CN103414301A - 一种拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机，该拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机包括定子电枢盘、两个转子盘、转轴和转子外壳，所述两个转子盘上分别安装有若干组拼装式磁极，所述两个转子盘对称设于无铁心定子电枢盘的两侧，定子电枢盘和转子盘同轴安装在转轴上，转子设置在外壳内。所述转子背铁盘内表面上粘贴有拼装式永磁体磁极，所述拼装式磁极采用多块不等宽、不同材料的永磁材料组合而成，通过合理选择永磁材料及极弧宽度，可削弱气隙磁密谐波和反电动势谐波等。本发明不仅可获得正弦性较好的气隙磁密分布，减少损耗，提高效率；而且可减少高价格永磁材料的用量，提高永磁体利用率，提高电机性价比，结构简单、装配容易，适用于轴向尺寸要求较小、结构紧凑的相关驱动场合。
Description
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，具体涉及一种拼装式磁极的外转子内定子轴向磁场无铁心永磁电机，是对传统的轴向磁场永磁电机的改进。
背景技术
由于永磁材料的优异性能，永磁电机越来越广泛地应用在家用电器及工业生产中，在各种各样永磁电机中，轴向磁场永磁电机，又称为盘式电机，因具有轴向尺寸短，重量轻、体积小、结构紧凑等特点，在很多特殊应用场合具有明显优越性，已经成为研究的热点，主要应用于运动控制，特别适用于轴向尺寸要求较小的设备上，例如，空调外机、汽车散热器的风扇、电动车辆等。
永磁电机气隙内的磁场由永磁体产生，其磁通密度大小及分布形状直接决定着永磁电机性能，轴向磁场无铁心永磁电机也不例外。为产生尽可能高的气隙磁密，传统的轴向磁场无铁心永磁电机磁极由数块大小相等、材料相同的高性能钕铁硼永磁材料组成。这种形式的磁极虽然结构简单、制造工艺简单，但是存在两方面缺点：一方面，气隙磁密波形谐波严重，从而影响了电动势波形，使得损耗增加，效率降低，性能变差；另一方面，高性能钕铁硼永磁材料价格昂贵，导致电机成本高。为了获得正弦分布的气隙磁密，前人已经提出了很多方法，比如采用Halbach阵列永磁体形式，改变永磁体极弧系数等。然而Halbach阵列永磁体，其充磁方向必须多样，这样势必提高了永磁体的制造成本，从而增加整个电机的成本，降低了性价比；改变永磁体极弧系数虽然可以优化气隙磁密波形，但同时也减少了气隙磁密大小，从而影响了输出转矩。
发明内容
本发明为了同时满足气隙磁密正弦分布和电机成本降低这两个要求，提出一种拼装式磁极结构的轴向磁场无铁心永磁电机，每一磁极由三块厚度相同、极弧系数不等、价格不等的不同永磁体拼装而成，该拼装式磁极结构相比于传统磁极结构，不仅可以减少永磁体成本，而且通过优化设计，可使气隙磁密波形呈正弦分布，削弱转矩脉动。
本发明采用的技术方案为：
一种拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机，其特征在于：包括定子电枢盘、两个转子盘、转轴和转子外壳，所述两个转子盘上分别安装有若干组拼装式磁极，
所述两个转子盘对称设于无铁心定子电枢盘的两侧，定子电枢盘和转子盘同轴安装在转轴上，两个转子盘都固连在轴上，定子电枢轴通过轴承安装在轴上，转轴两端分别通过轴承安装在外壳内，转子设置在外壳内。
每组拼装式磁极由三块永磁体组合而成，三块永磁体充磁方向一致，均为轴向充磁，相邻两组拼装式磁极充磁方向相反；两个转子盘上相对位置的拼装式磁极充磁方向一致。
每组拼装式磁极磁极的三块永磁体厚度相等；中间位置的永磁体极弧系数为两侧永磁体的两倍。
每组拼装式磁极采用两种极弧系数的永磁体拼装而成，两侧的永磁体极弧系统相同。
每组拼装式磁极中间位置的永磁体选择型号为N42钕铁硼材料，两侧的永磁体选用型号为N27钕铁硼材料。
转子盘上的各组拼装式磁极间隔式或无间隔式粘贴在转子盘的内表面。
所述定子电枢盘采用无铁心结构，直接由绕组注塑而成，绕组采用非重叠集中绕组型式。
本发明通过选择永磁体尺寸及永磁材料参数（剩磁、矫顽力）作为优化变量，本实施例通过优化设计，中间价格较高永磁体选择型号N42钕铁硼材料（剩磁约为1.30T、矫顽力约为928kA/m），两边价格较低永磁体选择型号N27钕铁硼材料（剩磁约为1.05T、矫顽力约为800kA/m），价格较高永磁体尺寸大约为两边价格较低永磁体尺寸的两倍时，可产生正弦分布的磁场波形，削弱谐波分量。
本发明提出的一种拼装式磁极结构轴向磁场无铁心永磁电机，该电机是针对现有传统轴向磁场永磁电机气隙磁密非正弦、谐波大的缺点而改进的，在保证气隙磁密大小一定的基础上，减少高价格永磁体用量，加入低价格永磁体，从而降低总的永磁体成本。通过选择合适的永磁材料及其尺寸，还可提高气隙磁密的正弦性，削弱谐波分量。
本发明的有益效果
1）磁钢盘采用拼装式永磁体结构，将每一磁极分割成三部分，其中两边采用低价格的永磁材料，从而减少了高价格钕铁硼永磁材料用量，降低了电机成本；
2）通过合理安排永磁材料尺寸，选择合适永磁材料，可以很容易地获得正弦分布的气隙磁密，削弱谐波，减小转矩脉动。
附图说明
图1是本发明的电机实施例的拼装式磁极结构示意图；
图2是本发明平均半径处电机内部结构的展开图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明的拼装式磁极的无铁心轴向磁场永磁电机，包括转子盘1、拼装式磁极、无铁心定子电枢盘4、转轴5、轴承和转子外壳；所述无铁心定子电枢盘4的两侧设有两个对称转子盘1，无铁心定子电枢盘4和转子盘1直接安装在转轴5上。如图2所示，所述转子盘1上粘贴有拼装式磁极，拼装式磁极由永磁体2和两块永磁体3拼装而成，永磁体2和两块永磁体3粘贴在转子盘1的内表面。拼装式磁极中间采用一块高价格N42钕铁硼永磁材料2和两侧两块低价格N27钕铁硼永磁材料3组合而成，永磁材料2的宽度大约为永磁材料3的两倍。在同一转子盘上，永磁体轴向充磁N、S相隔，磁通沿轴向，相对的两组拼装式磁极充磁方向相同。
拼装式磁极的每一极由三块永磁体组合而成，这些永磁体具有两种不同的极弧系数，由两种不同价格的永磁材料构成。中间一块永磁体采用价格较高、磁性较强的永磁材料，两边的两块永磁体采用价格较低、磁性较弱的永磁材料，充分利用永磁材料性能，降低电机总成本。
无铁心定子电枢盘4采用非重叠集中绕组型式，直接由非重叠集中绕组直接注塑而成，该绕组型式具有端接部分短、加工方便的优点，定子上A、B、C三相绕组对称放置，设有引出线，用以施加三相交流电。
应当指出，本发明提出的拼装式磁极结构可用于各种不同结构的永磁电机中，不仅限于轴向磁场永磁电机。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机，其特征在于：包括定子电枢盘、两个转子盘、转轴和转子外壳，所述两个转子盘上分别安装有若干组拼装式磁极，所述两个转子盘对称设于无铁心定子电枢盘的两侧，定子电枢盘和转子盘同轴安装在转轴上，转子设置在外壳内。
2.根据权利要求1所述的拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机，其特征在于：每组拼装式磁极由三块永磁体沿圆弧排布组合而成，三块永磁体充磁方向一致，均为轴向充磁，相邻两组拼装式磁极充磁方向相反；两个转子盘上相对位置的拼装式磁极充磁方向一致。
3.根据权利要求2所述的拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机，其特征在于：每组拼装式磁极的三块永磁体厚度相等；中间位置的永磁体极弧系数为两侧永磁体极弧系数的两倍。
4.根据权利要求1、2或3所述的拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机，其特征在于：每组拼装式磁极采用两种极弧系数的永磁体拼装而成，两侧的永磁体极弧系数相同。
5.根据权利要求4所述的拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机，其特征在于：每组拼装式磁极中间位置的永磁体选择型号为N42钕铁硼材料，两侧的永磁材料选用型号为N27钕铁硼材料。
6.根据权利要求1所述的拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机，其特征在于：转子盘上的各组拼装式磁极间隔式或无间隔式粘贴在转子盘的内表面。
7.根据权利要求1所述的拼装式磁极的轴向磁场无铁心永磁电机，其特征在于：所述定子电枢盘采用无铁心结构，直接由绕组注塑而成，绕组采用非重叠集中绕组型式。
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