導(dǎo)磁電磁線及其構(gòu)成的低齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動的無槽電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電磁線和無槽電機(jī)，特別是關(guān)于一種可導(dǎo)磁的電磁線以及采用該導(dǎo)磁電磁線構(gòu)成的低齒槽轉(zhuǎn)矩和低轉(zhuǎn)矩脈動的無槽電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代社會已無法離開電機(jī)，電機(jī)的應(yīng)用遍及交通運(yùn)輸、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、信息處理，以及日常生活的各個領(lǐng)域。電機(jī)的種類繁多，結(jié)構(gòu)也各有不同，有異步電機(jī)、永磁電機(jī)、電勵磁電機(jī)等。一些精密的應(yīng)用場合，對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平滑性具有很高的要求，對電機(jī)的振動、噪聲也有較高要求。普通電機(jī)鐵芯開槽，繞組布置在槽內(nèi)，開槽使電機(jī)氣隙磁導(dǎo)發(fā)生變化，在永磁電機(jī)中導(dǎo)致即使空載都存在的齒槽轉(zhuǎn)矩，造成轉(zhuǎn)矩波動，對高精度伺服系統(tǒng)帶來困難。齒槽轉(zhuǎn)矩的消除和降低是當(dāng)前電機(jī)設(shè)計與控制中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，有大量文獻(xiàn)和研究涉及該領(lǐng)域。
[0003]無槽電機(jī)由于定子鐵芯不開槽，直接消除了產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩的根源，是高精度伺服控制的重要手段，已有相關(guān)生產(chǎn)應(yīng)用。無槽電機(jī)除了具有消除齒槽轉(zhuǎn)矩的作用，還具有消除開槽引起徑向電磁激振力的作用，消除了電機(jī)槽頻的徑向電磁激振力，對于減振也非常有利。但是現(xiàn)有的無槽電機(jī)都是在微電機(jī)、小型伺服電機(jī)中使用，究其原因，在于采用無槽繞組后，電機(jī)的等效氣隙增大，電機(jī)的氣隙磁密降低，磁負(fù)荷降低直接使電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度和功率密度下降；另外，為了保持氣隙磁密，就必然需要增大勵磁磁動勢，對于永磁電機(jī)，會增加永磁電機(jī)的永磁材料使用量，大幅提高電機(jī)的造價；對于異步電機(jī)，大幅提高勵磁電流，導(dǎo)致異步電機(jī)功率因數(shù)大幅下降，實(shí)際上無槽異步電機(jī)實(shí)際使用性能差。由此可見，到目前為止，無槽電機(jī)的使用還是受到限制和制約。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)磁電磁線及其構(gòu)成的低齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動的無槽電機(jī)，將導(dǎo)磁電磁線用于無槽電機(jī)，可減小無槽電機(jī)的等效氣隙，減小無槽永磁電機(jī)的永磁體用量，減小無槽異步電機(jī)的勵磁電流，降低造價，提高性能。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種導(dǎo)磁電磁線，其特征在于:它包括第一絕緣層、導(dǎo)電層和導(dǎo)磁層；所述第一絕緣層截面為環(huán)型結(jié)構(gòu)；所述導(dǎo)電層采用銅質(zhì)材料制成，位于所述第一絕緣層內(nèi)，所述導(dǎo)電層截面也采用環(huán)形結(jié)構(gòu)；所述導(dǎo)磁層位于所述導(dǎo)電層內(nèi)，采用柱狀結(jié)構(gòu)；所述第一絕緣層的厚度根據(jù)絕緣材料和工作電壓決定，且所述導(dǎo)電層的厚度和所述導(dǎo)磁層的直徑根據(jù)需要設(shè)置。
[0006]所述導(dǎo)電層采用圓形環(huán)狀結(jié)構(gòu)、矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)或不規(guī)則環(huán)狀結(jié)構(gòu)；所述導(dǎo)磁層形狀與所述導(dǎo)電層形狀匹配設(shè)置，采用圓柱狀、矩形柱狀或不規(guī)則形柱狀結(jié)構(gòu)。
[0007]另一種導(dǎo)磁電磁線，其特征在于:它包括第一絕緣層、導(dǎo)電層、導(dǎo)磁層和第二絕緣層；所述導(dǎo)電層和導(dǎo)磁層均采用矩形結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電層外部包裹有所述第一絕緣層后，與所述導(dǎo)磁層橫向并列設(shè)置；包裹有所述第一絕緣層的導(dǎo)電層和導(dǎo)磁層外部還包裹有所述第二絕緣層，形成一電磁線單元。
[0008]所述導(dǎo)磁電磁線為扁線結(jié)構(gòu)，其由多個所述電磁線單元和所述第二絕緣層構(gòu)成，各所述電磁線單元沿橫向并列設(shè)置后，在所有所述電磁線單元外部包裹有所述第二絕緣層；所述導(dǎo)電層與所述導(dǎo)磁層交錯設(shè)置。
[0009]所述導(dǎo)磁電磁線為線棒結(jié)構(gòu)，其由多個所述扁線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁電磁線和第三絕緣層構(gòu)成，各所述扁線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁電磁線沿縱向疊放，且所述導(dǎo)磁層在垂直方向?qū)R，所有所述扁線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁電磁線外包裹有所述第三絕緣層。
[0010]所述導(dǎo)磁層和導(dǎo)電層都采用多根或多股極細(xì)的導(dǎo)磁絲、導(dǎo)電絲進(jìn)行編織制成。
[0011]—種由所述導(dǎo)磁電磁線構(gòu)成的低齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動的無槽電機(jī)，其包括定子機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組、永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子軸和軸承；在所述定子機(jī)座內(nèi)固定設(shè)置有所述定子鐵芯，所述定子鐵芯內(nèi)圓布置有所述定子繞組；所述轉(zhuǎn)子軸通過所述軸承固定設(shè)置在所述定子機(jī)座內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子鐵芯固定設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子軸上，所述轉(zhuǎn)子鐵芯上布置有所述永磁體；其特征在于:所述定子繞組采用導(dǎo)磁電磁線制成，其每匝線圈均由第一線圈邊、第二線圈邊、第一端部導(dǎo)線和第二端部導(dǎo)線構(gòu)成；所述第一線圈邊與所述第二線圈邊的一端通過所述第一端部導(dǎo)線連接，另一端通過所述第二端部導(dǎo)線連接；所述第一線圈邊和第二線圈邊均采用導(dǎo)磁電磁線。
[0012]所述第一端部導(dǎo)線和第二端部導(dǎo)線采用導(dǎo)磁電磁線或普通電磁線。
[0013]所述第一線圈邊和第二線圈邊中導(dǎo)磁電磁線的導(dǎo)磁層采用分段式結(jié)構(gòu)，在整個導(dǎo)磁電磁線長度方向上每段所述導(dǎo)磁層都不連通。
[0014]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明的導(dǎo)磁電磁線由絕緣層、導(dǎo)電層和導(dǎo)磁層構(gòu)成，絕緣層在最外層，導(dǎo)電層在絕緣層內(nèi)、導(dǎo)磁層外。由于導(dǎo)磁電磁線中包括了導(dǎo)磁層，為垂直于導(dǎo)線導(dǎo)電方向的磁通提供了通路，具有減小磁路磁阻的作用。2、本發(fā)明由于采用導(dǎo)磁電磁線構(gòu)成無槽永磁電機(jī)，使無槽電機(jī)繞組的等效氣隙減小，同樣勵磁磁動勢時可產(chǎn)生更大的磁場，同樣氣隙時可減小永磁體用量或勵磁電流，降低電機(jī)成本或改善電機(jī)性能。3、本發(fā)明采用無槽繞組，定子鐵芯不開槽，徹底消除定子受到的槽頻徑向電磁激振力，消除了永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，減小了電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動，提高了電機(jī)轉(zhuǎn)矩平滑性。
[0015]基于以上優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于家用電器、醫(yī)療儀器、工業(yè)生產(chǎn)、制造業(yè)和民用領(lǐng)域的電機(jī)系統(tǒng)、航空航天電機(jī)電器設(shè)備領(lǐng)域、艦船輔助機(jī)械和艦船推進(jìn)等系統(tǒng)領(lǐng)域以及可移動電氣系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是對電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動限制嚴(yán)格的高精度伺服電機(jī)中，對系統(tǒng)的減振降噪也具有重要意義。
【附圖說明】
[0016]圖1是已有的無槽永磁電機(jī)的橫截面示意圖，是圖2的A-A切面圖，該圖也是本發(fā)明的無槽永磁電機(jī)的橫截面示意圖；
[0017]圖2是已有的無槽永磁電機(jī)的軸向截面示意圖，是圖1的B-B切面圖；
[0018]圖3是本發(fā)明導(dǎo)磁電磁線的橫截面示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明導(dǎo)磁電磁線的水平截面圖，是圖3的C-C切面圖；
[0020]圖5是本發(fā)明導(dǎo)磁電磁線構(gòu)成的一個一匝的線圈水平截面圖；
[0021]圖6是本發(fā)明導(dǎo)磁部分采用分段結(jié)構(gòu)的電磁線構(gòu)成的一個一匝的線圈水平截面圖；
[0022]圖7是本發(fā)明的單根矩形導(dǎo)磁電磁線的橫截面示意圖；
[0023]圖8是本發(fā)明的多根矩形導(dǎo)磁電磁線的橫截面示意圖；
[0024]圖9是本發(fā)明的多層多根矩形導(dǎo)磁電磁線構(gòu)成線棒的橫截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1、圖2所示，現(xiàn)有無槽永磁電機(jī)包括定子機(jī)座1、定子鐵芯2、定子繞組3、永磁體7、轉(zhuǎn)子鐵芯6、轉(zhuǎn)子軸4和軸承5 ;其中，定子機(jī)座I可采用常規(guī)電機(jī)的安裝方式固定；定子鐵芯2是電機(jī)磁路的一部分；定子繞組3為銅繞組，一般為三相繞組。在定子機(jī)座I內(nèi)固定設(shè)置有定子鐵芯2，定子鐵芯2內(nèi)圓布置有定子繞組3。轉(zhuǎn)子軸4通過軸承5固定設(shè)置在定子機(jī)座I內(nèi)，轉(zhuǎn)子鐵芯6固定設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸4上，轉(zhuǎn)子鐵芯6上布置有永磁體7，永磁體7充磁方向為徑向，永磁體7的極性沿圓周向交替布置，轉(zhuǎn)子軸4能夠帶動轉(zhuǎn)子鐵芯6和永磁體7繞軸心旋轉(zhuǎn)。
[0026]電機(jī)內(nèi)部永磁體7產(chǎn)生的磁場由永磁體7的N極出發(fā)，經(jīng)過定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙、定子繞組3，再沿圓周方向經(jīng)過定子鐵芯2，再經(jīng)過定子繞組3、定轉(zhuǎn)子之間的氣隙，最后回到轉(zhuǎn)子永磁體7的S極。由于定子繞組3為銅繞組，銅的磁導(dǎo)率與空氣相同，磁導(dǎo)率很低，而且銅繞組一般較厚，所以采用無槽繞組的電機(jī)，永磁體7產(chǎn)生的磁通遇到的磁阻大，相同磁動勢產(chǎn)生的磁通較小。為了提高電機(jī)的磁通，需要用更多的永磁體7，增加了電機(jī)永磁體的用量，使電機(jī)造價提尚。
[0027]本發(fā)明提出一種導(dǎo)磁電磁線，替代現(xiàn)有的僅導(dǎo)電的銅電磁線。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0028]實(shí)施例一:如圖3、圖4所示，導(dǎo)磁電磁線包括由外到內(nèi)依次設(shè)置的第一絕緣層8、導(dǎo)電層9和導(dǎo)磁層10。第一絕緣層8截面與普通導(dǎo)線中的絕緣層截面類似均為環(huán)型結(jié)構(gòu)；導(dǎo)電層9采用銅質(zhì)材料制成，位于第一絕緣層8內(nèi)，導(dǎo)電層9截面也采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，具有一定的截面積通過電流；導(dǎo)磁層10位于導(dǎo)電層9內(nèi)，采用柱狀結(jié)構(gòu)，具有一定的面積用于通過磁通。第一絕緣層8的厚度由絕緣材料的性能和和應(yīng)用電壓等級的不同進(jìn)行選擇。當(dāng)導(dǎo)磁電磁線中通過的電流時，電流方向垂直于紙面(如圖3所示，在圖4中為上下方向)，導(dǎo)磁電磁線中的磁場方向為上下方向，如磁力線11所示，磁力線11由上穿過第一