绝缘矩形铝导线绕制，先使铝导线经过一对电解液池，池内各有一个电极，电极之间接入电源，从而在铝导线上形成一层涂层，然后用覆有涂层的导线绕制线圈，线圈采用横截面积为4.5×1.3mm²的矩形扁平导线绕制，或者用横截面积为18×0.8mm²的薄带状导线绕制，或者用横截面积为18×0.2mm²的薄带状导线四导线组绕制，涂层厚度范围为10到100微米(包括这两个范围值)，将导线呈螺旋状缠绕，后一匝与前一匝紧密贴合，从而制成扁平的螺旋形线圈，第一匝的长度要使线圈安装在定子磁极上时能够紧密地包住磁极，缠绕厚度要使线圈在安装到定子磁极上时以最大限度填满极距范围内的空间，绕制好的扁平螺旋形线圈厚度在与线圈各匝所在平面相垂直的方向上等于定子磁极高度，该高度用R5-R6的差来计算，其中R5表示定子轴线到内表面平面内一条直线的径向距离，该直线经过侧面的中心点并且平行于定子轴线，R6表示连接磁极沿定子轴线分布且位于平行平面内的两条边的第三条内凹曲线边的弯曲半径，该弯曲半径与一个圆相对应，该圆的圆心位于定子轴线上，而圆所在的平面与定子轴线相垂直。

在进一步改进的方案中，电动机内采用横截面积为4.5×1.3mm²的矩形扁导线线圈，线圈由四根导线呈螺旋状绕制，绕制时后续的每一匝都与前一匝紧密贴合，第一匝的长度要使线圈安装在定子磁极上时能够紧密地包住磁极，缠绕厚度要使线圈在安装到定子磁极上时以最大限度填满极距范围内的空间，绕制好的扁平螺旋形线圈厚度在与线圈各匝所在平面相垂直的方向上等于定子磁极高度，该高度用R5-R6的差来计算，其中R5表示定子轴线到内表面平面内一条直线的径向距离，该直线经过侧面的中心点并且平行于定子轴线，R6表示连接磁极沿定子轴线分布且位于平行平面内的两条边的第三条内凹曲线边的弯曲半径，该弯曲半径与一个圆相对应，该圆的圆心位于定子轴线上，而圆所在的平面与定子轴线相垂直，在绕制第一匝前，先将导线组成对，窄边一侧彼此紧密贴合，每一组导线对的宽度等于导线截面上长边边长的两倍，将由导线彼此贴合组成的导线对折叠两次，第一次向导线排布的纵向方向折叠，第二次也向纵向方向折叠并将由导线彼此贴合组成的每一组导线对的两端配置在相对于折叠部分的不同侧，同时再将每一组导线对内彼此贴合的导线向宽度方向移动，移动距离等于导线截面上长边边长的两倍，然后将由导线彼此贴合组成的导线对各折叠部分彼此重叠在一起，之后从两端开始对由导线彼此贴合组成的导线对进行绕制，并且在绕制时，彼此贴合的导线是作为一个整体一起绕制，将同一组由导线彼此贴合组成的导线对的两端彼此相迎地进行绕制，并且将其中一对彼此贴合的导线的每后一匝都布置在另一对彼此贴合的导线匝上，达到要求的绕制厚度之后，再将绕制好的各条导线串联为一根导线，该导线的两端向外引出构成相。

附图说明

图1所示为六相电动机，包括安装有十八个磁极的定子和安装有十五个磁极的转子，在定子磁极上设有相位线圈，线圈用截面为18×0.8mm²的微弧氧化陶瓷绝缘铝薄片绕制而成，或者用由截面为18×0.2mm²的铝薄片组成的四层微弧氧化陶瓷绝缘铝薄片组绕制而成，其中：1：定子；2：转子；3：线圈。

图2所示为六相电动机，包括安装有十二个磁极的定子和安装有十个磁极的转子，在定子磁极上设有相位线圈，线圈用截面为4.5×1.3mm²的微弧氧化陶瓷绝缘矩形铝导线绕制而成，并且用四根导线进行绕制，其中：1：定子；2：转子；3：线圈。

图3A所示为提议的电动机中所采用的线圈，该线圈由截面为18×0.2mm²的铝薄片绕制而成，绕制线圈时采用了由四层铝薄片组成的铝薄片组，并且铝薄片组在绕制前已经过电解液池及微弧氧化处理而形成陶瓷绝缘，该陶瓷绝缘是对铝薄片组形成的。

图3B所示为引出详图，该图展示了由四层铝薄片组成的铝薄片组的构成方法，铝薄片组经过电解液池及微弧氧化处理而形成陶瓷绝缘，该陶瓷绝缘是对铝薄片组形成的。

图4所示为提议的电动机中所采用的线圈，该线圈由截面为18×0.8mm²的略厚铝薄片绕制而成，并且铝薄片在绕制前已经过电解液池做了微弧氧化陶瓷绝缘处理。

图5所示为截面为4.5×1.3mm²的单根微弧氧化陶瓷绝缘铝导线绕制方法，该导线用于由四根导线绕制的线圈中以及在提议的电动机内所使用的线圈中。

具体实施方式

为防止线圈匝与匝之间短路，绕制电动机线圈(绕组)所用的导线上必需要有绝缘层。由于电动机开机时会发生电涌，当线圈(绕组)绝缘层耐电强度不足时会造成电击穿，因此绝缘层一般都会留有耐电强度裕量。

绕制电动机线圈(绕组)一般都采用漆包铜导线——聚乙烯醇缩醛绝缘层导线和具有较高耐热性的聚酯漆导线。上述导线的优点是导线绝缘层厚度小，可以将导线嵌入到电动机的各种凹槽内，尽管填充率还没有达到极限最大值，但也已经很高了。缺点是绝缘层极易受到热作用、机械作用的影响，绝缘性能容易降低。

电动机运行时，会有各种不同因素影响到电动机线圈(绕组)的绝缘层，由此导致绝缘状态变差。上述因素包括热力因素、机械因素、潮湿环境和/或化学腐蚀环境。

热力因素与电动机运行时伴有放热过程有关。电动机内放热和线圈受热的主要原因如下。第一，是有电流流过导线。第二，是电动机钢材质中由磁场引起的电能损耗。即，当电动机运行时，一部分电能转化成了热能，从而使电动机线圈(绕组)温度比环境温度高。第三，电动机轴过载。负载增加会导致经过绕组的电流增大。导体释放出的热量与电流的平方成正比。这样一来，电动机过载也会导致绕组温度升高。上述放热过程会使绝缘层发生结构性变化，进而造成绝缘层丧失保护性能、耐电强度下降、变脆、开裂、不再能隔绝灰尘和水汽、具有化学腐蚀性的介质，最终导致电击穿和绕组烧毁。

除热因素外，电动机绕组还会受到机械因素的影响。机械因素的成因是电动机制造材质不同，如定子和转子的材质是钢，绕组的材质是铜，不同材质的热膨胀率有差异。在受热时，铜的热膨胀量、伸长量都比钢的热膨胀量与伸长量多。因此会在电动机凹槽内产生机械作用，导致导线发生位移，多次往复后就导致绝缘层磨损，对灰尘、水汽和化学活性物质的防护性能下降。灰尘、水汽、化学活性物质穿过了有缺陷的绝缘层后，会降低绝缘层的耐电强度，进一步导致电击穿和绕组烧毁。

因电动机负载的性质、运行条件不同，上述因素的影响可能会有所不同。

漆包铜导线线圈易受到热影响，并且导线嵌入凹槽的填充率不够高，这会导致通过提高电流强度和提高凹槽内导线填充率的办法也无法增大电动机单位质量的工作力矩和功率。易受到热影响也不能保证电流过载能力、不能扩大工作温度范围，会导致绕组烧毁，是电动机使用寿命较短的其中一个原因。漆包铜导线易受到机械影响进而降低绝缘性能，这也会导致同样的后果。采用铜导线不能保证绝缘层在发生机械损伤后自行修复。铜导线的瓷漆绝缘层的材质极易受热并释放出毒性气体，会导致绕组烧毁，电动机运行时，特别是在电动机发生故障的过程中，还会释放出毒性物质。

在提议的技术方案中，安装在定子磁极上、在顺序换接时可使转子转动的线圈(绕组)采用陶瓷绝缘铝导线绕制。选用铝导线是因为这种导线能够采用有独特性能的陶瓷绝缘。

在加速时通过增大流过的电流就可以增加电动机单位质量的工作力矩和功率。陶瓷绝缘层所能承受的因高强电流流过时引起的温度，大大高于瓷漆绝缘层所能承受的温度。此外，陶瓷绝缘层的导热性较高，可以保证铝导线绕制的线圈比铜导线绕制的线圈具有更高的散热率。另一方面，陶瓷绝缘层还能增大导线填充空隙的填充率。陶瓷绝缘层不易因静压和高温而发生变形，因此，与漆包铜导线不同的是，用陶瓷绝缘铝导线绕制线圈时可具有较大的张力，使匝与匝紧密地缠绕在一起。与铜相比，铝的导热性较差，这一点可通过提高填充率来进行补偿。这样一来，达到较高的填充率也对增加电动机单位质量的工作力矩和功率作出了贡献。

陶瓷绝缘的上述特点可保证较好的电流过载能力、扩大工作温度范围，从而延长电动机的使用寿命。采用了陶瓷绝缘铝导线线圈的电动机可在零下60℃至零上400℃的温度范围内正常运行。绝缘层经过了温度急剧变化的强度检验。即，先将陶瓷绝缘导线放置在温度大约为零下195.75℃的液氮中冷却，然后取出并立即浸入沸水中。随后检验绝缘层是否完好、是否还保持着绝缘性能，而检验结果表明，这些性能未发生任何变化。

此外，由于导线的陶瓷绝缘层受到静压和高温影响后不易变形，故而在绕制线圈时可以有较大的导线张力，结合绝缘层较高的摩擦系数，可保证线圈整体上具有较高的机械强度。铝导线的陶瓷绝缘层发生机械破损时，与铜不同，未受到绝缘层保护的铝会氧化，形成一层自然氧化层，该氧化层是电介质，这样一来，破损的绝缘层就得到了自行修复。

电动机线圈采用陶瓷绝缘铝导线可保证线圈绝对不可燃，电动机运行时以及发生故障时也不会释放出毒性物质。

电动机(图1和图2)包括定子1、转子2、线圈3。定子1和转子2安装成彼此相对的形式，能够相对转动。定子1表面装设有磁极，表面转向转子2。在定子1的磁极的极上安装有线圈3，其顺序换接可使转子2转动。线圈3由陶瓷绝缘铝导线绕制而成。

在改进的实施方案中，电动机具有以下一些特点。

定子1相对于转子2位于外部。转子2表面设有磁极。定子1表面也设有磁极并转向转子2，即转向设有磁极的转子2表面。转子2的每一个磁极都有同样的几何构型，并且每一个磁极与相邻磁极的间距也相同。

此外，定子1的每一个磁极都有同样的几何构型，并且每一个磁极与相邻磁极的间距也相同。

转子2制成完整的直圆筒状。与圆筒内表面对应的导轨半径为R1(一般约为89.5毫米)。与圆筒外表面对应的导轨半径为R2(约为101.5毫米)，设有磁极的定子1表面转向圆筒外表面。转子2的厚度等于R2-R1的差值，约为12毫米。

转子2的每一个磁极都有这样的几何构型，在该构型中，沿转子2旋转轴的两条磁极边位于平行平面内(图1和图2)。连接上述两条边的转子2磁极第三条边为一条凸形曲线边。弯曲半径为R3，约为119.5毫米。该弯曲半径与一个圆相对应，该圆的圆心位于转子2旋转轴上，而圆所在的平面与转子2旋转轴相垂直。

定子1制成完整的多面体直棱柱状，多面体棱边数量和相应的侧面数量为N，其中N等于定子1磁极数量(图1和2)。定子1与转子2同轴布置。每一个侧面的外表面和内表面均位于平行平面内。平行平面之间的距离等于R4-R5的差值，约为12毫米。其中R4表示定子1轴线到外表面平面内一条直线的距离(约为150毫米)，该直线经过平行于定子1轴线的侧面的中心点，R5表示定子1轴线到内表面平面内一条直线的距离(约为138毫米)，该直线经过平行于定子1轴线的侧面的中心点。

定子1每一个侧面的外表面和内表面所在的平行平面之间的距离，在数值上也等于转子2的厚度值。

定子1的每一个磁极都有这样的几何构型，在该构型中，沿定子1轴线的两条磁极边位于平行平面内。连接上述两条边的定子1磁极第三条边为一条凹形曲线边。弯曲半径为R.6，约为120毫米。该弯曲半径与一个圆相对应，该圆的圆心位于定子1轴线上，而圆所在的平面与定子1轴线相垂直。

定子1(图1和2)磁极位于定子1每一个侧面的内表面上，也位于内表面平面内的一条直线上，这条直线经过侧面中心点，同时平行于定子1轴线，并且也是磁极的轴线。此时，磁极能够相对于与侧面平面垂直且经过上述直线的平面形成平面对称。

在定子1的每个磁极中，位于平行平面内沿定子1轴线的磁极边，其长度等于每个转子2磁极位于平行平面内沿转子2旋转轴的磁极边长。磁极边高度约为18毫米。

在定子1的每个磁极中，决定定子1磁极宽度的位于平行平面内沿定子1轴线的两条磁极边间距，按照以下方式选择。决定定子1磁极宽度的规定距离，其选定依据为：在转子2的磁极中，决定转子1磁极宽度的位于平行平面内沿转子1旋转轴的两条磁极边间距，与决定定子1磁极宽度的位于平行平面内沿定子1轴线的定子1两条磁极边间距之比。该比值等于1.0～1.3(包括这两个数值)。因此(图1)，决定定子1磁极宽度的位于平行平面内沿定子1轴线的两条磁极边间距，约为14.7毫米。而在转子1的磁极中，决定转子1磁极宽度的位于平行平面内沿转子1旋转轴的两条磁极边间距，约为15毫米。转子和定子磁极几何形状的上述特征确保将转矩脉动降低3％～4％(包括这两个范围值)。

定子1与转子2同轴布置，转子2磁极与定子1磁极之间的间隙大约为500微米。

定子1磁极数量N等于18(图1)或12(图2)。

在定子1中，定子1磁极宽度与极距宽度之比大约为0.33～0.37(包括这两个数值)。根据磁极宽度，该比值可保证线圈中的容许损耗值(～RxI2)。

关于定子1和转子2中结构件的外形尺寸，在定子为外定子时，提供以下参数。如上所述，定子1可以制成棱柱状，底部带有多面体，该定子可以围绕圆周以其外部描述，其外部直径约为300毫米(图1和图2)。定子1的长度(棱柱高度)以及转子2的长度约为40毫米。

电动机中可以使用带外定子的结构件或反向结构件。考虑到最佳的散热率，优先选取的是带外定子1(图1和图2)的结构件。

定子和转子的上述特征在实际操作中可以根据电动机的运行要求改变。

顺序换接时可使转子2转动并形成相的线圈3，采用“星形”连接，可构成六相电动机。

为了最大程度减小转矩脉动和降低铁心损耗，优先选取的是相形成线圈的六相连接图，这些线圈采用“星形”连接。由于电动机为六相电动机，在产生正弦电流信号时可以实现脉动的降低。优先选取的是六相闸流管电动机的实施，可以使至少两相同时运行。因此，可以使至少两相同时运行意味着使用数量与相位数相等的控制键来进行控制，并将每个相接入一个控制键。通常，电动机的结构中有一个磁隔离相系统。来自每个相的磁通量都有自己的闭合路径，并且如果不考虑饱和情况，则不存在相之间的互感。每个相通常由两个控制键控制。每个相交替运行。该连接图的特征在于由于相的独立性而易于控制。但是，它也有缺点：较高的转矩脉动，磁通量闭合路径较长，使用大量控制键——每个相都有两个控制键。在“星形”连接相形成线圈时，以及可以使至少两相同时运行时，至少有两个相在同时运行，并且由流过绕组的相电流形成的磁通量通过相邻的定子磁极沿最短路径闭合，这显著降低了磁轭中的磁电压降。

相形成线圈同相串联连接。对于六相电动机，将三个线圈与具有十八个磁极的定子和具有十五个磁极的转子(1)同相串联连接。需要注意的是，线圈可以并联连接。

在六相电动机中，使用磁极数量为相数倍数的定子1和转子2，该转子的磁极数量等于定子1的磁极数量减去一个商数后的差值，在商数计算中，被除数等于定子1的磁极数量，除数等于相数。

线圈3(图1和2)采用矩形铝导线(图3-5)绕制，该铝导线具有通过已知方法进行微弧氧化获得的陶瓷绝缘镀层。首先将铝导线放入充满电解质的一对电镀槽中，每个电镀槽中均放入电极，电极间接入电源，以在铝导线上形成镀层。在用带所形成镀层的导线形成陶瓷绝缘镀层之后，绕制线圈。

线圈中采用的矩形导线制成采用四根横截面为18×0.2平方毫米的箔条组成的箔条束(图ЗА和ЗВ)，或者制成横截面大小为18×0.8平方毫米的箔条状(图4)，或者制成横截面为4.5×1.3平方毫米的矩形扁导线(图5)。在第一种情况下，在18毫米宽的带材中使用商用箔。在第二种情况下，箔条由0.8毫米厚的箔切割而成。通过压扁来获得4.5×1.3平方毫米的导线。

镀层厚度的选择范围为10～100微米(包括这两个范围值)。

线圈采用带有陶瓷绝缘镀层的铝导线制成，为扁平螺旋状线圈(图3和4)。线圈用导线沿螺旋线绕制而成(例如，导线的缠绕如图5所示)，前一线匝与后一线匝紧密排列。在这种情况下，当线圈安装在磁极上时，第一匝应能紧密包覆定子磁极。进行缠绕直至达到缠绕线匝总厚度。在该厚度条件下，当线圈安装在定子磁极上时，可保证缠绕线匝最大程度填充极距范围内的空间(图1和图2)。在与线匝布置平面垂直的方向上，扁平螺旋状缠绕线圈(图3和4)的厚度等于定子磁极的高度，该高度约等于18毫米，由差值R5-R6确定。其中R5表示定子轴线到内表面平面内一条直线的径向距离，该直线经过平行于定子轴线的侧面的中心点，R6表示连接磁极两条边(沿定子轴线分布并位于平行平面内)的第三条凹形曲线边的弯曲半径，该弯曲半径与一个圆相对应，该圆的圆心位于定子轴线上，而圆所在的平面与定子轴线相垂直。

在使用箔基绕制而成的线圈(用一包0.2毫米厚的薄箔条缠绕线匝或者用0.8毫米厚的厚箔缠绕线匝)时，匝数为14～18(包括这两个值)，(图1、ЗА和4)。缠绕线匝的数量由通过电动机线圈的最大电流确定，对应的值不超过150安～160安。

当线圈3中采用横截面为4.5×1.3平方毫米的矩形扁导线(图2)时，线圈用四根导线沿螺旋线绕制而成，前一线匝与后一线匝紧密排列。在这种情况下，当线圈3安装在磁极上时，第一匝应能紧密包覆定子1磁极。进行缠绕直至达到缠绕线匝总厚度。在该厚度条件下，当线圈安装在定子磁极上时，可保证缠绕线匝最大程度填充极距范围内的空间(图2)。在这种情况下，在与线匝布置平面垂直的方向上，扁平螺旋状缠绕线圈3的厚度等于定子1磁极的高度，该高度约等于18毫米，由差值R5-R6确定。其中R5表示定子1轴线到内表面平面内一条直线的径向距离，该直线经过平行于定子1轴线的侧面的中心点，R6表示连接磁极两条边(沿定子1轴线分布并位于平行平面内)的第三条凹形曲线边的弯曲半径，该弯曲半径与一个圆相对应，该圆的圆心位于定子1轴线上，而圆所在的平面与定子1轴线相垂直。在绕制第一匝前，先将导线组成对，窄边一侧彼此紧密贴合。每一组导线对的宽度等于导线截面上长边边长的两倍。将由导线彼此贴合组成的导线对折叠两次。第一次向导线排布的纵向方向折叠。第二次也向纵向方向折叠并将由导线彼此贴合组成的每一组导线对的两端配置在相对于折叠部分的不同侧，同时再将每一组导线对内彼此贴合的导线向宽度方向移动，移动距离等于导线截面上长边边长的两倍，然后将由导线彼此贴合组成的导线对各折叠部分彼此重叠在一起。之后从两端开始对由导线彼此贴合组成的导线对进行绕制，并且在绕制时，彼此贴合的导线是作为一个整体一起绕制，将同一组由导线彼此贴合组成的导线对的两端彼此相迎地进行绕制，并且将其中一对彼此贴合的导线的每后一匝都布置在另一对彼此贴合的导线匝上，达到要求的绕制厚度之后，再将绕制好的各条导线串联为一根导线，该导线的两端向外引出构成相。

当使用由四根导线绕制而成的线圈3时，用十二磁极定子1(图2)的每根导线缠绕，其中R4表示定子1轴线到外表面平面内一条直线的径向距离，该直线经过平行于定子1轴线的侧面的中心点，该距离约等于150毫米(200匝)。

使用带有规定陶瓷绝缘镀层的铝线圈可减少定子相绕组的重量。槽填充率显著提高，达到90％及以上。通过陶瓷绝缘，工作温度维持在400℃可以在不破坏电动机的情况下短时间增加发动机的工作力矩。与使用铜线圈(例如，在机动轮中)的情况相比，铝线圈可以减少电动机的重量24％，从15.8千克减到12千克，这使工作力矩值进一步提高。

应当注意的是，为了在增加工作力矩和单位质量功率方面最大限度地实现其技术成果，优先选取的是用矩形截面的导线缠绕。然而，尽管这个技术成果不是最大限度地实现，但是当使用带有陶瓷绝缘镀层(通过微弧氧化获得)的圆形铝导线进行缠绕时可以实现，由于可以缠绕铝导线(与漆包铜导线不同，具有紧张的张力)，可达到比铜导线更高的槽填充系数。

电动机，例如，由具有恒定分量的六相正弦电流控制的闸流管电动机的使用如下。

将定子1、转子2、绕在定子1磁极上并进行串联连接以形成相的线圈3(图1和2)的结构件安装在轴上。将每个相连接到控制键上，该控制键基于绝缘栅双极型晶体管制成。用六个控制键控制各个相。在控制键的帮助下，电动机的相位通过电压切换。每个控制键都通过单独的驱动器与控制器连接。电动机的运行由控制器控制。控制器与转子位置传感器和速度控制装置相连。根据来自转子位置传感器的信号和使用控制键设定的转速，将电流在必要的线圈3中进行整流，以确保转子2以设定的速度旋转。旋转是通过转子2的磁极对定子1的激励磁极(此时是交流电)的磁引力来实现的。

由于在电动机运行期间用陶瓷绝缘铝导线对线圈进行了缠绕，因此可达到的工作力矩为300牛顿米及以上。

如果机动轮使用带有相线圈(由陶瓷绝缘铝导线制成)的电动机，则可达到的工作力矩为300牛顿米及以上。当车轮半径为300毫米，以及机组重量为1500千克时，可确保在11～12秒内将汽车加速至100千米/小时，但条件是要采用全轮驱动(所有车轮均是主动轮)。以恒定力矩加速至100千米/小时(885转/分)，然后以28千瓦的恒定功率加速至1800转/分(200千米/小时)。活性材料(带有绕组的磁芯)的质量不超过15千克，非簧载质量不超过允许极限。功率恒定区域内的有效系数超过90％。

定子1绕组的相由具有恒定分量的正弦电流供电，并且相电流的恒定分量值等于电流正弦分量的振幅。

根据来自转子位置传感器的信号和由速度控制装置规定的转速，利用控制器和通过驱动器将调制电压信号传输给相。相位上施加的调制电压信号的形状导致相线圈中出现具有恒定分量的正弦电流，该电流是降低振动、噪声和转矩脉动所必需的。关于后者，由于采用具有恒定分量的正弦电流控制的电动机为六相电动机，因此它们不超过15％。

本发明——电动机，可用于各种轮式车辆，例如，用于驱动汽车机动轮，作为自行车电动机。

此外，本发明可应用于涉及电能转换的其他人类活动领域。

Claims

1.一种电动机，包括定子(1)和转子(2)，二者安装成彼此相对的形式，能够相对转动，定子(1)表面设有磁极并且定子(1)表面转向转子(2)，在定子(1)的磁极上安装有线圈(3)，当线圈顺序换接时可使转子(2)转动，特征在于：线圈(3)有具有陶瓷绝缘涂层的铝导线制成。

2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：定子(1)相对于转子(2)位于外部，转子(2)表面设有磁极，定子(1)表面也设有磁极并转向转子(2)，即转向设有磁极的转子(2)表面，定子(1)的每一个磁极都有同样的几何构型，并且每一个磁极与相邻磁极的间距也相同，转子(2)的每一个磁极都有同样的几何构型，并且每一个磁极与相邻磁极的间距也相同。

3.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：转子(2)制成完整的直圆筒状，与圆筒内表面对应的导轨半径为R1，与圆筒外表面对应的导轨半径为R2，设有磁极的定子(1)表面转向圆筒外表面，转子(2)厚度等于R2-R1的差值，并且定子每一个侧面的外表面和内表面所在的平行平面之间的距离，在数值上也等于转子(2)的厚度值，定子(1)制成完整的多面体直棱柱状，多面体棱边数量和相应的侧面数量为N，其中N等于定子(1)磁极数量，定子(1)和转子(2)同轴布置，每一个侧面的外表面和内表面均位于平行平面内，平行平面之间的距离等于R4-R5的差值，其中R4表示定子(1)中心线到外表面平面内一条直线的距离，该直线经过平行于定子(1)中心线的侧面的中心点，R5表示定子(1)中心线到内表面平面内一条直线的距离，该直线经过平行于定子(1)中心线的侧面的中心点，定子(1)磁极位于定子(1)每一个侧面的内表面上，也位于内表面平面内的一条直线上，这条直线经过侧面中心点，同时平行于定子(1)中心线，并且也是磁极的轴线，定子磁极能够相对于与侧面平面垂直且经过上述直线的平面形成平面对称，定子(1)与转子(2)同轴布置，转子(2)磁极和定子(1)磁极之间的间隙大约为500微米。

4.根据权利要求2所述的电动机，其特征在于：转子(2)的每个磁极均呈几何构型，在该构型中，沿转子(2)旋转轴的两条磁极边位于平行平面内，与上述两条磁极边相连的第三条磁极边为凸形曲边，其弯曲半径R3对应圆周的中心位于转子(2)旋转轴上，且圆平面与转子(2)旋转轴垂直，定子(1)的每个磁极均呈几何构型，在该构型中，沿定子(1)中心线的两条磁极边位于平行平面内，与上述两条磁极边相连的第三条磁极边为凹形曲边，其弯曲半径R6对应圆周的中心位于定子(1)中心线上，且圆平面与定子(1)中心线垂直。

5.根据权利要求4所述的电动机，其特征在于：在定子(1)的每个磁极中，位于平行平面内沿定子(1)中心线的磁极边，其长度等于每个转子(2)磁极位于平行平面内沿转子(2)旋转轴的磁极边长，在定子(1)的每个磁极中，决定定子(1)磁极宽度的位于平行平面内沿定子(1)中心线的两条磁极边间距，其选定依据为：转子(2)的每个磁极中，决定转子(2)磁极宽度的位于平行平面内沿转子(2)旋转轴的两条磁极边间距，与决定定子(1)磁极宽度的位于平行平面内沿定子(1)中心线的两条定子(1)磁极边间距之比，该比值等于1.0～1.3，含规定值。

6.根据权利要求3所述的电动机，其特征在于：定子(1)磁极的数量N等于十八或十二。

7.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：顺序换接时可使转子(2)转动并形成相的线圈(3)，采用“星形”连接，可构成六相电动机，其中定子(1)磁极数量与相数成倍数关系，转子(2)磁极数量等于定子(1)磁极数量减去商数，被除数等于定子(1)磁极数量，除数等于相数。

8.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：线圈(3)采用经过微弧氧化的方形陶瓷绝缘铝导线绕制，首先将铝导线放入充满电解质的一对电镀槽中，每个电镀槽中均放入电极，电极间接入电源，以在铝导线上形成镀层，随后采用带镀层的导线绕制线圈(3)，线圈(3)中采用的是方形扁导线，横截面大小为4.5x1.3平方毫米，或将其制成横截面大小为18×0.8平方毫米的箔条状，或将其制成采用四根横截面为18×0.2平方毫米的箔条组成的箔条束，镀层厚度为10～100微米(含规定的间距)，与此同时，将线圈(3)螺旋绕制成扁平螺旋状，前一线匝与后一线匝紧密排列，将线圈(3)安装到磁极上时，第一匝应能紧密包覆定子(1)磁极，进行缠绕直至达到缠绕线匝总厚度，在该厚度条件下，将线圈(3)安装到定子(1)磁极上时，可保证缠绕线匝最大程度填充极距范围内的空间，在与线匝布置平面垂直的方向上，扁平螺旋状缠绕线圈(3)的厚度等于定子(1)磁极高度，即R5-R6的差值，其中R5表示定子(1)中心线到内表面平面内一条直线的径向距离，这条直线经过侧面中心点，同时平行于定子(1)中心线，R6表示凹形曲边——第三边的弯曲半径，该边与位于平行平面内沿定子(1)中心线的两条磁极边相连，对应圆周的中心位于定子(1)中心线上，且圆平面与定子(1)中心线垂直。

9.根据权利要求8所述的电动机，其特征在于：当线圈(3)中采用横截面积为4.5×1.3平方毫米的方形扁导线时，线圈(3)由四根导线螺旋绕制而成，后一线匝与前一线匝紧密排列，与此同时，将线圈(3)安装到磁极上时，第一匝应能紧密包覆定子(1)磁极，进行缠绕直至达到缠绕线匝总厚度，在该厚度条件下，将线圈(3)安装到定子(1)磁极上时，可保证缠绕线匝最大程度填充极距范围内的空间，因此，在与线匝布置平面垂直的方向上，扁平螺旋状缠绕线圈(3)的厚度等于定子(1)磁极高度，即R5-R6的差值，其中R5表示定子(1)中心线到内表面平面内一条直线的径向距离，这条直线经过侧面中心点，同时平行于定子(1)中心线，R6表示凹形曲边——第三边的弯曲半径，该边与位于平行平面内沿定子(1)中心线的两条磁极边相连，对应圆周的中心位于定子(1)中心线上，且圆平面与定子(1)中心线垂直，所以，在缠绕第一匝导线之前，导线成对叠加，较小面相互紧密衔接，每对导线宽度等于导线较大面的两倍，相互衔接叠加而成的每对导线弯折两次，第一次朝导线纵向布置侧，第二次朝各面相互衔接叠加而成的每对导线末端纵向布置侧，相对弯折区，弯折后每对导线中相互衔接叠加而成的导线会发生位移，位移量等于导线较大面的两倍，相互衔接叠加而成的导线对的弯折区域相互叠加，形成重叠，而对于相互衔接叠加而成的每对导线，从两端完成缠绕，并且在缠绕时，将相互衔接叠加的导线视为一个整体，同时进行缠绕，对于相互衔接叠加而成的同一对导线末端，迎面缠绕，相互衔接叠加而成的一对导线的后一匝置于相互衔接叠加而成的另一对导线的线匝上，达到要求的缠绕线匝厚度后，将缠绕导线串联成一根导线，引出其末端用于构成相。