CN104753295A - 具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机，有效解决运行质量及效率低下的问题，技术方案是，分层铁芯固定在定子板上，构成定子，永磁体固定在转子轭上，构成转子，定子和转子均设置在轴上，定子与轴紧固在一起，转子绕轴旋转，定、转子轴向相对设置，定子和转子之间形成气隙，构成轴向磁场结构，所述的分层铁芯包括内铁芯、绕装在内铁芯外周上的内线圈、套装在内线圈外周上的外铁芯和套装在外铁芯外周上的套筒，套筒的两端设置有向外的凸沿，两端的凸沿之间在套筒的外周上绕装有外线圈，本发明增大气隙有效截面，减少主磁势在气隙中的损耗，减少高次谐波及其造成的振动和噪音，提高电机运行质量及机电转换效率。

Description

具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机

技术领域

本发明涉及旋转电机，特别是一种具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机。

背景技术

轴向磁场电动机，目前有两种典型结构。一种是，用带材边冲孔边卷绕，最后形成有孔、有槽、有轭的定子铁芯；另一种，先用带材卷成独立的柱状体，然后以紧固件与支承部件结合成完整的定子铁芯。前者，硅钢带上任何相邻孔的孔距都不相等，要求加工精度高，工艺复杂，设备昂贵，单机造价不菲，成为推广的瓶颈。后者，结构和工艺都很简单，单机造价较为低廉，但是在性能上，远远满足不了使用上的要求。因为定子绕组线圈，是直接绕在柱状铁芯上，为了放置绕组线圈，每个柱状铁芯之间，需要留有足够的间隔，造成槽口与槽宽相等，气隙的有效截面积大大减小了，增大了气隙磁通的磁阻，磁势损耗较大。更主要的是，引起较大的定位力矩及槽口效应，导致大的振动和噪音。另外，线圈直接绕在柱状铁芯上而成为全节距绕组，定子电流会产生方波磁势，造成一系列的气隙高次谐波，再度引起振动及噪音等，增大了电机的附加损耗，降低电机性能。由于运行质量和效率低下，一般只能在功率不大，要求不高的场合下使用，这样，结构简单造价低廉的优点，便失去了实际意义。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机，可保留结构简单、造价低廉优点的同时，有效解决运行质量及效率低下的问题。

本发明解决的技术方案是，包括分层铁芯和轴向充磁的永磁体，分层铁芯固定在定子板上，构成定子，永磁体固定在转子轭上，构成转子，定子和转子均设置在轴上，定子与轴紧固在一起，转子绕轴旋转，定、转子轴向相对设置，定子和转子之间形成气隙，构成轴向磁场结构，所述的分层铁芯包括内铁芯、绕装在内铁芯外周上的内线圈、套装在内线圈外周上的外铁芯和套装在外铁芯外周上的套筒，套筒的两端设置有向外的凸沿，两端的凸沿之间在套筒的外周上绕装有外线圈。

所述的定子和转子极数的比为：m:（m+1），其中m为相数。

本发明结构新颖独特，简单合理，增大气隙有效截面，减少主磁势在气隙中的损耗，减少高次谐波及其造成的振动和噪音，提高电机运行质量及机电转换效率，易生产，寿命长，使用方便，效果好，是轴向磁场永磁电动机上的创新。

附图说明

图1为本发明双转子、单定子轴向磁场永磁电动机的剖视图。

图2为本发明双定子、单转子轴向磁场永磁电动机的结构示意图。

图3为本发明单定子、单转子轴向磁场永磁电动机的结构示意图。

图4为本发明分层铁芯的剖视图。

图5为本发明设置有中间绕组（1层）的分层铁芯的剖视图。

图6为本发明定子布置示意图（极数为6，相数为3）。

图7为本发明转子布置示意图（极数为8，相数为3）。

图8为本发明套筒的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1-7给出，本发明包括分层铁芯和轴向充磁的永磁体，分层铁芯1固定在定子板4上，构成定子，永磁体2固定在转子轭3上，构成转子，定子和转子均设置在轴5上，定子与轴5紧固在一起，转子绕轴旋转，定、转子轴向相对设置，定子和转子之间形成气隙7，构成轴向磁场结构，所述的分层铁芯1包括内铁芯11、绕装在内铁芯11外周上的内线圈12、套装在内线圈12外周上的外铁芯13和套装在外铁芯13外周上的套筒14，套筒的两端设置有向外的凸沿141，两端的凸沿之间在套筒的外周上绕装有外线圈15。

分层铁芯1的加工方法为：将内线圈12密排绕在内铁芯11上，而后套上外铁芯13（包括套筒14），再绕制外线圈15，注胶固化成为完整的单元式分层铁芯。再一方法为：将内铁芯、内线圈、外铁芯（包括套筒）、外线圈，按设计的形状、尺寸、匝数加工完毕，依上述顺序，依次套入，注胶固化成为一体的单元式分层铁芯。

为保证使用效果，所述的内线圈12和外铁芯13之间设置有一层或多层中间铁芯16，中间铁芯16上绕装有中间线圈17，最内侧的中间铁芯套装在内线圈12的外周上，外铁芯13套装在最外侧中间线圈的外周上，形成至少是三层同心式绕组，进而减少绕组磁势的高次谐波，降低了振动和噪音，提高电机性能和运行质量；

所述的定子和转子极数的比为：m:（m+1），其中m为相数；以三相的电动机为例，即相数m=3，则定子和转子极数的比应满足：定子极数: 转子极数=3:4，也就是说，定子极数为3的倍数，相对应的转子极数应为4的倍数且满足上述比例关系，如若定子极数为6时（如图6所示），转子极数应为8（如图7所示）；这样定子极数始终少于转子极数，而且定、转子极数，随相数的增加，越来越接近，定子结构越简单，尤其对于多极低转速大力矩电机和中高频发电机提供更多方便。另外，当使用这种比例关系时，若某相获得最大感生电势时，该相每个定子极正好与相邻的两个转子极同时相对，这一位置即可确定其绕组系数为1。               

所述的凸沿141的端面与内铁芯11的端面平齐，相邻两分层铁芯的套筒凸沿之间构成槽口8，从而增大定子端面有效截面积，减小槽口宽度，消除定位力矩；

所述的转子轭3经轴承6装在固定轴5上，构成转子绕固定轴的旋转结构。

所述的分层铁芯呈圆周均布在定子板4上，其具体是通过套筒的凸沿固定在非导磁材料制成的定子板上，构成定子，永磁体2呈极性交替圆周均布固定在导磁材料制成的转子轭3上，构成转子，永磁体2为轴向充磁的平板磁钢，转子轭上装有轴承6，并通过轴承绕不动的轴旋转，定子居中，转子有2个，分别设置在定子的两侧，定子和转子之间形成双气隙，构成双转子、单定子轴向磁场永磁电动机（如图1所示）；

所述的分层铁芯呈圆周均布在导磁材料制成的定子轭41上，构成定子，永磁体2呈极性交替圆周均布在嵌放非导磁材料制成的转子板31上，构成转子，永磁体2为轴向充磁的平板磁钢，转子居中，定子有2个，分别设置在转子的两侧，定子和转子之间形成双气隙，构成双定子、单转子轴向磁场永磁电动机（如图2所示）；

所述的分层铁芯呈圆周均布在导磁材料制成的定子轭42上，构成定子，永磁体2呈极性交替圆周均布在转子轭32上，构成转子，永磁体2为轴向充磁的平板磁钢，转子轭上装有轴承6，并通过轴承绕不动的轴旋转，转子和定子正对，定子和转子之间形成单气隙，构成单定子、单转子轴向磁场永磁电动机（如图3所示）。

实际使用中，所述的分层铁芯连同其上多层同心式绕组，放在变压器磁回路中，作为变压器的原边部分，并使之具备完整磁路，次级可得到正弦波形的输出。所以不仅可变换电压，又可削去输入端的谐波分量。改变内、外线圈匝数比，及内、外铁芯截面积比例，又可得到幅度不同的正弦波形 。所以此种变压器有一种整理和改变波形的作用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1、本发明分层铁芯使用内、外铁芯的独特结构，可以在内、外铁芯上分别绕以密排线圈，获得至少是双层的同心式绕组，因此谐波磁势含量较低，可消除或削弱电枢绕组磁势谐波产生的气隙谐波磁场，与电机铁芯相作用而引起的振动和噪音。进而可降低杂损耗，减少附加转矩，提高了电机的运行质量和效率。原有此类电动机，由于性能上的严重缺陷，无实用价值的局面得以改变；

2、本发明分层铁芯的外周上装有两端设置有凸沿的套筒，套筒的凸沿增大分层铁芯端面的面积，减少了槽口尺寸，增大了气隙有效截面，进而减低了主磁势在气隙中的损耗，提高了永磁材料的利用率，并且削弱了定位力矩，进一步降低电磁振动和噪音、提高电机性能及运行质量；

3、本发明定子和转子极数的比为：m:（m+1），其中m为相数，定子极数极始终少于转子极数，而且定、转子极数，随相数的增加，越来越接近，定子结构越简单，尤其对于多极低转速大力矩电机和中高频发电机提供更多方便。另外，当使用这种比例关系时，若某相获得最大感生电势时，该相每个定子极正好与相邻的两个转子极同时相对，这一位置即确定其绕组系数为1，提高机电转换效率； 

4、本发明分层铁芯具有多层独特结构及多层同心式绕组，可作为变压器的原边部件，非正弦量的输入，仍可得到正弦波形的输出，起到滤掉原边谐波的作用；

5、本发明定子与转子对等排列，轴向相对放置，尤其是分层铁芯及绕组具有双层或多层结构，又给散热提供了方便，所以给增大功率、提高比功率创造了有利条件。

由上述情况可以清楚的看出，本发明所产生的积极效果十分明显，不仅保留了此类电机结构简单紧凑的优点，又大大提高了电气性能。对于用户来说 ，满足了使用指标，对于生产厂家，满足了经济指标。因此，本发明所提供的分层式轴向磁场永磁电动机是申请人的一大创新，是当代电动车驱动电机的理想机型，推广前景大，有良好的社会和经济效益。

申请人要指出的是，本申请上述指出的仅仅是几种实施例，并不是用于限制本申请的保护范围，凡是用等同或等同替代手段所做出与本申请技术方案本质上相同的技术方案均属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机，包括分层铁芯和轴向充磁的永磁体，分层铁芯（1）固定在定子板（4）上，构成定子，永磁体（2）固定在转子轭（3）上，构成转子，定子和转子均设置在轴（5）上，定子与轴（5）紧固在一起，转子绕轴旋转，定、转子轴向相对设置，定子和转子之间形成气隙（7），构成轴向磁场结构，其特征在于，所述的分层铁芯（1）包括内铁芯（11）、绕装在内铁芯（11）外周上的内线圈（12）、套装在内线圈（12）外周上的外铁芯（13）和套装在外铁芯（13）外周上的套筒（14），套筒的两端设置有向外的凸沿（141），两端的凸沿之间在套筒的外周上绕装有外线圈（15）。

2.根据权利要求1所述的具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机，所述的内线圈（12）和外铁芯（13）之间设置有一层或多层中间铁芯（16），中间铁芯（16）上绕装有中间线圈（17），最内侧的中间铁芯套装在内线圈（12）的外周上，外铁芯（13）套装在最外侧中间线圈的外周上。

3.根据权利要求1所述的具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机，所述的定子和转子极数的比为：m:（m+1），其中m为相数。

4.根据权利要求1所述的具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机，所述的凸沿（141）的端面与内铁芯（11）的端面平齐，相邻两分层铁芯的套筒凸沿之间构成槽口（8）。

5.根据权利要求1所述的具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机，所述的转子轭（3）经轴承（6）装在轴（5）上，构成转子绕轴的旋转结构。

6.根据权利要求1所述的具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机，所述的定子居中，转子有2个，分别设置在定子的两侧，定子和转子之间形成双气隙，构成双转子、单定子轴向磁场永磁电动机。

7.根据权利要求1所述的具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机，所述的转子居中，定子有2个，分别设置在转子的两侧，定子和转子之间形成双气隙，构成双定子、单转子轴向磁场永磁电动机。

8.根据权利要求1所述的具有单元式分层铁芯的轴向磁场永磁电动机，所述的转子和定子正对，定子和转子之间形成单气隙，构成单定子、单转子轴向磁场永磁电动机。