CN103124128A

CN103124128A - 盘式无铁芯永磁直流电机

Info

Publication number: CN103124128A
Application number: CN 201310033295
Authority: CN
Inventors: 郑祐宗
Original assignee: ZHEJIANG YIYANG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG YIYANG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2013-05-29

Abstract

本发明涉及一种盘式无铁心永磁直流电机。包括中间定子和转子，安装在主轴上的转子和定子均为圆盘形状，盘面平行对应设置，定子两侧的气隙磁密相等，所述定子包含无铁心卷制的轴向放置的环形绕组，磁力线轴向通过气隙和绕组；所述转子是放置磁钢的导磁盘和铝壳构成的圆盘，永磁体按N、S交替粘结在导磁盘上，上下两边的转子对应的磁钢极性相反，其特征在于所述环形绕组的形状为由多段圆弧组成的轴对称锥形环，其中心轴线指向定子的轴心，该锥形环的尖端靠近定子轴心。本发明提高电机磁电转化效率10%以上。

Description

盘式无铁芯永磁直流电机

技术领域

本发明涉及一种盘式无铁心永磁直流电机。

背景技术

电动汽车的开发现状由于蓄电池续驶里程有限、使用寿命太短及尺寸和质量过大等因素的严重制约，使纯电动汽车的产业化进程举步维艰，而燃料电池汽车也正处于起步阶段，很多技术性能还不稳定。因此，混合动力汽车成了内燃机汽车和电动汽车之间的过渡产品，既充分发挥了现有内燃机技术优势，又可充分发挥电机驱动无污染的优势。混合动力汽车作为现阶段最佳的技术突破口，目前已具备应用基础和产业化条件。不仅可大大节约燃油，而且可以充分利用现有内燃汽车生产能力，为改造传统汽车工业实现跨越式发展服务，这使混合动力汽车具有了其它电动汽车现阶段无可比拟的应用基础和优势，前景十分广阔。

永磁无铁芯电机是代表电机行业未来发展方向的一种新型特种电机，采用无铁芯、无刷、无磁阻尼和高性能永磁发电技术，改变了传统电机运用硅钢片与绕线定子结构，不仅节能效益十分突出，而且还大大改善了电机的主要技术性能。

现在盘式无铁心永磁电机虽然已经取得实质性有突破与发展，但是其仍然存在着轭部磁路很短、耗用永磁材料增加有限，因结构、制造工艺与材料等限制而相对成本偏高以及对控制系统的要求高等一系列问题，目前主要应用于高速和较小功率领域。

永磁无铁芯电机具有“四大”性能优势：一是高效节能。电机功率因数高，无铁损、无磁阻尼，效率得到较大的提高。实际案例应用证明，采用该技术的1.5千瓦和3千瓦柴油电站，与传统发电机相比，节油率达40%。二是轻便节材。体积小，重量只有传统电机的几分之一。可节约80%的钢材，100%的硅钢片，50%的铜材。三是调速性好。电机转速与电源频率保持恒定，可简化变频调速控制系统，调速范围宽，精度高；易制成多极、低速大功率电机，可取消齿轮箱、皮带轮等传动系统，实现直接驱动。四是可靠性强。电机运行温升低，电机绕组采用高分子材料精密绝缘封装技术，环境适应性好，运行可靠。

永磁无铁芯电机的不足之处：结构复杂，成本上升；高速有优势，中低速没有优势；控制系统较复杂；产业化程度还有待提高等。

发明内容

本发明盘式无铁芯永磁直流电机，经过多年潜心研发，突破了当前制约盘式永磁电机的主要技术瓶颈，掌握了产业核心技术，形成了独特的竞争优势，实现了大功率、模块化、超节能和规模化生产应用。其核心技术主要是：综合运用材料学、计算机辅助设计学、控制学及电磁测量物理学等理论，创新建立起一个全新的基于分段电磁数组技术的高功率密度和高效率无铁芯永磁直流电动机（或发电机）及其变频及控制器而组成的系统集成解决方案。

本发明的具体技术路线案是：

盘式无铁心永磁直流电机，包括中间定子和转子，安装在主轴上的转子和定子均为圆盘形状，盘面平行对应设置，定子两侧的气隙磁密相等，所述定子包含无铁心卷制的轴向放置的环形绕组，磁力线轴向通过气隙和绕组；所述转子是放置磁钢的导磁盘和铝壳构成的圆盘，永磁体按N、S交替粘结在导磁盘上，上下两边的转子对应的磁钢极性相反，其特征在于所述环形绕组的形状为由多段圆弧组成的轴对称锥形环，其中心轴线指向定子的轴心，该锥形环的尖端靠近定子轴心。现有技术中环形绕组的形状为马蹄形或椭圆形，其磁电转化效率低下。本方案采用锥形环结构环形绕组，提供磁电转化效率10%以上。由于盘式永磁无刷直流电机的电磁场为三维轴向磁通，分布较为复杂，再次不再展开描述。

所述轴对称锥形环的中心轴线三等分后形成第一内径和第二内径，其中位于锥形环尖端的第一内径的长度是第二内径的三分之二。该结构的环形绕组具有最佳的磁电转化效率，相比现有技术提高15%。

所述环形绕组中间隔设置霍尔磁敏传感器。

本申请电机具有以下特点：

1. 电机的气隙磁场是轴向的，电枢绕组是沿径向放置的，整机的轴向尺寸很短、结构紧凑，特别适用于空间尺寸受到限制的场合。

2. 电机采用永磁体励磁，励磁系统无损耗，转子无铁心，没有涡流损耗和磁滞损耗;同时定子绕组结构简单，端部的长度相对较短，则绕组的阻抗减少，电机的电阻损耗减少，因此电机运行效率高。

3. 由于定转子对等排列，电机的散热面积大，冷却条件得到改善，而且电枢绕组两端面直接与气隙空气接触，有利于电机散热，使电机可以获得较大的功率密度，提高了电机性能;

4. 定子电枢绕组采用无铁心结构，直接有绕组注塑而成，降低电枢绕组的互感和漏感，减少了由齿槽效应引起的电磁转矩脉动以及铁心带来的一些弊端。

5. 在相同的输出功率和转矩下，无铁心电机使得重量下降、机械效率增加。

6. 电机的转动部分只是电枢绕组，电机的转动惯量小，机电时间常数小，峰值转矩和堵转转矩高，转矩质量比大，低速运行平稳，具有优良的快速反应性能和动态性能。

7. 采用锥形环结构环形绕组，提高电机磁电转化效率10%以上。

本申请产品除上述技术特征外，还具备高效节能，结构简化，可靠性强，噪音低，体积小，重量轻，模块化工艺和产品性价比高等突出优点，更便于规模化生产和推广,可广泛应用于电动汽车、工农业生产、家用电器、医疗设备、航空航天、航海、军工等各个领域，显示出强大的生命力和市场价值。

附图说明

图1为本发明盘式无铁芯永磁直流电机定子结构示意图。

图2为本发明盘式无铁芯永磁直流电机环形绕组结构示意图。

图3为本发明盘式无铁芯永磁直流电机转子结构示意图。

其中，1、定子圆盘；2、环形绕组；3、霍尔磁敏传感器。

具体实施方式

如图1~图3所示，盘式无铁芯永磁直流电机包括定子和转子，所述定子结构如图1所示，定子是无铁心卷制的轴向放置的锥形环环形绕组，磁力线轴向通过气隙和绕组，该轴对称锥形环的中心轴线三等分后形成第一内径和第二内径，其中位于锥形环尖端的第一内径的长度是第二内径的三分之二，如图2所示。该结构的环形绕组具有最佳的磁电转化效率，相比现有技术提高15%，其中环形绕组中间隔设置霍尔磁敏传感器。

所述转子是放置磁钢的导磁盘和铝壳构成的圆盘，永磁体按N、S交替粘结在导磁盘上，上下两边的转子对应的磁钢极性相反，如图3所示。

永磁无铁芯电机充分利用钕铁硼永磁材料的优异磁性能，少用或不用硅钢片，不需要无功励磁电流，并在磁路结构上采用聚磁型永磁体结构形式，显著提高功率因数，减小了定子电流和定子电阻损耗；而且在稳定运行时没有转子电阻损耗，进而可以因总损耗降低而减小风扇(小容量电机甚至可以去掉风扇)和相应的风摩耗，从而使其效率和功率因数比同规格感应电动机高，从而开发出具有高效率、高功率因数、高功率密度、低噪声的kW级无铁芯永磁电动机。如果进一步优化设计，采用高性硅钢片和先进工艺，在降低一个机座号或者缩短铁心的情况下，可以达到超高效，既IE3级的效率值；在不降低机座号或适当增加铁心的情况下，部分规格有可能达到超超高效，既IE4级的效率值。

Claims

1.盘式无铁心永磁直流电机，包括中间定子和转子，安装在主轴上的转子和定子均为圆盘形状，盘面平行对应设置，定子两侧的气隙磁密相等，所述定子包含无铁心卷制的轴向放置的环形绕组，磁力线轴向通过气隙和绕组；所述转子是放置磁钢的导磁盘和铝壳构成的圆盘，永磁体按N、S交替粘结在导磁盘上，上下两边的转子对应的磁钢极性相反，其特征在于所述环形绕组的形状为由多段圆弧组成的轴对称锥形环，其中心轴线指向定子的轴心，该锥形环的尖端靠近定子轴心。

2.根据权利要求1所述的盘式无铁心永磁直流电机，其特征在于所述轴对称锥形环的中心轴线三等分后形成第一内径和第二内径，其中位于锥形环尖端的第一内径的长度是第二内径的三分之二。

3.根据权利要求1所述的盘式无铁心永磁直流电机，其特征在于所述环形绕组中间隔设置霍尔磁敏传感器。