導磁電磁線及其構成的低齒槽轉矩和轉矩脈動的無槽電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電磁線和無槽電機，特別是關于一種可導磁的電磁線以及采用該導磁電磁線構成的低齒槽轉矩和低轉矩脈動的無槽電機。
【背景技術】
[0002]現代社會已無法離開電機，電機的應用遍及交通運輸、工農業生產、信息處理，以及日常生活的各個領域。電機的種類繁多，結構也各有不同，有異步電機、永磁電機、電勵磁電機等。一些精密的應用場合，對電機的轉矩平滑性具有很高的要求，對電機的振動、噪聲也有較高要求。普通電機鐵芯開槽，繞組布置在槽內，開槽使電機氣隙磁導發生變化，在永磁電機中導致即使空載都存在的齒槽轉矩，造成轉矩波動，對高精度伺服系統帶來困難。齒槽轉矩的消除和降低是當前電機設計與控制中的熱點和難點，有大量文獻和研究涉及該領域。
[0003]無槽電機由于定子鐵芯不開槽，直接消除了產生齒槽轉矩的根源，是高精度伺服控制的重要手段，已有相關生產應用。無槽電機除了具有消除齒槽轉矩的作用，還具有消除開槽引起徑向電磁激振力的作用，消除了電機槽頻的徑向電磁激振力，對于減振也非常有利。但是現有的無槽電機都是在微電機、小型伺服電機中使用，究其原因，在于采用無槽繞組后，電機的等效氣隙增大，電機的氣隙磁密降低，磁負荷降低直接使電機轉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，會增加永磁電機的永磁材料使用量，大幅提高電機的造價；對于異步電機，大幅提高勵磁電流，導致異步電機功率因數大幅下降，實際上無槽異步電機實際使用性能差。由此可見，到目前為止，無槽電機的使用還是受到限制和制約。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明的目的是提供一種導磁電磁線及其構成的低齒槽轉矩和轉矩脈動的無槽電機，將導磁電磁線用于無槽電機，可減小無槽電機的等效氣隙，減小無槽永磁電機的永磁體用量，減小無槽異步電機的勵磁電流，降低造價，提高性能。
[0005]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:一種導磁電磁線，其特征在于:它包括第一絕緣層、導電層和導磁層；所述第一絕緣層截面為環型結構；所述導電層采用銅質材料制成，位于所述第一絕緣層內，所述導電層截面也采用環形結構；所述導磁層位于所述導電層內，采用柱狀結構；所述第一絕緣層的厚度根據絕緣材料和工作電壓決定，且所述導電層的厚度和所述導磁層的直徑根據需要設置。
[0006]所述導電層采用圓形環狀結構、矩形環狀結構或不規則環狀結構；所述導磁層形狀與所述導電層形狀匹配設置，采用圓柱狀、矩形柱狀或不規則形柱狀結構。
[0007]另一種導磁電磁線，其特征在于:它包括第一絕緣層、導電層、導磁層和第二絕緣層；所述導電層和導磁層均采用矩形結構，所述導電層外部包裹有所述第一絕緣層后，與所述導磁層橫向并列設置；包裹有所述第一絕緣層的導電層和導磁層外部還包裹有所述第二絕緣層，形成一電磁線單元。
[0008]所述導磁電磁線為扁線結構，其由多個所述電磁線單元和所述第二絕緣層構成，各所述電磁線單元沿橫向并列設置后，在所有所述電磁線單元外部包裹有所述第二絕緣層；所述導電層與所述導磁層交錯設置。
[0009]所述導磁電磁線為線棒結構，其由多個所述扁線結構的導磁電磁線和第三絕緣層構成，各所述扁線結構的導磁電磁線沿縱向疊放，且所述導磁層在垂直方向對齊，所有所述扁線結構的導磁電磁線外包裹有所述第三絕緣層。
[0010]所述導磁層和導電層都采用多根或多股極細的導磁絲、導電絲進行編織制成。
[0011]—種由所述導磁電磁線構成的低齒槽轉矩和轉矩脈動的無槽電機，其包括定子機座、定子鐵芯、定子繞組、永磁體、轉子鐵芯、轉子軸和軸承；在所述定子機座內固定設置有所述定子鐵芯，所述定子鐵芯內圓布置有所述定子繞組；所述轉子軸通過所述軸承固定設置在所述定子機座內，所述轉子鐵芯固定設置在所述轉子軸上，所述轉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、第一端部導線和第二端部導線構成；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線連接，另一端通過所述第二端部導線連接；所述第一線圈邊和第二線圈邊均采用導磁電磁線。
[0012]所述第一端部導線和第二端部導線采用導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磁電磁線的導磁層采用分段式結構，在整個導磁電磁線長度方向上每段所述導磁層都不連通。
[0014]本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點:1、本發明的導磁電磁線由絕緣層、導電層和導磁層構成，絕緣層在最外層，導電層在絕緣層內、導磁層外。由于導磁電磁線中包括了導磁層，為垂直于導線導電方向的磁通提供了通路，具有減小磁路磁阻的作用。2、本發明由于采用導磁電磁線構成無槽永磁電機，使無槽電機繞組的等效氣隙減小，同樣勵磁磁動勢時可產生更大的磁場，同樣氣隙時可減小永磁體用量或勵磁電流，降低電機成本或改善電機性能。3、本發明采用無槽繞組，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，消除了永磁電機的齒槽轉矩，減小了電機轉矩波動，提高了電機轉矩平滑性。
[0015]基于以上優點，本發明可以廣泛應用于家用電器、醫療儀器、工業生產、制造業和民用領域的電機系統、航空航天電機電器設備領域、艦船輔助機械和艦船推進等系統領域以及可移動電氣系統領域，特別是對電機轉矩波動限制嚴格的高精度伺服電機中，對系統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的橫截面示意圖，是圖2的A-A切面圖，該圖也是本發明的無槽永磁電機的橫截面示意圖；
[0017]圖2是已有的無槽永磁電機的軸向截面示意圖，是圖1的B-B切面圖；
[0018]圖3是本發明導磁電磁線的橫截面示意圖；
[0019]圖4是本發明導磁電磁線的水平截面圖，是圖3的C-C切面圖；
[0020]圖5是本發明導磁電磁線構成的一個一匝的線圈水平截面圖；
[0021]圖6是本發明導磁部分采用分段結構的電磁線構成的一個一匝的線圈水平截面圖；
[0022]圖7是本發明的單根矩形導磁電磁線的橫截面示意圖；
[0023]圖8是本發明的多根矩形導磁電磁線的橫截面示意圖；
[0024]圖9是本發明的多層多根矩形導磁電磁線構成線棒的橫截面示意圖。
【具體實施方式】
[0025]如圖1、圖2所示，現有無槽永磁電機包括定子機座1、定子鐵芯2、定子繞組3、永磁體7、轉子鐵芯6、轉子軸4和軸承5 ;其中，定子機座I可采用常規電機的安裝方式固定；定子鐵芯2是電機磁路的一部分；定子繞組3為銅繞組，一般為三相繞組。在定子機座I內固定設置有定子鐵芯2，定子鐵芯2內圓布置有定子繞組3。轉子軸4通過軸承5固定設置在定子機座I內，轉子鐵芯6固定設置在轉子軸4上，轉子鐵芯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，轉子軸4能夠帶動轉子鐵芯6和永磁體7繞軸心旋轉。
[0026]電機內部永磁體7產生的磁場由永磁體7的N極出發，經過定子與轉子之間的氣隙、定子繞組3，再沿圓周方向經過定子鐵芯2，再經過定子繞組3、定轉子之間的氣隙，最后回到轉子永磁體7的S極。由于定子繞組3為銅繞組，銅的磁導率與空氣相同，磁導率很低，而且銅繞組一般較厚，所以采用無槽繞組的電機，永磁體7產生的磁通遇到的磁阻大，相同磁動勢產生的磁通較小。為了提高電機的磁通，需要用更多的永磁體7，增加了電機永磁體的用量，使電機造價提尚。
[0027]本發明提出一種導磁電磁線，替代現有的僅導電的銅電磁線。下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0028]實施例一:如圖3、圖4所示，導磁電磁線包括由外到內依次設置的第一絕緣層8、導電層9和導磁層10。第一絕緣層8截面與普通導線中的絕緣層截面類似均為環型結構；導電層9采用銅質材料制成，位于第一絕緣層8內，導電層9截面也采用環形結構，具有一定的截面積通過電流；導磁層10位于導電層9內，采用柱狀結構，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用電壓等級的不同進行選擇。當導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