CN1055181C - 无轭、无槽、轴向磁路电机 - Google Patents

Abstract

一种无轭、无槽轴向磁路电机，具有双转子、双气隙，采用各自独立的柱状铁芯，形成无定子轭、无定子槽；同时它还提供永磁体、励磁体混合励磁，能够有效地调节输出电压，并且结构简单，大大简化了工艺、工装和制造设备，具有效率高、生产成本低廉等优点，是一种导磁体无废料成型，永磁体、励磁体混合励磁的无刷盘式电机。

Description

无轭、无槽、轴向磁路电机

本发明涉及轴向磁路电机。具体地说是一种无定子轭、无定子槽、具有平面工作气隙的电机。尤其是一种永磁体、励磁体混合励磁无刷结构的发电机。

现有的轴向磁路电机，即国内称为盘式电机的最好典型，其定子铁芯(见图6a、6b)常用带材一边冲孔距都不相等的槽孔、一边卷制，最后构成有齿、有槽、有轭的完整铁芯。另外一种是采用将单独绕制的齿与单独绕制的圆盘轭，以紧固件结合为一体，而构成完整的铁芯。

上述两种结构的电机，仍然存在着一定的缺点。

前者，虽然铁芯采用带材，提高了硅钢的利用率，但是，由于带上的槽孔，任何相邻的距离都不相等，要求加工精度高、工艺复杂、设备昂贵，致使单机造价很高，使轴向磁路电机在我国的推广受到极大的限制。后者，是一种组合式，简化了铁芯成型的工装设备，但是又不可避免地存在着齿与轭之间的工艺气隙，即额外增加了该气隙内的磁势降，而且在工艺上也添了一定的麻烦。

上面两种情况，都有铁芯的轭部。在目前电机的设计上，由于技术上的原因，往往将轭部的磁密选得很大，远大于齿部的磁密，因此，就增加了该段磁路的磁势降和铁损耗，无疑为提高电机效率带来障碍。

再者，目前已经出现的混合励磁发电机，是由励磁发电与永磁发电按轴向方向结合一体。其励磁作用的磁路与永磁作用的磁路，在转子极面上联成一体，仍是提供径向磁通。它的永磁发电部分与现行的普通永磁发电机没有什么区别。显然，它是在径向磁路永磁发电机的基础上，增加一段励磁发电部分。其结构相对复杂的多，制造工艺复杂，成本加大。又由于它有永磁和电磁两部分磁路，设计和计算都较为麻烦。另外，此种发电机电压调节所需要的磁场变化，是由电励磁部分来实现的，而该部分的磁场只占总磁场的一小部分。故它的变化，引起总磁场的变化较小，因此对电压的调节，有一定的局限性。尤其是转速、负载大幅度和频繁变化时，其电压调节就不能胜任了，如车用发电机。

本发明所提供的无轭、无槽轴向磁路电机，尤其是使用永磁、励磁混合结构，就是针对上述缺点和不足而设计的全新概念轴向磁路电机。

本发明第一个目的，是提供无轭、无槽轴向磁路电机，省去轭部和槽，更进一步提高硅钢的利用率，而且大大简化电机的加工工艺和工装设备，降低生产成本。

本发明再一个目的，是提供无轭、元槽轴向磁路电机，消除轭部的磁势降及其各种耗损。并且缩短了磁路，消除了工艺残余气隙，为再次提高电机效率，找到可行的办法。

本发明的一个重要目的，是提供无轭无槽，永磁、励磁混合励磁的轴向磁路发电机，实现了无刷励磁，克服了永磁发电机不能调压的缺点，为开发永磁材料和开发永磁发电机找出一条可靠有效的途径。

本发明另一目的，是提供无轭、无槽轴向磁路电机，增大了定子的散热面积，方便轴向、径向通风，在相同条件下，可增加电机单位重量的输出功率。

本发明再一目的，是提供无轭、无槽轴向磁路电机，适应定子注塑工艺及利用复合材料代替钢材，便于制造超微型电机。

本发明无轭、无槽轴向磁路电机是这样实现的：

在主要由机壳、转子、定子、轴承和机轴所组成的一种无轭、无槽、轴向磁路电机中，由各自独立的n个柱状铁芯和绕在铁芯上面的绕组构成无轭、无槽的定子，所说的n个柱状铁芯及其上面的绕组是由支承部件支承定位，并通过轴承套装在机轴上的。在定子铁芯两端具有转子，在转子上按圆周分布m个磁极。转子通过螺母、弹簧垫圈紧固在机轴上。电机无端盖。磁极数m与柱状铁芯数n的比例为1∶1或1∶2、2∶3。

本发明这种结构的电机也可以这样实现：定子铁芯及上面的线圈，通过支承部件与机轴结合一起，机轴的一端固定在支架上。转子与机壳结合一起，机壳通过轴承由机轴支承绕机轴旋转，机壳兼作皮带轮。

本发明这种结构的电机也可以这样实现：柱状铁芯的一端，按圆周分布，直接固定在支承板上，上面套有绕组线圈。带有磁极的转子在柱状铁芯的另一端，并且固定在机轴的一端，机轴由支承板通过轴承支承旋转。

本发明提供的无轭、无槽轴向磁路电机，其特征在于：无定子轭、无定子槽。用导磁材料卷制成的一定数目柱状体，作为定子铁芯。每个柱状铁芯上绕有线圈，按一定方式联结作为电枢；转子在定子的两端，在两转子之间能置以励磁绕组，无刷励磁。每只转子上同时使用永磁体磁极和励磁体磁极，共同建立气隙磁场，是一种轴向磁通的无刷混合励磁结构。

本发明无轭、无槽轴向磁路混合励磁电机是这样实现的：在主要由双转子、单定子、机轴、端盖组成的一种无轭、无槽轴向磁路电机中，永磁体、励磁体共同建立主磁场，具有双转子、双工作气隙，励磁绕组居两转子之间，每只转子上混合使用励磁体磁极和永磁体磁极。各自独立的柱状铁芯及绕在铁芯上的绕组，由支承板按圆周均布定位。励磁绕组固定在支承板的中央，即构成无轭、无槽轴向磁路带有励磁绕组的定子。

在这种结构的电机中，机轴中段作为励磁磁路，每只转子上，永磁极与励磁极交替放置。两只转子的磁势串联使用或并联使用，构成混合励磁结构。

本发明的电机也可以这样实现：在主要由机壳、转子、定子及机轴组成的无轭、无槽轴向磁路电机中，由各自独立柱状铁芯及绕在铁芯上面的绕组按圆周分布固定在支承板上，在定子的另一端具有转子，转子与机轴的一端紧固在一起，通过轴承装在支承板上。

本发明这种结构的电机可以这样实现：电机的磁极全部为永磁体或全部为励磁体。

本发明提供的无轭、无槽轴向磁路电机及混合励磁电机，其磁极数与柱状铁芯数按一定比例，可实现单相、两相、三相。

本发明提供的无轭、无槽轴向磁路电机，由上述结构特征不难看出，其优点在于：双转子结构，增强了气隙磁场，进而提高了单位体积输出功率。本结构能实现无刷混合励磁，永磁体磁极与励磁体磁极，穿插使用，做到了真正的″混合″，随时任意改变永磁体磁势与电励磁势的相互作用关系，及磁极排列状况。因此，主磁场可以在大范围内进行调节，进而解决了永磁发电机调压困难的问题。

本发明的另一优点，由于本发明的电机采用柱状铁芯，形状简单，可卷绕可叠制、方便加工成型，大大简化了工艺、工装设备等。由于采用带材硅钢，便于下料，使原材料的利用率更高，实现导磁体无废料生产。因此可大幅度降低生产成本，克服了现有盘式电机价格昂贵的缺点。

本发明的再一优点，由于无轭，消除该段磁路上的磁势降及其它损耗，简化和缩短了磁路，不仅计算设计方便，又能进一步提高效率。

本发明的又一优点：本电机可以使用无端盖结构，加之铁芯是若干独立的柱状体组成，表面积大，有自然形成的径向轴向通风孔道，具有良好的散热条件。并且无轭、无槽结构，适应定子注塑工艺。可以将轴向磁路电机向更精细的领域发展。

附图说明如下：

图1是本发明的实施例一，双转子无轭、无槽、混合励磁发电机的结构示意图。

图2a是本发明实施例二，转子在两端的无轭、无槽轴向磁路电机的结构示意图，图2b是图2a的A-A剖视图。

图3是本发明的电机为4极时，磁通途径展开图。

图4是本发明的实施例三的结构示意图。

图5是本发明的实施例四，转子在一端时的结构示意图。

图6a、6b是现有盘式电机定子铁芯结构示意图。

图中1.机轴 2.轴承 3.转子 3-1.励磁体磁极 3-2.永磁体磁极 4.机壳4-1.后端盖 4-2.前端盖 5.工作气隙 6.柱状铁芯 7.绕组 8.支承板(支承部件) 9.支架 10.励磁绕组

下面结合附图和实施例作进一步说明：

实施例一：参阅图1，该无轭、无槽轴向混合励磁发电机，主要由机轴1及上面的励磁绕组10、转子3、后端盖4-1、前端盖4-2、柱状铁芯6、支承板8等组成。由图可知：柱状铁芯6连同上面的绕组7，由支承板8定位组合，励磁绕组10通过绕组骨架固定在支承板8的中央，即构成电机的定子总成。定子总成由后端盖4-1和前端盖4-2夹持定位。转子3在柱状铁芯的两端，并与机轴1紧固一起，上面分布励磁体磁极3-1和永磁体磁极3-2。磁极端面与铁芯端面有工作气隙5。机轴由端盖上的轴承2支承旋转。转子上的磁极数与定子的铁芯数比例为1∶1或1∶2、2∶3。9为支架。

实施例二：参阅图2a，该无轭、无槽轴向磁路电机，主要由轴1、轴承2、机壳4、柱状铁芯6等组成。从图中可以看出转子3固定在机轴1上，转子3为一圆盘，上面具有凸起的磁极3-1。在两转子3之间为柱状铁芯6，在柱状铁芯6上有绕组7。它们由支承部件8，并通过轴承2套在机轴1上。铁芯6与磁极3-1之间有工作气隙5。机轴通过轴承由支承部件支承旋转。磁极数与柱状铁芯数的比例为1∶1或1∶2、2∶3。9为支架。

图3所示，是以4极电机为例来说明工作原理的展开图。中间是柱状铁芯6，两端是转子上的磁极3-1，图中虚线是主磁通的途径。磁极交替排列，当转子转动时，柱状铁芯内就有交变磁通产生，则铁芯6上的绕组7内就产生感生电动势。

实施例三：参阅图4，主要由机轴1、轴承2、转子3、机壳4、柱状铁芯6等组成。与实施例二不同之点，是柱状铁芯6连同其上的绕组7，由支承部件8与机轴1结合成一体，机轴1由紧固件与支架9固定在一起，不转动。而转子3则与机壳4由螺钉紧固一起，并通过轴承绕机轴1旋转。机壳兼作皮带轮。

实施例四，参阅图5，这是只有一端有转子的结构，转子3上有磁极3-1，而另一端则为柱状铁芯6与支承板8结合在一起的情况。9为支架。其它零件的名称和零件号均与实施例一、二相同。

Claims (10)

1、一种无轭、无槽、轴向磁路电机，它主要由机壳、转子、定子、轴承和机轴组成，其特征在于：由各自独立的柱状铁芯(6)和绕制在铁芯(6)上面的绕组(7)构成无轭、无槽的定子，所说的柱状铁芯(6)及其上面的绕组(7)是由支承部件(8)支承定位，并通过轴承(2)套装在机轴(1)上的；在定子铁芯两端具有转子(3)，在转子(3)上按圆周分布磁极(3-1)；转子(3)通过螺母、弹簧垫圈紧固在机轴(1)上；电机无端盖。

2、根据权利要求1所述的无轭、无槽轴向磁路电机，其特征在于：机壳(4)与定子固定在一起，机壳(4)下部具有支架(9)。

3、根据权利要求1所述的无轭、无槽轴向磁路电机，其特征在于：机壳(4)与转子(3)固定在一起，定子与机轴(1)固定在一起；机壳(4)外圆形成一皮带轮。

4、一种无轭、无槽、轴向磁路电机，主要由双转子、单定子、机轴、端盖组成，其特征在于：永磁体、励磁体共同建立主磁场，具有双转子(3)、双工作气隙(5)；励磁绕组(10)居两转子之间，每只转子上混合使用励磁体磁极(3-1)和永磁体磁极(3-2)，各自独立的柱状铁芯(6)及绕在铁芯(6)上面的绕组(7)，由支承板(8)按圆周均布定位，励磁绕组(10)固定在支承板(8)的中央，即构成无轭、无槽、轴向磁路带有励磁绕组的定子。

5、根据权利要求4所述的无轭、无槽、轴向磁路电机，其特征在于：机轴中段作为励磁磁路，每只转子上，永磁极与励磁极交替放置；两只转子的磁势串联使用或并联使用，构成混合励磁结构。

6、一种无轭、无槽轴向磁路电机，主要由机壳、转子、定子及机轴组成，其特征在于：由各自独立柱状铁芯(6)及绕在铁芯(6)上面的绕组(7)，按圆周分布固定在支承板(8)上，在定子的另一端具有转子(3)，转子(3)与机轴(1)的一端紧固一起，通过轴承(2)装在支承板(8)上。

7、根据权利要求1、4、6所述的无轭、无槽轴向磁路电机，其特征在于：磁极全部为永磁体。

8、根据权利要求1、4、6所述的无轭、无槽轴向磁路电机，其特征在于：磁极全部为励磁体。

9、根据权利要求1、2、3所述的无轭、无槽轴向磁路电机，其特征在于：转子上的磁极为永磁体、励磁体混合放置。

10、根据权利要求1、4、6所述的无轭、无槽轴向磁路电机，其特征在于：磁极数与柱状铁芯数的比例为1∶1或1∶2、2∶30。

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