CN1983766B - 自磁化电动机及在其定子上缠绕线圈的方法 - Google Patents

自磁化电动机及在其定子上缠绕线圈的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种自磁化电动机和在其定子上缠绕线圈的方法，其中两个励磁器磁极彼此面对面地设置于定子的内圆周表面上，以及励磁器可磁化部分置于转子的外圆周表面从而被励磁器磁极选择性地磁化；因此，自磁化电动机由感应电动势和磁动势操控，其中，该感应电动势通过主线圈、辅助线圈和转子的导电杆在从初始驱动到同步速度前产生，该磁动势由励磁器磁极和励磁器可磁化部分在同步速度时产生；从而改善了电动机的效率、功率因数和同步特性。

Description

自磁化电动机及在其定子上缠绕线圈的方法
技术领域
本发明涉及一种自磁化电动机以及在其定子上缠绕线圈的方法，特别涉及一种由感应电动势和磁动势驱动的电动机以及在其定子上缠绕线圈的方法；其中，该感应电动势通过主线圈、辅助线圈和转子的导电杆在从初始驱动到同步速率前产生，该磁动势由励磁器磁极和励磁器可磁化部分在同步速度时产生。
背景技术
通常，电动机为将电能转换成动能的设备，电动机根据将要使用的电源划分为直流(DC)电动机和交流(AC)电动机。
交流电动机包括感应电动机、同步电动机和整流式电动机。感应电动机可划分为单相感应电动机和三相感应电动机。
单相感应电动机通常有简单的和稳固的结构，且其电源为相对容易获得的单相电源，该单相电源广泛地用于家庭、办公、工业和建筑行业的电子电力设备的驱动电源。
单相感应电动机不能自起动，因此为了产生起动转矩，设置主线圈和辅助线圈，且辅助线圈的电流相位与主线圈的电流相位相比超前90°。主线圈和辅助线圈用独特的方法缠绕在感应槽中。
在现有技术的单相感应电动机中，当在单相感应电动机的初始驱动点AC电源施加到缠绕在感应槽中的主线圈和辅助线圈时，定子产生旋转磁场。与此同时，感应电流施加到转子的导电杆，然后转子开始旋转。此时，转子一边滑动一边旋转。同时，施加到辅助线圈电流被电流切断设备屏蔽掉，从而电流仅施加在主线圈上。
然而，在现有技术的单相感应电动机中，因为转子受到感应而旋转，转子会滑动从而降低了电动机的效率。
发明内容
因此，本发明一个目的为提供一种自磁化电动机和在其定子上缠绕线圈的方法，该自磁化电动机通过在定子的内圆周表面形成彼此面对的励磁器磁极，使转子以用定子的磁场的同步速度旋转，以及通过在转子的外圆周表面设置能被励磁器磁极选择性地磁化的励磁器可磁化部分，来改善电动机的效率、功率因数和同步特性。
为达到这些和其他优点以及与本发明的目的相一致，如同这里具体实现并宽广描述的那样，提供一种自磁化电动机，其包括：定子，内圆周表面以特定间隔设置多个定子槽和多个励磁器槽，各定子槽之间分别设有齿，以及各励磁器槽之间分别设有励磁器磁极；主线圈，缠绕在每个定子槽中；辅助线圈，电流相位比主线圈的电流相位超前90°，且缠绕于每个定子槽中；励磁器线圈，缠绕于每个励磁器槽中；以及转子，可旋转地插入定子的中心部分中，并且外圆周表面置有将被励磁器线圈磁化的励磁器可磁化部分。
励磁器磁极以定子的中心部分为基准对称设置，且缠绕在每个励磁器槽中的励磁器线圈以彼此相反的方向缠绕。
优选地，辅助线圈重叠缠绕于多个定子槽中的毗邻每个励磁器槽的每个定子糟中。
主线圈插入第1定子槽内，且按第1 2定子槽、第2定子槽、第11定子槽、第3定子槽、第10定子槽、第4定子槽、第9定子槽、第24定子槽、第13定子槽、第23定子槽、第14定子槽、第22定子槽、第15定子槽、第21定子槽和第16定子槽的顺序缠绕，然后抽出。
辅助线圈插入第5定子槽，且按第20定子槽、第5定子槽、第20定子槽、第4定子槽、第21定子槽、第3定子槽、第22定子槽、第8定子槽、第17定子槽、第8定子槽、第17定子槽、第9定子槽、第16定子槽、第10定子槽和第15定子槽的顺序缠绕，然后抽出。
优选地，定子的外圆周表面和励磁器槽之间的厚度与定子的外圆周表面和定子槽之间的厚度相比较厚。
优选地，去除多个齿中的毗邻每个励磁器槽的每个齿的端部的部分(例如，称为极靴)。
优选地，励磁器磁极的端部形成有渐细部分。
为达到这些和其他优点以及与本发明目的相一致，如同这里具体实现并宽广描述的那样，一种在自磁化电动机的定子上缠绕线圈的方法，该方法涉及在单相双磁极24槽型电动机的定子上缠绕主线圈和辅助线圈，其中辅助线圈重叠缠绕在多个定子槽中的毗邻每个励磁器槽的每个定子槽中。
主线圈插入第1定子槽内，且按第12定子槽、第2定子槽、第11定子槽、第3定子槽、第10定子槽、第4定子槽、第9定子槽、第24定子槽、第13定子槽、第23定子槽、第14定子槽、第22定子槽、第15定子槽、第21定子槽和第16定子槽的顺序缠绕，然后抽出。
辅助线圈插入第5定子槽，且按第20定子槽、第5定子槽、第20定子槽、第4定子槽、第21定子槽、第3定子槽、第22定子槽、第8定子槽、第17定子槽、第8定子槽、第17定子槽、第9定子槽、第16定子槽、第10定子槽和第15定子槽的顺序缠绕，然后抽出。
本发明的上述和其他目的、特征、方面和优点，将会结合附图和从本发明下列详细描述变得更加清楚。
附图说明
所包含的附图提供了对本发明的进一步理解，其被并入到本申请中并构成本中请的一部分，所述的附图示出了本发明的实施例并与文字描述一起用于解释本发明的原理。在图中：
图1为依照本发明实施例的自磁化电动机的分解立体图；
图2为依照本发明自磁化电动机的水平截面图；
图3为图2中的主线圈的示意图；
图4为图2中的辅助线圈的示意图；
图5为图2中的主要部分的放大图；
图6为依照本发明自磁化电动机的定子的缠绕结构的平面图；
图7为依照本发明在自磁化电动机的定子上缠绕线圈的方法的展开示意图，其中描述了在定子上缠绕主线圈的方法；以及
图8为依照本发明在自磁化电动机的定子上缠绕线圈的方法的展开示意图，其中描述了在定子上缠绕辅助线圈的方法。
具体实施方式
现将详细描述本发明的优选实施例，其实例由附图示出。
在下文中，依照本发明的自磁化电动机和在定子上缠绕线圈的方法将参照附图作更进一步地详细描述。
图1为依照本发明实施例的自磁化电动机的分解立体图；图2为依照本发明自磁化电动机的水平截面图；图3为图2中的主线圈的示意图；图4为图2中的辅助线圈的示意图；图5为图2中的主要部分的放大图；图6为依照本发明自磁化电动机的定子的缠绕结构的平面图；图7为依照本发明在自磁化电动机的定子上缠绕线圈的方法的展开图，其中描述了在定子上缠绕主线圈的方法；以及图8为依照本发明在自磁化电动机的定子上缠绕线圈的方法的展开图，其中描述了在定子上缠绕辅助线圈的方法。
依照本发明的自磁化电动机100具有这样的结构：励磁器可磁化部分150置于转子160的外圆周表面上，两个励磁器磁极114彼此面对面地置于定子110的内圆周表面上，以选择性地磁化励磁器可磁化部分150，由此，自磁化电动机100由感应电动势(从初始驱动到同步速度前由主线圈120、辅助线圈130和转子160的导电杆161产生)和磁动势(在同步速度时由励磁器磁极114和励磁器可磁化部分150产生)操控。在此，将会描述电动机100，该电动机100例如具有单相、双磁极和24个定子槽111的结构。
如图1至图6所示，自磁化电动机100可以包括：定子110，由多个薄片堆叠在一起形成，并且内圆周表面以恒定间隔设有多个定子槽111和多个励磁器槽112和112’；齿113，分别位于每个定子槽111之间；以及励磁器磁极114和114’，分别位于每个励磁器槽112和112’之间；主线圈120，缠绕在每个定子槽111中；辅助线圈130，其电流相位比主线圈120的电流相位超前90°，并且缠绕在每个定子槽中；励磁器线圈140，缠绕在励磁器槽112和112’中；以及转子160，可旋转地插入定子110的中心部位以被励磁器线圈140磁化，且其外圆周表面置有励磁器可磁化部分150。
每个励磁器磁极114和114’、每个励磁器槽112和112’以及每个励磁器线圈140和140’分别成对构建且以定子110的中心部分为基准对称设置。此时，缠绕在励磁器槽112中的励磁器线圈140和缠绕在励磁器槽112’的励磁器线圈140’以彼此相反的方向缠绕。例如，如果励磁器线圈140沿顺时针方向缠绕在励磁器槽112中，那么励磁器线圈140’沿逆时针方向缠绕在励磁器槽112’中。
励磁器可磁化部分150由能被缠绕在励磁器槽112和112’上的励磁器线圈140和140’中流过的电流选择性地磁化的材料形成，即，由可磁化或可退磁的材料形成。
这里，励磁器可磁化部分150可构建为与转子160分开，以安装在转子160的外圆周表面。此时，励磁器可磁化部分150可优选地形成为筒形结构。
虽然未在图中显示，励磁器可磁化部分150可以以层状置于转子160的外圆周表面。
优选地，定子110的外圆周表面和每个励磁器槽112和112’之间的厚度t1比定子110的外圆周表面和定子槽111之间的厚度t2相对要厚，以便在考虑定子110的磁饱和的同时来补偿因形成励磁器槽112和112’而相应减少的定子110的区域。
优选地，去除多个齿113中的毗邻每个励磁器槽112和112’的每个齿113的部分113a(称为极靴)。
优选地，每个励磁器磁极114和114’的端部形成有渐细部分114a。
主线圈120和辅助线圈130依照独特的缠绕方法缠绕在多个定子槽111中。在此，辅助线圈130重叠缠绕在多个定子槽中的毗邻每个励磁器槽112和112’的每个定子槽111中。
如图6和图7所示，请关注主线圈120的缠绕结构，主线圈120插入第1定子槽内，且按第12定子槽、第2定子槽、第11定子槽、第3定子槽、第10定子槽、第4定子槽、第9定子槽、第24定子槽、第13定子槽、第23定子槽、第14定子槽、第22定子槽、第15定子槽、第21定子槽和第16定子槽的顺序缠绕，然后抽出。
如图6和图8所示，辅助线圈130插入第5定子槽，且按第20定子槽、第5定子槽、第20定子槽、第4定子槽、第21定子槽、第3定子槽、第22定子槽、第8定子槽、第17定子槽、第8定子槽、第17定子槽、第9定子槽、第16定子槽、第10定子槽和第15定子槽的顺序缠绕，然后抽出。因此，辅助线圈130重叠缠绕在第17定子槽、第20定子槽、第5定子槽和第8定子槽中。
在下文中，将会描述一种在依照本发明的自磁化电动机的定子上缠绕线圈的方法。
一种在自磁化电动机的定子上缠绕线圈的方法，其应用于在定子上缠绕有主线圈120和辅助线圈130的单相双磁极24槽型电动机，其中辅助线圈130重叠缠绕在多个定子槽中的毗邻每个励磁器槽的每个定子槽中。
如图6和图7所示，主线圈120插入第1定子槽内，且按第12定子槽、第2定子槽、第11定子槽、第3定子槽、第10定子槽、第4定子槽、第9定子槽、第24定子槽、第13定子槽、第23定子槽、第14定子槽、第22定子槽、第15定子槽、第21定子槽和第16定子槽的顺序缠绕，然后抽出。
如图6和图8所示，辅助线圈130插入第5定子槽，且按第20定子槽、第5定子槽、第20定子槽、第4定子槽、第21定子槽、第3定子槽、第22定子槽、第8定子槽、第17定子槽、第8定子槽、第17定子槽、第9定子槽、第16定子槽、第10定子槽和第15定子槽的顺序缠绕，然后抽出。这里，辅助线圈130重叠缠绕在第17定子槽、第20定子槽、第5定子槽和第8定子槽中。因此，磁动势能够交错地分布，从而能将电动机的振动减到最少，由此有效地避免了由振动所引起的噪声。
在具有这种结构的依照本发明的自磁化电动机100的转子110中，当初始驱动时外部AC电源分别施加到缠绕于定子111上的主线圈120和辅助线圈130时，辅助线圈130的电流相位相较于主线圈120的电流相位超前90°，在定子110中产生了旋转磁场。
此时，感应电流通过定子160的旋转磁场施加到转子160的导电杆161，然后转子160被感应电流驱动开始旋转。在此，在初始驱动之后，转子160一边滑动一边旋转。此时，施加到辅助线圈130的电流由电流切断设备屏蔽掉，从而电流仅仅施加到主线圈120上。
当转子160旋转时，产生了磁滞效应，即置于转子160外圆周表面的励磁器可磁化部分150被定子110旋转磁场低密度地磁化。结果，转子160基于感应电流产生的感应转矩和磁滞效果产生的磁滞转矩旋转。
当转子160旋转且其旋转速度达到2520rpm到2880rpm即同步速度的70％～80％时，一旦施加AC电源到励磁器线圈140和140′，由励磁器线圈140和140′产生的磁通量传递给励磁器可磁化部分150，致使励磁器可磁化部分150被高密度地磁化。
除去多个齿113中的毗邻每个励磁器槽112和112′的齿113的端部的极靴113a，且在每个励磁器磁极114和114′的端部形成渐细部分114a。因此，励磁器线圈140和140′产生的磁通量没有泄漏，从而有效地改善了励磁器可磁化部分150的磁化效率。
而且，励磁器可磁化部分150由两个励磁器磁极114和114′磁化，从而获得了较高的磁化率。
如上所述，当励磁器可磁化部分150被高密度地磁化时，转子160以旋转磁场的同步速度旋转，而不会滑动。同时，感应电流不施加到导电杆161。
此外，依照特别的缠绕方法将主线圈120和辅助线圈130缠绕在多个定子槽中。这里，辅助线圈130重叠缠绕在多个定子槽的毗邻每个励磁器槽112和112′的每个定子槽111中。相应地，磁动势交错地分布，从而将电动机的振动减到最少，有效地避免了由振动所引起的噪声。
如上所述，在本发明中，自磁化电动机由感应电势和磁动势操控，该感应电势由主线圈、辅助线圈和转子的导电杆从其初始驱动到同步速度前产生的，该磁动势由励磁器磁极和励磁器可磁化部分在同步速度时产生的。而且，两个励磁器磁极彼此面对面配置，以此增加励磁器可磁化部分的磁化率。因此，转子能很容易地以磁场的同步速度旋转而不滑动，从而有效地避免由振动所引起的噪声。
由于本发明可以不脱离其精神或必要特征的各种形式具体实现，应该理解，除非特别说明，上述的实施例不受任何前述描述限制，而是应在所附加的权利要求书所限定的精神和范围内广泛地解释，因此，落入本发明的边界或等同边界而完成的所有修改和变型均包含在所附的权利要求书的范围中。

Claims (7)

1.一种自磁化电动机，其中所述自磁化电动机构造为单相双磁极24槽型电动机，包括：
定子，内圆周表面以恒定间隔设置多个定子槽和多个励磁器槽，各定子槽之间分别设有齿，以及各励磁器槽之间分别设有励磁器磁极；
主线圈，缠绕在预定的定子槽中；
辅助线圈，电流相位比主线圈的电流相位超前90°，并且缠绕于预定的定子槽中；
励磁器线圈，缠绕于每个励磁器槽中；以及
转子，可旋转地插入所述定子的中心部分中，且外圆周表面置有将被所述励磁器线圈磁化的励磁器可磁化部分，
其中所述励磁器磁极是以所述定子的中心部分为基准对称设置并且是成对构建的，
其中缠绕在成对构建且以所述定子的中心部分为基准对称设置的所述励磁器槽中的所述励磁器线圈是以彼此相反的方向缠绕的，
并且其中：
所述主线圈插入第1定子槽内，且按第12定子槽、第2定子槽、第11定子槽、第3定子槽、第10定子槽、第4定子槽、第9定子槽、第24定子槽、第13定子槽、第23定子槽、第14定子槽、第22定子槽、第15定子槽、第21定子槽和第16定子槽的顺序缠绕，然后抽出；以及
所述辅助线圈插入第5定子槽，且按第20定子槽、第5定子槽、第20定子槽、第4定子槽、第21定子槽、第3定子槽、第22定子槽、第8定子槽、第17定子槽、第8定子槽、第17定子槽、第9定子槽、第16定子槽、第10定子槽和第15定子槽的顺序缠绕，然后抽出；这里，所述辅助线圈重叠缠绕在第17定子槽、第20定子槽、第5定子槽和第8定子槽中，然后抽出。
2.根据权利要求1所述的自磁化电动机，其中励磁器可磁化部分具有筒形结构。
3.根据权利要求1所述的自磁化电动机，其中辅助线圈重叠缠绕于多个定子槽中的最靠近每个励磁器槽的每个定子糟中。
4.根据权利要求1所述的自磁化电动机，其中定子由多个薄片堆叠在一起形成。
5.根据权利要求1所述的自磁化电动机，其中，定子的外圆周表面和励磁器槽之间的厚度比定子的外圆周表面和定子槽之间的厚度厚。
6.根据权利要求1所述的自磁化电动机，其中多个齿中的毗邻每个励磁器槽的每个齿的端部的部分被去除。
7.根据权利要求1所述的自磁化电动机，其中在励磁器磁极的端部形成有渐细部分。
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