CN104836361B - 高效高速电机 - Google Patents

Abstract

一种高效高速电机，包括壳体、定子线圈、转子和轴，定子线圈与壳体固定，转子与轴固定，定子线圈采用无铁芯线圈，在壳体内定子线圈及转子被导磁环筒包围，壳体的端盖内侧还附有导磁盘体，高频导磁材料优选为铁氧体导磁材料，转子采用永磁转子，永磁转子的磁极数为偶数。在高频导磁材料的导磁作用下，在壳体内形成闭合的磁路及采用内外转子在永磁转子高速旋转下，克服了壳体等金属件由于切割磁力线导致的机体发热及磁力扭矩，大大降低电能损耗，从而提高了能效和电机输出效率，较好地解决了电机在高转速的情况下的自身发热问题。转速达到24000rpm时，仍无发热现象产生，最高可以达到60000rpm以上，有着很好的推广价值。

Description

高效高速电机

技术领域

本发明涉及一种高速电机，具体是采用高频导磁材料包裹无铁芯线圈的电机。

背景技术

目前，电机一般均是由含有铁芯的定子线圈和转子构成，转子一般是由鼠笼式和永磁式两种。

另外，有史以来高速电机一直是转数越高频率越高、频率越高铁芯的高频损耗就越大，还有高频感量低这是现有铁芯特性决定的。

现有的电机，有如下不足之处：由于高频铁损和铜损的存在使现有高速电机转速越高效率越低、发热更严重、永磁电机磁场越强铁芯产生涡流越大、磁拉力也就越大，所以现有永磁高速电机多不采用磁场强度太高的永磁转子也就影响了电机的功率密度。磁拉力在转子半径上等于扭矩：磁力扭矩，扭矩乘以转速就是静态无功消耗，所以转速越高电机效率越低，总之在高速电机中降低磁力扭矩也是非常需要的，并且容易被一般设计者忽视。

本发明内容

针对上述存在的问题，本发明型公开了一种高效高速电机，将无铁芯线圈和永磁转子置于高频导磁材料制成的腔体内，旨在解决高速电机高频电流工作时常规铁芯产生高频涡流自身发热问题，提供一种制作简单、低成本、运行可靠、高能效的调速电机。

本发明采用如下的技术方案：

一种高效高速电机，包括壳体、定子线圈、转子和轴，定子线圈与壳体固定，转子与轴固定，定子线圈采用无铁芯线圈，在壳体内，定子线圈及转子被外导磁环筒包围，定子线圈及转子与壳体的端盖之间还设有导磁盘体，定子线圈和转子处于外导磁环筒和导磁盘体构成的空腔内。

定子线圈和转子可采用筒形结构，定子线圈也可以集中绕组。

在定子线圈及转子与轴之间还设有内导磁环筒，内导磁环筒与轴套固定，可以随轴转动，也可以不随轴转动。当然，还可：内导磁体筒、转子及外导磁环筒三者通过连接部固定于轴，三者随轴一起转动，定子线圈置于内转子及外外转子导磁环筒中间。

电机内部结构布局之一是：转子被定子线圈包围；转子在内侧靠近轴、定子线圈相对在外，定子线圈被外导磁环筒包围。

电机内部结构布局之二是：转子被定子线圈包围；轴外侧是内导磁筒和永磁转子构成的内转子，相隔一定间隙后是定子线圈，定子线圈外侧是外导磁环筒构成的外转子，外导磁环筒与轴固定同时随轴转动，定子线圈与电机壳体固定。

电机内部结构布局之三是：定子线圈被转子包围；轴外侧是内导磁筒构成的内转子，在相隔一定间隙后是定子线圈，定子线圈外侧是被外导磁环筒包围的转子构成的外转子，外转子与轴固定同时随轴转动，定子线圈与电机壳体固定。

定子线圈和转子还可采用盘状的径向结构，径向结构电机含两种形式：一种是盘状定子线圈的两侧均设有转子；另一种是在盘状定子线圈的另一侧即未设转子的一侧的导磁盘体固定于轴并随轴转动，当轴旋转时，该导磁盘体和转子一起转动。

外导磁环筒、导磁盘体和/或内导磁环筒均可采用高频导磁材料制成；高频导磁材料一般采用铁氧体、非晶合金、坡莫合金、超微晶或铁粉心等；优选为铁氧体。

接触或靠近转子、远离定子线圈的外导磁环筒、导磁盘体或内导磁环筒可由普通导磁材料制成。

转子为永磁转子，永磁转子的磁极数为偶数。

本发明可以取得如下的技术效果：

高频导磁材料的导磁作用下，在壳体内永磁体的磁力线穿过定子线圈形成闭合的磁路，在永磁转子高速旋转下，克服了壳体等金属件由于切割磁力线产生涡流导致的本体发热，降低了磁力扭矩，大大降低电能损耗，从而提高了能效和电机输出效率，较好地解决了电机在高转速的情况下的自身发热问题。

由于结构简单，生产成本降低，又采用高频材料、高频电感量增加、降低了线圈匝数、减小了线圈电阻、低了铜损提高了能效，内外转子的结构对于减小磁力扭矩明显、几乎可为零，既无铁损而且转速越高效果更明显，有着重要的市场推广价值。

附图说明

图1实施例1的轴向剖视示意图；

图2实施例1的径向剖视示意图；

图3实施例2的轴向剖视示意图；

图4实施例2的径向剖视示意图；

图5实施例3的轴向剖视示意图；

图6实施例3的径向剖视示意图；

图7实施例4的轴向剖视示意图；

图8实施例5的轴向剖视示意图；

图中标记分别表示：

1-轴，2-永磁转子，3-定子线圈，4-端盖，5-壳体，6-外导磁环筒，7-导磁盘体，8-内导磁环筒。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的说明。

以下所述的实施例中，外导磁环筒、导磁盘体、内导磁环筒均可采用高频导磁材料制成；高频导磁材料一般采用铁氧体、非晶合金、坡莫合金、超微晶或铁粉心等，其中，优选为铁氧体。

实施例1

如附图1、2所示，定子线圈和永磁转子采用筒形结构。

高效高速电机包括轴1、永磁转子2、定子线圈3、和壳体5，定子线圈与壳体固定，永磁转子与轴固定，定子线圈和永磁转子为筒形结构或集中绕组，定子线圈采用无铁芯线圈、而且径向距离很短，在壳体内定子线圈及转子被外导磁环筒包围，定子线圈及转子与壳体的端盖4之间还设有导磁盘体7，定子线圈和转子处于外导磁环筒6和导磁盘体7构成的空腔内。

定子线圈、外导磁环筒与壳体固定；导磁盘体7与壳体的端盖4固定。

转子2采用永磁转子，永磁转子的磁极数为偶数如2、4、6、8对等。

经实验，采用铁氧体导磁材料作为导磁环筒和导磁盘体的电机，在转速达到24000rpm时，电机仍无发热现象产生，该电机工作转速可以达到60000rpm以上，可见此结构电机是高效的直流无刷电机。

实施例2

如图3、4所示，在实施例1基础上，在电机内靠近轴的一侧、在定子线圈3及永磁转子2与轴1之间还设有内导磁环筒8，内导磁环筒、永磁转子及外导磁环筒三者通过连接部固定于轴，三者随轴一起转动。此结构中内导磁筒也可采用普通导磁材料。

永磁转子在内侧、靠近轴，定子线圈相对在外、远离轴，永磁转子被定子线圈包围，定子线圈3处于永磁转子2与外导磁环筒6的间隙内。

定子线圈3通过端盖4内侧的导磁盘体7固定于壳体5。

实施例3

如图5、6所示，不同于实施例2之处是：定子线圈在内侧、靠近轴，永磁转子相对在外、远离轴，定子线圈被永磁转子包围，定子线圈3处于永磁转子2与内导磁环筒8的间隙内，此结构中靠近定子线圈的内导磁筒不可采用普通导磁材料，发热明显，效果较高频导磁材料差，但接触或靠近转子、远离定子线圈的外导磁环筒可采用普通导磁材料。

其余同实施例2。

实施例4

如图7所示，定子线圈和转子采用径向盘状结构。

高效高速电机包括轴1、永磁转子2、定子线圈3、和壳体5，定子线圈与壳体固定，永磁转子与轴固定，定子线圈和永磁转子为径向结构，定子线圈采用无铁芯线圈、而且轴向距离较短；

径向盘状定子线圈设于中部，定子线圈的两侧均设有盘状永磁转子；

在壳体内定子线圈及永磁转子被外导磁环筒包围，并处于外导磁环筒6和导磁盘体7构成的空腔内。

定子线圈、外导磁环筒与壳体固定；导磁盘体7与壳体的端盖4固定。

转子2采用永磁转子，永磁转子的磁极数为偶数如2、4、6、8对等。

实施例5

基本结构与实施例4相同，不同之处在于，

如图8所示，盘状永磁转子在盘状定子线圈一侧，在定子线圈未设永磁转子的另一侧，即定子线圈下侧的导磁盘体7固定于轴并随轴转动，也就是盘状永磁转子和下侧的导磁盘体7一起随轴转动，而盘状定子线圈置于盘状永磁转子和下侧的导磁盘体7之间空隙内，下侧的导磁盘体可使用普通导磁材料制成。

以上所述仅为本发明的的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，包含本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高速电机，包括壳体、定子线圈、永磁转子和轴，定子线圈与壳体固定，永磁转子与轴固定并随轴转动，其特征在于，定子线圈采用无铁芯线圈，定子线圈及永磁转子被外导磁环筒包围，定子线圈及永磁转子与壳体的端盖间还设有导磁盘体，定子线圈和永磁转子处于外导磁环筒和导磁盘体构成的空腔内，在定子线圈及永磁转子与轴之间还有内导磁环筒，内导磁环筒与轴套固定，所述外导磁环筒、内导磁环筒及永磁转子通过连接部固定于轴并随轴转动。

2.根据权利要求1所述高速电机，其特征在于，所述永磁转子被定子线圈包围或定子线圈被永磁转子包围。

3.根据权利要求1或2所述高速电机，其特征在于，所述外导磁环筒、导磁盘体和/或内导磁环筒由高频导磁材料制成。

4.根据权利要求3所述高速电机，其特征在于，所述高频导磁材料为铁氧体、非晶合金、坡莫合金、超微晶或铁粉芯。

5.根据权利要求1或2所述高速电机，其特征在于，远离定子线圈的外导磁环筒、导磁盘体或内导磁环筒由导磁材料制成。