导磁电磁线及其构成的低齿槽转矩和转矩脉动的无槽电机制造技术

本发明专利技术涉及一种导磁电磁线及其构成的低齿槽转矩和转矩脉动的无槽电机，导磁电磁线包括第一绝缘层、导电层和导磁层；第一绝缘层截面为环型结构；导电层采用铜质材料制成，位于第一绝缘层内，导电层截面也采用环形结构；导磁层位于导电层内，采用柱状结构；第一绝缘层的厚度根据绝缘材料和工作电压决定，导电层的厚度和导磁层的直径根据需要设置。无槽电机的定子绕组采用导磁电磁线制成，其每匝线圈均由第一线圈边、第二线圈边、第一端部导线和第二端部导线构成；第一线圈边与第二线圈边的一端通过第一端部导线连接，另一端通过第二端部导线连接；第一线圈边和第二线圈边均采用导磁电磁线。本发明专利技术能减小无槽永磁电机的永磁体用量和无槽异步电机的励磁电流，降低造价，提高性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电磁线和无槽电机，特别是关于一种可导磁的电磁线以及采用该导磁电磁线构成的低齿槽转矩和低转矩脉动的无槽电机。
技术介绍
现代社会已无法离开电机，电机的应用遍及交通运输、工农业生产、信息处理，以及日常生活的各个领域。电机的种类繁多，结构也各有不同，有异步电机、永磁电机、电励磁电机等。一些精密的应用场合，对电机的转矩平滑性具有很高的要求，对电机的振动、噪声也有较高要求。普通电机铁芯开槽，绕组布置在槽内，开槽使电机气隙磁导发生变化，在永磁电机中导致即使空载都存在的齿槽转矩，造成转矩波动，对高精度伺服系统带来困难。齿槽转矩的消除和降低是当前电机设计与控制中的热点和难点，有大量文献和研究涉及该领域。无槽电机由于定子铁芯不开槽，直接消除了产生齿槽转矩的根源，是高精度伺服控制的重要手段，已有相关生产应用。无槽电机除了具有消除齿槽转矩的作用，还具有消除开槽引起径向电磁激振力的作用，消除了电机槽频的径向电磁激振力，对于减振也非常有利。但是现有的无槽电机都是在微电机、小型伺服电机中使用，究其原因，在于采用无槽绕组后，电机的等效气隙增大，电机的气隙磁密降低，磁负荷降低直接使电机转矩密度和功率密度下降；另外，为了保持气隙磁密，就必然需要增大励磁磁动势，对于永磁电机，会增加永磁电机的永磁材料使用量，大幅提高电机的造价；对于异步电机，大幅提高励磁电流，导致异步电机功率因数大幅下降，实际上无槽异步电机实际使用性能差。由此可见，到目前为止，无槽电机的使用还是受到限制和制约。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种导磁电磁线及其构成的低齿槽转矩和转矩脉动的无槽电机，将导磁电磁线用于无槽电机，可减小无槽电机的等效气隙，减小无槽永磁电机的永磁体用量，减小无槽异步电机的励磁电流，降低造价，提高性能。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:一种导磁电磁线，其特征在于:它包括第一绝缘层、导电层和导磁层；所述第一绝缘层截面为环型结构；所述导电层采用铜质材料制成，位于所述第一绝缘层内，所述导电层截面也采用环形结构；所述导磁层位于所述导电层内，采用柱状结构；所述第一绝缘层的厚度根据绝缘材料和工作电压决定，且所述导电层的厚度和所述导磁层的直径根据需要设置。所述导电层采用圆形环状结构、矩形环状结构或不规则环状结构；所述导磁层形状与所述导电层形状匹配设置，采用圆柱状、矩形柱状或不规则形柱状结构。另一种导磁电磁线，其特征在于:它包括第一绝缘层、导电层、导磁层和第二绝缘层；所述导电层和导磁层均采用矩形结构，所述导电层外部包裹有所述第一绝缘层后，与所述导磁层横向并列设置；包裹有所述第一绝缘层的导电层和导磁层外部还包裹有所述第二绝缘层，形成一电磁线单元。所述导磁电磁线为扁线结构，其由多个所述电磁线单元和所述第二绝缘层构成，各所述电磁线单元沿横向并列设置后，在所有所述电磁线单元外部包裹有所述第二绝缘层；所述导电层与所述导磁层交错设置。所述导磁电磁线为线棒结构，其由多个所述扁线结构的导磁电磁线和第三绝缘层构成，各所述扁线结构的导磁电磁线沿纵向叠放，且所述导磁层在垂直方向对齐，所有所述扁线结构的导磁电磁线外包裹有所述第三绝缘层。所述导磁层和导电层都采用多根或多股极细的导磁丝、导电丝进行编织制成。—种由所述导磁电磁线构成的低齿槽转矩和转矩脉动的无槽电机，其包括定子机座、定子铁芯、定子绕组、永磁体、转子铁芯、转子轴和轴承；在所述定子机座内固定设置有所述定子铁芯，所述定子铁芯内圆布置有所述定子绕组；所述转子轴通过所述轴承固定设置在所述定子机座内，所述转子铁芯固定设置在所述转子轴上，所述转子铁芯上布置有所述永磁体；其特征在于:所述定子绕组采用导磁电磁线制成，其每匝线圈均由第一线圈边、第二线圈边、第一端部导线和第二端部导线构成；所述第一线圈边与所述第二线圈边的一端通过所述第一端部导线连接，另一端通过所述第二端部导线连接；所述第一线圈边和第二线圈边均采用导磁电磁线。所述第一端部导线和第二端部导线采用导磁电磁线或普通电磁线。所述第一线圈边和第二线圈边中导磁电磁线的导磁层采用分段式结构，在整个导磁电磁线长度方向上每段所述导磁层都不连通。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本专利技术的导磁电磁线由绝缘层、导电层和导磁层构成，绝缘层在最外层，导电层在绝缘层内、导磁层外。由于导磁电磁线中包括了导磁层，为垂直于导线导电方向的磁通提供了通路，具有减小磁路磁阻的作用。2、本专利技术由于采用导磁电磁线构成无槽永磁电机，使无槽电机绕组的等效气隙减小，同样励磁磁动势时可产生更大的磁场，同样气隙时可减小永磁体用量或励磁电流，降低电机成本或改善电机性能。3、本专利技术采用无槽绕组，定子铁芯不开槽，彻底消除定子受到的槽频径向电磁激振力，消除了永磁电机的齿槽转矩，减小了电机转矩波动，提高了电机转矩平滑性。基于以上优点，本专利技术可以广泛应用于家用电器、医疗仪器、工业生产、制造业和民用领域的电机系统、航空航天电机电器设备领域、舰船辅助机械和舰船推进等系统领域以及可移动电气系统领域，特别是对电机转矩波动限制严格的高精度伺服电机中，对系统的减振降噪也具有重要意义。【附图说明】图1是已有的无槽永磁电机的横截面示意图，是图2的A-A切面图，该图也是本专利技术的无槽永磁电机的横截面示意图；图2是已有的无槽永磁电机的轴向截面示意图，是图1的B-B切面图；图3是本专利技术导磁电磁线的横截面示意图；图4是本专利技术导磁电磁线的水平截面图，是图3的C-C切面图；图5是本专利技术导磁电磁线构成的一个一匝的线圈水平截面图；图6是本专利技术导磁部分采用分段结构的电磁线构成的一个一匝的线圈水平截面图；图7是本专利技术的单根矩形导磁电磁线的横截面示意图；图8是本专利技术的多根矩形导磁电磁线的横截面示意图；图9是本专利技术的多层多根矩形导磁电磁线构成线棒的横截面示意图。【具体实施方式】如图1、图2所示，现有无槽永磁电机包括定子机座1、定子铁芯2、定子绕组3、永磁体7、转子铁芯6、转子轴4和轴承5 ;其中，定子机座I可采用常规电机的安装方式固定；定子铁芯2是电机磁路的一部分；定子绕组3为铜绕组，一般为三相绕组。在定子机座I内固定设置有定子铁芯2，定子铁芯2内圆布置有定子绕组3。转子轴4通过轴承5固定设置在定子机座I内，转子铁芯6固定设置在转子轴4上，转子铁芯6上布置有永磁体7，永磁体7充磁方向为径向，永磁体7的极性沿圆周向交替布置，转子轴4能够带动转子铁芯6和永磁体7绕轴心旋转。电机内部永磁体7产生的磁场由永磁体7的N极出发，经过定子与转子之间的气隙、定子绕组3，再沿圆周方向经过定子铁芯2，再经过定子绕组3、定转子之间的气隙，最后回到转子永磁体7的S极。由于定子绕组3为铜绕组，铜的磁导率与空气相同，磁导率很低，而且铜绕组一般较厚，所以采用无槽绕组的电机，永磁体7产生的磁通遇到的磁阻大，相同磁动势产生的磁通较小。为了提高电机的磁通，需要用更多的永磁体7，增加了电机永磁体的用量，使电机造价提尚。本专利技术提出一种导磁电磁线，替代现有的仅导电的铜电磁线。下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。实施例一:如图3、图4所示，导磁电磁线包括由外到内依次设置的第一绝缘层8、导电层9和导磁层10。第一绝缘层8截面与普通导线中的绝缘层截面类似均为环型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导磁电磁线，其特征在于：它包括第一绝缘层、导电层和导磁层；所述第一绝缘层截面为环型结构；所述导电层采用铜质材料制成，位于所述第一绝缘层内，所述导电层截面也采用环形结构；所述导磁层位于所述导电层内，采用柱状结构；所述第一绝缘层的厚度根据绝缘材料和工作电压决定，且所述导电层的厚度和所述导磁层的直径根据需要设置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王善铭，柴建云，孙旭东，王祥珩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11