CN1756044A - 感应电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的感应电动机通过减少缠绕在定子绕组中与电动机性能无关的端部绕组(end－turn)来减少定子的铜损，从而可以提高电动机效率。本发明的感应电动机包括以下两个部分：绕组120在定子铁心110的内沿侧与轴相垂直的圆周方向缠绕，从而形成与轴相平行方向的磁场的定子100；具有与定子成同心圆和在其垂直的径向安装数个转子导体220的转子铁心210以及与定子铁心的内沿保持一定空隙和在绕组轴方向的磁通与转子导体上感生电流作用下进行转动的转子200。

Description

感应电动机

技术领域

本发明涉及感应电动机，更具体说涉及通过减少定子绕组中与电动机性能无关的端部绕组(end-turn)来减少定子的铜损，从而可以提高效率的感应电动机。

背景技术

一般来说，所谓的电动机是把电能转换为机械能可获得旋转动力的机器，大致可以分为交流电动机和直流电动机。在这其中，感应电动机又是交流电动机中的一种。

感应电动机是一种通过与电源接触的1次绕组的电磁感应传递到2次绕组上，并通过2次绕组上产生的电流和旋转磁场的相互作用获得旋转力矩的典型的交流电动机。

以下是参照附图对上述感应电动机的结构作的概括性说明。

首先，图1是一般的感应电动机简要结构的断面图。大致来说，感应电动机由以下几部分构成：定子10，与定子成同心圆并与定子的内沿保持一定空隙(a)的转子20，和插入转子的中心部分把转子的旋转力传递到从动轴上的旋转轴30。

定子10由可在交流电源的控制下形成旋转磁场的绕组15和在磁场作用下产生磁通回路的定子铁心11构成。此时，定子铁心11是由在内沿轴向辐射排列多个凹槽13的多个圆形硅钢片11a叠层构成，定子铁心凹槽13上绕线的方法有很多种。此时，如绕组15按轴方向，与定子铁心凹槽13成平行时，缠绕方法就有分布卷、集中卷、同心卷等许多方法。

转子20由通过绕组15感生的电流和交变磁场的相互作用下产生转矩的转子导体25，和由在外沿有相隔一定距离呈辐射状排列的多个凹槽23的多个圆形硅钢片21a按轴方向叠层而成并形成磁通回路的转子铁心21构成。在转子铁心的凹槽23中插入导电性很高的铝或铜之类金属形成的转子导体25。因此，转子导体25也和绕组15一样在与轴方向并排的转子铁心凹槽25中与轴方向相平行。而且在转子导体25的两端各装配了可连接转子导体从而组成一个回路的端环27。此时，转子导体25和端环一般用压铸方法制成，并多使用铝制成。

简要说明如此构成的感应电动机的作用，交流电源作用于绕组15上时就在与轴相垂直的方向上产生了磁场，通过转子铁心的磁通发生转动，这种转动的磁通穿过空隙a，与转子导体25相交，转子导体25上就产生电流。此时，转子导体上的电流与交变的磁通一起根据弗莱明左手定则产生了转矩。也就是说，上述现有的感应电动机大部分是通过与轴相垂直方向磁通的变化使转子导体25上感应电流的径向磁通形(radial flux type)感应电动机。

但是，在上述感应电动机上缠绕于定子铁心上的绕组15中还相应地存在着不产生有效磁通的部分。也就是说，在绕组中定子铁心11的两端部具有把定子凹槽间的绕组15相连接构成回路的端部绕组15a(end-turn)，因为此端部绕组未在定子铁心凹槽之内，所以不能生产对转子导体25有影响的磁通。而且，端部绕组15a使绕组本身的电阻铜损增加，从而降低电动机效率。

对于不同的缠线方法，端部绕组15a的长度可能发生变化，而且，根据现有缠线方法也必然存在端部绕组15a的长度变化。为了形成旋转磁场，定子铁心上要形成数个极，为此，绕组不是在靠近绕组15的定子铁心凹槽13上缠绕，而是要跨过几个定子铁心凹槽来缠绕。特别是，如果为分布卷的话，生成有效磁通的绕组和端部绕组长度的比率大约是50∶50。

总之，对于现有的径向磁通感应电动机来说，端部绕组的生成是不可避免的。它的长度对提高电动机的性能是有一定制约的。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而提出来的，本发明的目的就是提供一种通过减少定子铁心上的绕组中与电动机的性能无关的大量端部绕组(end-turn)来减少定子的铜损，从而可以提高感应电动机的效率。

为了达成上述目的，本发明所涉及的感应电动机包括定子和转子两部分：定子的绕组在定子铁心的内沿与轴相垂直的圆周方向上缠绕并在与轴平行方向上形成磁场；转子与定子成同心圆，转子铁心上安装数个转子导体与定子铁心的内沿保持一定空隙，同时，转子导体按与其相垂直的径向安装，在轴方向绕组磁通的作用下，转子导体感应产生电流并进行转动。

具体来说，上述特征的本发明的感应电动机可具有两种形态。

本发明的一种形态的感应电动机包括：具有定子铁心凹槽的在内沿以圆周方向形成的环形定子铁心，缠绕于定子铁心凹槽上可分割为几部分的在交流电源作用下在与轴平行方向形成磁场的绕组，与定子铁心成同心圆的中心插入旋转轴的转子铁心，以及安装在转子铁心凹槽内两端部各用端环连接从而形成了一个回路的转子导体。

本发明的另一形态的感应发电机则由以下几部分构成：位于上下位置、按照定子的内沿以圆周方向并排形成，和为了连接上部定子铁心凹槽和下部定子铁心凹槽而设立并使连接的数个凹槽按一定角度构成的环形定子铁心；缠绕于上部定子铁心凹槽和与之对应的下部定子铁心凹槽以及分别位于其两端的连接凹槽上，在交流电源作用下形成与轴平行方向的磁场的绕组；与定子铁心成同心圆，在其中心插入旋转轴，其内部具有与上部定子铁心凹槽上的绕组和下部定子铁心凹槽上的绕组相对应，其数个上部转子铁心凹槽和下部转子铁心凹槽按径向形成的环形转子铁心；以及安装于上部转子铁心凹槽上的两端各靠端环连接并形成一个回路的上部转子导体，和安装于下部转子铁心凹槽上的两端各靠端环连接并形成一个回路的下部转子导体。

总之，根据本发明制成的感应电动机是一种通过把缠绕在定子铁心上的绕组和转子导体都按与轴相垂直的方向装插，在转子导体上感生电流和在与轴平行方向上产生磁通的轴向磁通形感应电动机(axia1 flux type)。如此构成的感应电动机与现有的径向磁通式感应电动机相比可以相应减少端部绕组的长度，还可达到节省定子铜损、从而提高效率的效果。

附图说明

图1为一般的感应电动机的结构断面图。

图2为本发明的一个实施例的感应电动机的斜视图。

图3为图2所示的感应电动机的分解斜视图。

图4为图2所示的感应电动机作用的部分断面图

图5为本发明的另一实施例的感应电动机的分割斜视图。

图6为图5所示的感应电动机的绕组缠线方法图。

图7为图5所示的感应电动机的部分断面图。

附图主要部分的符号说明

110：定子铁心，      120：绕组，

210：上部转子铁心，  220：上部转子导体，

310：下部转子铁心，  320：下部转子导体.

具体实施方式

以下是参照附图对本发明的感应电动机做更加详细的说明。

图2为本发明一个实施例的感应电动机的斜视图，图3为图2所示的感应电动机的分解斜视图，图4为图2所示的感应电动机作用的部分断面图。

根据图2所示，本发明的一个实施例的感应电动机大致由以下两个部分构成：在定子铁心110的内沿与轴相垂直的圆周方向缠绕绕组的定子100，与定子成同心圆的在转子铁心210内部与定子铁心内沿保持一定空隙并与轴垂直的径向安装数个转子导体的转子200。

以下是对如此构成的感应电动机各部分所做的更加详细的说明。

如图3所示，本发明的一个实施例的感应电动机由以下几部分组成：在内沿按圆周方向形成定子凹槽115的环形定子铁心110；与定子铁心成同心圆，具有中心安装旋转轴的插入孔219，其内部以插入孔为中心径向设置数个转子铁心凹槽的环形转子铁心210；以及安装于转子铁心凹槽内，两端部各靠端环225连接形成了一个回路的转子导体。

图中未显示的，接受电源供给形成转动磁场的绕组是按与轴垂直的圆周方向缠绕于定子铁心凹槽115上的，因此，在交流电源作用下，形成与轴平行方向的磁场。上述形成转动磁场的绕组由几个部分组成，举例来说主绕组可分为两部分，定子铁心凹槽115按每180度分缠绕，提供起动力的辅绕组也可分为两部分，在与主绕组保持90度的位置差的同时，定子铁心凹槽按每180度分缠绕，上述绕组在缠绕完毕以后参照附图还将再次进行说明。

定子铁心110是由数块硅钢片排列而成的，为了使绕组的缠绕工作更加容易进行，用可以分离的上部部件111和下部部件113制成是最佳的。此时，上部部件111和下部部件113相对应安装，为了相结合时候形成定子铁心凹槽115，在内沿上沿圆周方向设置了槽。

转子铁心210也是由数块硅钢片排列而成，为了使转子导体的安装更加容易，用可以分离的上部部件211和下部部件213制成最佳。此时，上部部件211和下部部件213还是对应安装，为了设置转子凹槽215在各自的结合面上以插入孔为中心径向设置了数个槽。而且，在上部部件211和下部部件213的内沿和外沿分别设置了可使转子导体220形成了一个回路的端环225，而为了安装此端环又设置了具有固定高度的截面217。

转子导体220一般可用导电性很高的铝或铜制成。此时，如用铝制成转子导体的话，在上部部件211和下部部件213相结合时，转子导体220与为安装旋转磁体凹槽和端环而设的截面上用压铸法与端环225一起制成。而在用铜制成的转子导体220的情况下，因为铜与铝不同，不能使用压铸方法，所以要经过适当的金属加工制作完成。也就是说，与转子铁心凹槽相对应的转子导体220和与转子导体相连接的上部部件211和下部部件213的内沿的截面217和外沿截面相对应的两个端环225形成以后，通过使上部部件211和下部部件213相结合构成了整个转子。

另外，根据本发明的一个实施例制成的感应电动机用导电性更高的铜按后一个方法制成了转子导体和端环。

根据本发明制成的感应电动机是把定子铁心上的绕组按与轴相垂直的圆周方向缠绕，把转子铁心上的转子导体与轴相平行的方向设置的轴向磁通型(axial flux type)感应电动机。如此构成的感应电动机与现有的径向磁通型(radial flux type)感应电动机相比可相应减少端部绕组长度，所以可以起到减少定子铜损、提高效率的作用。下面参照附图4对这种感应电动机做更详细地说明。

图4中显示了以图2中所示的感应电动机中的一个转子导体为中心，在其周围形成磁场的状态。从纸面上向外流出的电流到达绕组上的话，就会形成磁通以绕组为中心逆时针方向转动的磁场，在此磁场中与轴平行方向流出的磁通使转子导体上产生感应电流，转子导体上的电流与变化的磁通一起，根据弗莱明左手定则产生转动力矩。

总之，根据本发明制成的感应电动机与现有的感应电动机不同，形成轴方向相平行的磁场，在此磁场中电流被感应到转子导体上。具有此种特性的根据本发明制成的感应电动机与在与轴相垂直方向上形成磁场的径向磁通形(radial flux type)感应电动机相对比，故被称为轴向磁通型(radial flux type)感应电动机。轴向磁通型感应电动机与现有的径向磁通型感应电动机相比具有可减少不产生有效磁通的绕组上的铜损的长处。

但是，如图4所示的本发明的一个实施例制成的感应电动机，为形成电流的回路(return path)，使它的绕组120中的相应部分位于定子铁心110的外沿，这部分是用虚线表示的。在这种情况下，绕组中不位于定子铁心凹槽上的剩下的部分成为不产生有效磁通的端部绕组，即使比起现有的径向磁通型感应电动机，它的长度已经缩小，但还是不容忽视的。因此，本发明提出了使端部绕组长度再缩小的更加完善形态的感应电动机，具体形态如下：

图5为根据本发明的另一实例制成的感应电动机的分割斜视图。图6为图5所示的感应电动机绕组绕线方法图。图7为图5所示的感应电动机作用的部分断面图。

按照图5所示，根据本发明的另一实例制成的感应电动机在上下两部分设置了图2所示感应电动机的转子铁心，并且在定子铁心的内沿为使之分别与转子铁心相对应，绕组按圆周方向上下缠绕为其特征。

进一步说明，定子铁心110由数块硅钢片排列构成，在其内沿按圆周方向上下并列安装定子铁心凹槽(115a，115b)，为使上部定子铁心凹槽和下部定子铁心凹槽相连接，数个连接凹槽115c按轴方向以一定角度安装。此时，定子铁心110为使绕组的缠绕更容易，以相对应的上部部件111和下部部件113制成是最佳的，在这种情况下，在上部部件111的内沿形成上部定子铁心凹槽，在下部部件113的内沿形成下部定子铁心凹槽。

缠绕在定子铁心110上的绕组120，因为是按照与轴垂直的圆周方向缠绕在定子铁心凹槽上的，在交流电源的作用下会形成与轴方向平行的磁场。此时，此绕组120为了形成旋转磁场，可分解成几部分。这样被分解的绕组分别置于通过上部定子铁心凹槽115a和与其相对应的下部定子铁心凹槽115b，以及位于上部定子铁心凹槽和下部定子铁心凹槽两端的连接凹槽115c缠绕在定子铁心内沿。因此，除了绕组120中缠绕在连接凹槽115c上的部分以外，其余部分因都被缠绕与轴相垂直的圆周方向，在交流电源的作用下会形成与轴平行方向的磁场。

具体说明的话，如图6所示，此绕组由在定子铁心的内沿按每180度分解缠绕并串联连接的2个主绕组120，和与主绕组并列连接成90度角并在定子铁心内沿按每180度分解缠绕的串联连接的辅绕组123构成。

辅绕组123可在感应电动机启动时提供启动动力，此时，在主绕组121和辅绕组123的两端，各有缠绕的连接凹槽。为此，连接凹槽115c应成90度角，共4个。

转子铁心由与定子铁心110成同心圆、旋转轴插入中心部的上部转子铁心210和下部转子铁心310组成。此时，在上部转子铁心210的内部与上部定子铁心凹槽115a的绕组相对应的数个转子导体按照与轴垂直的径向安装，而在下部转子铁心310的内部与下部转子铁心凹槽115b的绕组相对应的数个转子导体也按照与轴垂直的径向安装。为此，在上部转子铁心210和下部转子铁心310的内部各有数个转子铁心凹槽设置在与轴垂直的径向。

具有如此结构的上部转子铁心和下部转子铁心与图3所示的转子铁心的结构相同，下面举例再对上部转子铁心的结构进行说明。

如图3所示，上部转子铁心210由数块硅钢片排列构成，并且为使其内部可安装上转子导体，按径向设置了数个铁心凹槽215。此时，为使转子导体的设置更容易，可把上部转子铁心凹槽215向中心分离的上部部件211和下部部件213组成上部转子铁心210是最佳的。上部部件211和下部部件213是对应安装的，为了在各自的结合面上设置上部转子铁心凹槽215在反径向设置了几个槽。而在上部部件211和下部部件213的内沿和外沿上设置了可以安装把各自的转子导体连接为一个回路的端环的具有一定幅度高的截面217。

上述结构对于下部转子铁心310也同样适用。

此时，安装在上部转子铁心凹槽215上的上部转子导体220和安装于下部转子铁心凹槽上的下部转子导体均具有导电性的部件构成，并各在其两端用端环225连接成一个回路。为此，上部转子导体和下部转子导体一般用传导性较高的铝或铜制成。在用铝制成时，构成上部或下部转子铁心的上部部件211和下部部件213相结合的状态下，可用铝压铸法一起制成转子导体和端环。在用铜制成时，在用适当的金属加工先制成转子导体和端环形态以后，在它们之间把上部部件和下部部件相结合，从而构成了整个转子。

另一方面，根据本发明的另一实事例制成的感应电动机用导电性更高的铜制成转子导体及端环更合适。

以下我们将参照附图7对如此构成的感应电动机做更详细的说明。

图7为图5所示的感应电动机中以位于上下位置的一对转子导体(220，320)为中心，在其周围形成磁场的形态图。

在上部定子铁心凹槽115a的绕组里电流的流动方向为从纸面向外的方向，而在下部定子铁心凹槽115b的绕组里电流的流动方向为向纸里面的方向。在这种情况下，形成了以上部定子铁心凹槽的绕组120a为中心，磁通顺时针方向转动的磁场。在这样的磁场中向与轴30平行方向流动的磁通各把电流感应到了上部转子导体220和下部转子导体320上，感应到转子导体上的电流与磁通一起根据弗莱明左手定则产生动力。

也就是说，按照本发明的另一实施例制成的感应电动机也形成了与轴方向平行的磁场，这一磁场把电流感应转子导体上，所以这一电动机也为轴向磁通型感应电动机。因此，缠绕于定子铁心110上的绕组中只有与轴方向并排缠绕的部分为不生成有效磁通的端部绕组，对于根据本发明的另一实例制成的感应电动机来说只有缠绕在连接凹槽115c上的绕组为不产生有效磁通的端部绕组。此时，因为在所有的定子铁心凹槽中连接凹槽占据部分很微小，在所有绕组中，与此成比例的端部绕组占据的部分也是很微小的。

总之，根据本发明的另一实施例制成的感应电动机为形成电流回路而设的绕组按圆周方向缠绕在定子铁心的内沿，通过设置与之相对应的转子导体，连回路绕组也可被用于产生感应电流。

为此，以本发明的实施例为中心进行了研究，在此发明所属领域中，对于一般技术人员来说，在本发明的实质性技术范围内可能会出现变化的实例形态。在这里，本发明的实质性技术范围体现在申请范围中，在与它处于同等范围内的变化的形态也应被解释为包含在此项发明之内。

Claims (12)

1、一种感应电动机，其特征在于包括：绕组在定子铁心的内沿上与轴垂直的圆周方向缠绕，从而形成与轴相平行方向磁场的定子；在与定子成同心圆的转子铁心上安装数个转子导体并与定子铁心的内沿保持一定的空隙，和通过转子导体在与其相垂直的径向磁通的作用下感生电流并进行转动的转子。

2、根据权利要求1所述的感应电动机，其特征在于定子绕组形成的旋转磁场可被分为数个部分。

3、一种感应电动机，其特征在于包括：在内沿圆周方向形成定子凹槽的环形定子铁心；

缠绕在定子铁心凹槽内，可分为数个部分，并在交流电源作用下形成与轴平行方向的磁场的绕组；

与定子铁心成同心圆，在其中心部插入旋转轴，并在内部按径向形成数个转子铁心凹槽的环形转子铁心；

作为具有导电性的部件，安装在转子铁心凹槽上，两端部分各由端环连接，形成一个回路的转子导体。

4、根据权利要求3所述的感应电动机，其特征在于定子的铁心用相应的2个部件上下连接构成。

5、根据权利要求3所述的感应电动机，其特征在于转子铁心以转子铁心凹槽为中心，用上下相对应的2个部件上下连接构成。

6、根据权利要求3所述的感应电动机，其特征在于转子导体用铜制作而成。

7、一种感应电动机，其特征在于包括：

在定子铁心凹槽上按圆周方向上下并排安装，为连接上部定子铁心凹槽和下部定子铁心凹槽按轴方向安装的数个连接凹槽按一定角度安装的环形定子铁心；

缠绕在上部定子铁心凹槽和与之相对应的下部定子铁心凹槽，以及位于上部定子铁心凹槽和下部定子铁心凹槽的两端的连接凹槽上，在交流电源作用下形成与轴平行方向磁场的绕组；

与定子铁心成同心圆，在其中心插入旋转轴，使上部定子铁心凹槽和下部定子铁心凹槽相对应，数个上部转子铁心凹槽和下部定子铁心凹槽在内部按径向形成的环形转子铁心；

作为具有导电性的部件，安装于上部定子铁心凹槽内，两端部分别用端环连接形成了一个回路的上部转子导体；

作为具有导电性的部件，安装于下部定子铁心凹槽内，两端部分别用端环连接形成了一个回路的下部转子导体。

8、根据权利要求7所述的感应电动机，其特征在于连接凹槽以90度角安装，共安装有4个。

9、根据权利要求7所述的感应电动机，其特征在于，绕组以由与绕组相对应的连接凹槽为基准分为两部分的主绕组，和为与主绕组成90度位置、以剩下的两个连接凹槽为基准分为两部分的辅绕组构成。

10、根据权利要求7所述的感应电动机，其特征在于定子铁心由相对应的两个部件上下结构组成。

11、根据权利要求7所述的感应电动机，其特征在于，转子铁心由以上部转子铁心凹槽为中心上下对应的2个部件上下结合与由以下部转子铁心凹槽为中心上下对应的2个部件相结合而构成。

12、根据权利要求7所述的感应电动机，其特征在于上部转子导体和下部转子导体都由铜制成。

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