專利名稱：一種圓筒型異步直線電機初級繞組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種異步直線電機初級繞組。
背景技術：
直線電機可以不經(jīng)過旋轉電機所需要的機械傳動轉換機構即可實現(xiàn)部件的直線運動。從電機初級(定子)的結構上分，直線電機分平板型和圓筒型，前者初級為平面繞組，后者為同軸螺線管線圈。初級的作用就是在空間上產(chǎn)生沿初級繞組排列方向上運動的行波磁場。從運行原理上來分，直線電機分同步和異步式，前者的次極(也叫動子)的運動速度與行波磁場的速度相同，而后者動子的速度不同于磁場行波的速度，存在所謂的滑差。 同步和異步直線電機的初級繞組結構是相同的。傳統(tǒng)圓筒型異步電機初級繞組多分為三相，按相序同軸重復排列，然后按設計行波波長的不同進行同相線圈間的接線，由于線圈的非連續(xù)性，傳統(tǒng)圓筒型直線產(chǎn)生的行波磁場空間連續(xù)性并不是很好，當動子在初級繞組中運動時，會因端部效應產(chǎn)生阻力，從而降低系統(tǒng)的推進力和推進效率。另外由于同相線圈間是間隔的，在制作過程中需要串聯(lián)起來，就要做多個引線接頭，提高了整體電阻和工藝復雜程度，同時降低了機械和電磁絕緣的強度。如圖1所示，傳統(tǒng)的圓筒型直線異步電機的三相繞組1為一系列單獨繞制的線圈， 然后ABC三相依次同軸排列，同相線圈間通過引線2串聯(lián)或并聯(lián)，與相應的三相電源輸出端連接通電后，在繞組內(nèi)的圓柱空間內(nèi)沿ABC排列方向形成磁場行波，推動繞組內(nèi)的圓筒形金屬導體動子運動(圖中未繪出)。每兩個相鄰同相線圈之間的距離稱為節(jié)距P，當電源的頻率為f時，則行波的速度ν = fp?？梢钥闯?，傳統(tǒng)的線圈繞制方式每個線圈都會有兩個引線，需要大量的接線工作，增加了接頭電阻，而且由于線圈在空間上的不連續(xù)特性，產(chǎn)生的行波磁場也是不連續(xù)的，動子在運動過程中存在端部效應而產(chǎn)生功率上的損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的缺點，提出一種新型的圓筒型異步直線電機初級繞組。本發(fā)明為一種螺旋線繞組，可以往復多層連續(xù)繞制，不存在同相線圈間的接頭，也就沒有接頭電阻，降低整體電阻率，同時大大降低了加工制造的復雜度和成本，且有更好的機械和電絕緣強度。本發(fā)明產(chǎn)生的行波磁場連續(xù)且穩(wěn)定，部分消除了動子運行過程中的端部效應，提高了推進力和系統(tǒng)運行效率。初級繞組在直線推進的同時可以對動子產(chǎn)生起旋力矩，如果動子在圓周方向為自由的，則會使動子產(chǎn)生高速自旋，具備陀螺效應，在前進方向上姿態(tài)穩(wěn)定。本發(fā)明方法的具體形式如下與傳統(tǒng)的圓筒型直線電機的初級繞制方式不同，本發(fā)明不是將初級繞組繞制成一個一個單獨的線圈，然后按不同相順序同軸排列連接，而是三相導線在圓周方向等角度(120° )間隔，以等徑螺旋線的形式連續(xù)纏繞，導線到達繞組的另一個端部后可以換位180°后，同上一層導線旋轉方向相同繞回，如此類推實現(xiàn)多匝多層導線繞制。所用導線可以是扁線也可以是圓線，導線表面有絕緣層。另外，繞組在通電運行過程中，導線互相之間有電磁力的作用，因此整個繞組需要有固定措施，比如預制的骨架上刻有導線槽，將導線鑲嵌纏繞在導線槽里，最后用環(huán)氧等粘接劑固化導線。本發(fā)明的初級繞組無論多長最終只有 6個出線端，傳統(tǒng)繞組必須在直線電機的兩端出線，而本發(fā)明的繞組可以設置在電機的一端出線，便于絕緣和采用不同的三相接法(Y形或Δ形)進行運行和控制。此種繞組繞制的方法還有一個優(yōu)點是可以非常容易地實現(xiàn)無級連續(xù)變節(jié)距繞制。采用本發(fā)明提出的新型繞組的圓筒型異步直線電機可應用于物流、采礦、交通運輸?shù)裙I(yè)領域及其他領域。


圖1傳統(tǒng)圓筒型直線電機繞組示意圖，圖中1、線圈、2、引線；圖2本發(fā)明圓筒電機繞組示意圖；圖3本發(fā)明多層繞組連續(xù)繞制示意圖；圖4圖3中箭頭方向導線回繞換位示意圖；圖5變節(jié)距繞組示意圖；圖中1繞組導線，2引線。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。如圖2所示的本發(fā)明圓筒型異步直線的初級，ABC三相導線在圓周方向相隔120° 連續(xù)螺旋繞制成繞組1，其引線2可以如圖2所示分布在繞組的兩端，也可以如圖3所示在繞組的一端出線，稱為出線端，對應于進線端的A、B和C三相的引線，出線端的引線可分別稱為-Α、-Β和-C。繞組的另一端，可稱為盲端，如圖4所示，在盲端，三相導線分別在圓周方向上相隔換位180°同螺旋方向繞回，其中的A、B、C和-A、-B、-C分別表示了 3相導線相隔 180°回繞的位置對應關系。這樣如圖3所示所有6個引線都位于繞組的一端，結構緊湊， A、B、C相引線與-A、-B、-C相引線呈180°交叉間隔。這種繞法每相的螺距就是節(jié)距p，當電源頻率為f時，行波的速度ν = fp，與傳統(tǒng)繞制方法的速度公式相同。由于繞組是連續(xù)繞制，產(chǎn)生的磁場行波也是連續(xù)的，動子在運動過程中的端部效應會大大減弱。在導線繞回出線端以后，與盲端一樣，每相換位180°以后，繼續(xù)繞至盲端，如此重復，既可以繞出多層多匝初級繞組，加大繞組安匝數(shù)，提高推力。當然導線外被絕緣材料，保證匝間絕緣。本發(fā)明提出的繞組既能產(chǎn)生軸向的行波磁場，又能產(chǎn)生圓周方向的旋轉磁場，既可以在軸向產(chǎn)生對動子的推力，又可以在圓周方向產(chǎn)生起旋的力矩，如果是自由動子的話， 則在沿軸線前進的同時繞軸線加速旋轉，高速旋轉的動子具有陀螺效應，可以在前進方向保持姿態(tài)穩(wěn)定。本發(fā)明提出的繞組另外一個優(yōu)點是很容易實現(xiàn)變節(jié)距繞制，如圖5所示，在繞制方向上間距可以連續(xù)可變，圖5中自左至右三相導線的螺距逐步增大，這樣做的目的是為了改變動子在直線加速過程中速度變化時的滑差率，提高效率或增大推進力。需要指出的是，根據(jù)牛頓第三定律，由于受力是相互的，直線電機的初級和次級是相對的概念，本發(fā)明提出的初級繞組也可以作為次級繞組，也就是動子來使用。為了方便繞制，導線可以繞在預制好的圓柱形骨架上，骨架外表面刻有螺旋線槽， 導線可以鑲嵌在內(nèi)，繞組繞制過程中或繞制完畢后可以使用粘接劑固化，提高機械和電絕緣強度。本發(fā)明提出的初級繞組，可以大大減少初級繞組的引線數(shù)量，最多只有6個引線， 簡化工藝，可非常方便地實現(xiàn)Y形或Δ形連接。產(chǎn)生的行波磁場連續(xù)且穩(wěn)定，部分消除了動子運行過程中的端部效應，提高了推進力和系統(tǒng)運行效率，而且在需要的情況下，初級繞組在直線推進的同時可以對動子產(chǎn)生起旋力矩。該型初級繞組可以很方便地進行變間距連續(xù)繞制，改變動子在運動過程中的滑差率。
權利要求
1.一種圓筒型異步直線電機的初級繞組，其特征在于所述的初級繞組為螺旋線繞組， 所述的初級繞組采用三相導線沿圓周方向相隔120°連續(xù)以等徑螺旋線螺旋繞制而成。
2.如權利要求1所述的圓筒型異步直線電機初級繞組的繞制方法，其特征在于所述的三相導線繞制到端部時，三相導線換位180°與上一層導線同螺旋方向繞回，如此重復，實現(xiàn)多層多匝導線繞制；三相導線出線端的引線均布置在所述的初級繞組的一端。
3.如權利要求2所述的圓筒型異步直線電機初級繞組的繞制方法，其特征在于所述的初級繞組等節(jié)距繞制或變節(jié)距繞制。
4.如權利要求2所述的圓筒型異步直線電機初級繞組的繞制方法，其特征在于所述的初級繞組的出線端分布在所述的初級繞組的兩端。
全文摘要
一種圓筒型異步直線電機的初級繞組，其特征在于所述的初級繞組為螺旋線繞組，采用三相導線沿圓周方向相隔120°連續(xù)以等徑螺旋線螺旋繞制而成。三相導線繞制到端部時，三相導線換位180°與上一層導線同螺旋方向繞回，如此重復，實現(xiàn)多層多匝導線繞制。三相導線出線端的引線均布置在所述的初級繞組的一端。所述的初級繞組等節(jié)距繞制或變節(jié)距繞制。
文檔編號H02K41/025GK102158041SQ201110040470
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權日2011年2月18日
發(fā)明者戴銀明, 李蘭凱, 李獻, 王厚生, 王秋良, 陳順中 申請人:中國科學院電工研究所