專利名稱：層狀圓環(huán)形薄膜繞組式電機(jī)及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣工程技術(shù)領(lǐng)域。具體地說，是一種采用了新的薄膜繞組技術(shù)制作的，具有新型電樞結(jié)構(gòu)即轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的，直流發(fā)電機(jī)和電動機(jī)。
目前，除個別類型的電機(jī)如，法拉弟圓盤直流發(fā)電機(jī)，由于其電樞或轉(zhuǎn)子只是由單個的金屬圓盤構(gòu)成，沒有繞組線，因而制作工藝十分簡單以外，其余所有各類電機(jī)的制作，均需用到煩瑣復(fù)雜的電樞繞組技術(shù)。而且，由于其電樞繞組所用的繞組導(dǎo)線必需具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，直徑較粗，這種電機(jī)的電樞上無法密集布置大量的繞組線，或達(dá)到大幅提高電機(jī)功率和效率的目的。對于脆性的超導(dǎo)線材，更是無法進(jìn)行繞組操作。這種類型的大型電機(jī)為了提高其功率輸出，被迫采用強(qiáng)大的電樞電流。因而內(nèi)阻、內(nèi)耗大，降溫冷卻困難。至于法拉弟圓盤直流發(fā)電機(jī)，雖然電樞結(jié)構(gòu)簡單。但是，功率輸出太??；運(yùn)行效率更低。整個金屬圓盤所能輸出或轉(zhuǎn)換的最大功率，僅僅可以相當(dāng)于一根等半徑的直導(dǎo)線在相同的轉(zhuǎn)速和場強(qiáng)下所產(chǎn)生的功率。因而基本上沒有實際應(yīng)用的價值。
本發(fā)明針對上述存在的問題，采用現(xiàn)有各種可能的薄膜制作工藝如，電鍍、蒸鍍、壓延、噴涂、磨削、套印、沉淀等等，將電機(jī)做成類似法拉弟圓盤直流電機(jī)的，電樞結(jié)構(gòu)是由若干圓環(huán)形金屬薄膜，通過若干絕緣隔層的分隔層層疊置；并且，各層薄膜又均被刻劃成了若干圓環(huán)徑向的輻射狀直導(dǎo)線的，層狀圓環(huán)形電樞，以達(dá)到密集電樞繞組，增加繞組線長度的目的。通過其金屬的轉(zhuǎn)軸或電樞圓環(huán)上內(nèi)、外兩緣的金屬匯流環(huán)，所有各層薄膜中的徑向直導(dǎo)線可以同時連通外界，以構(gòu)成繞組回路。下面主要通過描述本發(fā)明中層狀圓環(huán)電樞的結(jié)構(gòu)和制作工藝，闡明本發(fā)明的基本內(nèi)容；如

圖1，即本發(fā)明電機(jī)的縱剖面示意圖所示，1是其層狀圓環(huán)電樞；并且，正如圖中所示，其工作電流I是通過其轉(zhuǎn)軸2流進(jìn)(或流出)層狀圓環(huán)電樞，并沿其徑向流動的。其定子或磁場鐵芯3所產(chǎn)生的磁場磁力線，垂直于電樞圓環(huán)平面。
圖2、圖3和圖4，分別是本發(fā)明的層狀圓環(huán)電樞1的立體示意圖、縱剖面示意圖和局部立體剖視圖。其中，單影線4所示者，為徑向薄膜直導(dǎo)線；雙影線5則是其內(nèi)、外匯流環(huán)。該二環(huán)各自同時連接電樞中所有各直導(dǎo)線的一端，以構(gòu)成并聯(lián)的繞組回路。6是絕緣隔層。
對于本發(fā)明的大型、高速電機(jī)，為了解決其圓環(huán)電樞上外匯流環(huán)表面的阻力、磨損問題，及可能的火花放電問題，可以取消內(nèi)、外匯流環(huán)，并通過層狀圓環(huán)電樞的局部立體透視圖5所示的迂回路徑，將圓環(huán)電樞內(nèi)的所有薄膜直導(dǎo)線，以相鄰兩層為一組，依序連通，以構(gòu)成串聯(lián)式的繞組回路。并且，兩層導(dǎo)線應(yīng)各與其徑向交成反向的微小夾角，以方便工藝制作。但是，如果僅僅如此連通所有直導(dǎo)線，則相鄰的兩層導(dǎo)線在外界電流或轉(zhuǎn)矩作用下所產(chǎn)生的力矩或電動勢，將相互抵消。整個電機(jī)將不能發(fā)電或做功。此時，應(yīng)采用圖6中雙影線7或8所示的磁場屏蔽管，以交替屏蔽層狀圓環(huán)電樞中相鄰的兩層導(dǎo)線之一。該圖中，7、8所指者分別為縱剖面和橫斷面情形下的磁場屏蔽管；9是薄膜直導(dǎo)線的橫斷面，及其中電流進(jìn)出的指向。在本發(fā)明的層狀圓環(huán)電樞中，導(dǎo)線的迂回還可以采用其它方式。但是，同樣必需采用磁場屏蔽管，以完全屏蔽圓環(huán)電樞中電流方向指向或背離轉(zhuǎn)軸的兩部分繞組導(dǎo)線之一。下面具體介紹層狀圓環(huán)電樞中迂回線路的制作工藝
一，選取適當(dāng)?shù)捻槾挪牧希谱鞒蓤A環(huán)形薄片。在薄片的內(nèi)緣和外緣，或內(nèi)、外兩緣之一，應(yīng)留有一個或兩個凸塊，以安排導(dǎo)線的連接點。當(dāng)圓環(huán)外徑的尺寸給定時，其內(nèi)徑的尺寸存在一個最佳值，可以使得單位長度的薄膜繞組線所輸出的或轉(zhuǎn)換的凈功率達(dá)到最大；相應(yīng)的內(nèi)阻內(nèi)耗則最小。對于采用匯流環(huán)的層狀圓環(huán)電樞，薄片材料可以自由選取，不必采用順磁材料。
二，用蒸鍍或噴涂的方法，在上述圓環(huán)薄片的A、B兩個側(cè)面(可以包括了該薄片的內(nèi)外兩緣)，制作永久性絕緣護(hù)膜如漆膜，以防止順磁薄片材料導(dǎo)電。如果順磁材料本身是絕緣的，該道工序可以省去。
三，在圓環(huán)薄片的A面膠貼一層易于去除的如，可以輕輕撕去的臨時性護(hù)面膜如，不干膠膜或光刻膠膜等等。
四，在圓環(huán)薄片的A面刻劃放射狀直線凹槽。所有凹槽的方位應(yīng)與圓環(huán)的徑向略呈小角；凹槽在薄片材料中刻入的深度應(yīng)超過前述薄膜直導(dǎo)線的設(shè)計深度。并且，凹槽的寬度應(yīng)盡可能地窄；凹槽間的間距應(yīng)盡可能地寬。對于采用匯流環(huán)的電樞，其薄片上可以不必刻劃凹槽。
五，在薄片A面上所有凹槽的兩端沖孔，即如圖5中15所指的豎孔，以穿通薄片。該圖中沒有具體畫出凹槽位置。沖孔的方式可以是機(jī)械的，也可以是光學(xué)激光的。
六，再一次蒸鍍絕緣漆膜以覆蓋四、五這兩道工序中，由于刻劃和沖孔所露出的順磁材料。
七，用蒸鍍、電鍍等方法，制作金屬薄膜或超導(dǎo)薄膜，以覆蓋薄片的整個A面，包括各豎孔的內(nèi)表面。
八，在薄片的B面制作薄膜直導(dǎo)線。該導(dǎo)線的寬度應(yīng)盡可能地大；導(dǎo)線間的間距應(yīng)盡可能地小。并且，導(dǎo)線的兩端應(yīng)恰與豎孔15對齊。
九，清除或撕去薄片A面上殘留的護(hù)面膜材料。
完成以上工序以后，即可獲得一組由兩層薄膜直導(dǎo)線，迂回構(gòu)造而成的導(dǎo)線薄片或超導(dǎo)線薄片。當(dāng)若干這樣的薄片依次摞置，并依序連通以后，即可得到本發(fā)明的層狀圓環(huán)電樞。
通過上述內(nèi)容可知，本發(fā)明思路的目標(biāo)是，縮小電機(jī)電樞繞組線的尺寸，以達(dá)到密集和增加繞組線長度，降低電樞電流強(qiáng)度的目的。同樣的思路也可以用于其它類型的電樞繞組及磁場螺線管的制作。比如，在圖7中，螺線管的繞組線10就是采用上述鍍膜工藝，在金屬的或非金屬的順磁薄壁圓管上制作的薄膜狀導(dǎo)線或超導(dǎo)線。當(dāng)若干直徑依次遞減或遞增的這種薄壁圓管層層套合，并連通11所指的所有接線頭以后，即可得到同樣高效的磁場螺線管。這樣的螺線管還可以用于其它技術(shù)領(lǐng)域如，磁浮。
本發(fā)明的優(yōu)點是1、在電機(jī)的性能方面，由于其電樞工作電流弱，內(nèi)阻、內(nèi)耗低，電機(jī)的功率和電壓可以很高；2、在電機(jī)的結(jié)構(gòu)方面，其單位功率的體積和重量都較小，可以不必配備冷卻設(shè)施，以及直流換向器和變壓器等。因此，本發(fā)明的電機(jī)，實際上是一種準(zhǔn)超導(dǎo)電機(jī)。3、在電機(jī)的設(shè)計和工藝制造方面，繞組設(shè)計簡單，工藝制造方便；開創(chuàng)了一種新的，生產(chǎn)特大型和微小型高效電機(jī)和磁場螺線管的，大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)工藝。
權(quán)利要求
1，層狀圓環(huán)形薄膜繞組式電機(jī)及工藝，其層狀圓環(huán)電樞的結(jié)構(gòu)特征是，若干層圓環(huán)形的金屬薄膜，通過其絕緣隔層的分隔，層層疊置；
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀圓環(huán)形薄膜繞組式電機(jī)及工藝，其電樞中的圓環(huán)形金屬薄膜，應(yīng)刻劃成若干沿圓環(huán)徑向作輻射狀排列的薄膜直導(dǎo)線或超導(dǎo)線；
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀圓環(huán)形薄膜繞組式電機(jī)及工藝，其電樞中的所有各層直導(dǎo)線，必需以相鄰的兩層為一組，通過本發(fā)明所述的迂回路徑，依次連接，以構(gòu)成串聯(lián)的繞組回路；
4，根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀圓環(huán)形薄膜繞組式電機(jī)及工藝，在其電樞繞組線迂回的路徑上，必需安排順磁材料的磁場屏蔽管，以完全屏蔽其中電流流向相同的一部分繞組線；
5，根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀圓環(huán)形薄膜繞組式電機(jī)及工藝，其圓環(huán)電樞中的所有直導(dǎo)線也可以通過電樞圓環(huán)的內(nèi)、外匯流環(huán)，構(gòu)成并聯(lián)的繞組回路；
6，根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀圓環(huán)形薄膜繞組式電機(jī)及工藝，其層狀圓環(huán)電樞的迂回式繞組回路，必需是制作在順磁材料的圓環(huán)形薄片上；
7，根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀圓環(huán)形薄膜繞組式電機(jī)及工藝，在其層狀圓環(huán)電樞制作的工藝中，必需按照本發(fā)明所述的順序，包括刻劃徑向凹槽、在凹槽的兩端沖孔，以及先后若干次的鍍膜這幾道工序；
8，根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀圓環(huán)形薄膜繞組式電機(jī)及工藝，其層狀圓環(huán)電樞的制作工藝，可以用于制作其它類似的電樞繞組和磁場螺線管。
全文摘要
本發(fā)明屬于電氣工程技術(shù)領(lǐng)域。是一種采用薄膜繞組技術(shù)制作的,電樞構(gòu)形類似于法拉弟圓盤直流發(fā)電機(jī)的,具有層狀圓環(huán)形薄膜繞組結(jié)構(gòu)的直流發(fā)電機(jī)和電動機(jī)。其工藝的核心是,采用現(xiàn)有各類可能的薄膜制作技術(shù),在層狀圓環(huán)形的順磁薄片材料上,制作迂回結(jié)構(gòu)的繞組線。
文檔編號H02K15/00GK1300127SQ99120628
公開日2001年6月20日 申請日期1999年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月16日
發(fā)明者李愛清 申請人:李愛清