CN106385121A - 低损耗组合式径向磁通非晶合金电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低损耗组合式径向磁通非晶合金电机，包括机壳、组合式定子铁心、电枢绕组、端盖、轴承、转轴和转子；所述的组合式定子铁心包含硅钢片铁心和m×n个U型非晶合金铁心，硅钢片铁心开有m个槽，每个槽中包含n个U型非晶合金铁心，m×n个U型非晶合金铁心位于硅钢片铁心槽内，U型非晶合金铁心与硅钢片铁心紧密贴合在一起。该结构减小了非晶合金定子铁心的加工难度，有效避免了加工对非晶合金材料性能的影响，减小了电机定子铁心损耗，有助于提高非晶合金电机的性能。此外，该结构还有效解决了非晶合金带材宽度对电机尺寸的限制问题。

Description

低损耗组合式径向磁通非晶合金电机

技术领域

本发明属于径向磁通电机领域，主要涉及一种低损耗组合式径向磁通非晶合金电机。

背景技术

非晶合金是一种诞生于20世纪70年代的新型软磁材料，具有优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高强度、高硬度与高电阻率等特性，厚度仅有0.025mm。非晶合金与传统硅钢片相比，具有非常小的铁心损耗，尤其是在高频段，非晶合金低损耗特性尤为显著。因此，非晶合金带材非常适用于高速高频电机。非晶合金带材薄、脆、硬，传统冲压工艺对冲模造成非常严重的损坏，造成电机制造工艺增加。同时，非晶合金带材对加工工艺敏感，线切割、冲压、焊接等工艺容易造成非晶合金铁心片间绝缘的损坏，引起损耗增加。由于上述种种缺点，非晶合金带材应用于径向磁通电机有很大的难度。

许多研究人员提出了适合非晶合金材料加工的非晶合金铁心拓扑结构，但均存在不同程度的缺陷：

（1）中国专利CN101882816A提出了一种基于模块化方式构建的非晶合金定子磁路的交流电机。其定子铁心由N块互相联结拼合成环状柱体的非晶合金模块互相联结拼合而成，拼接模块均为瓦片状的圆弧形柱面体，该圆弧形圆柱体用制造厂提供的、已经退火、浸渍和烘干处理的极薄非晶态合金片层叠棒再切割而成，层叠棒的层叠厚度即是瓦片状模块的轴向长度。非晶合金模块沿外圆弧面的左右半径两壁上分别设置沿层叠厚度方向伸展的凸楞和凹槽，借助凸楞和凹槽将N个非晶合金模块准确配合，组成一个完整的非晶合金定子铁心。该发明的特点是：采用模块化方式构建的非晶合金定子磁路有利于制造更大直径的定子，但是在制造过程中需要对非晶合金进行大量的切割，造成非晶合金铁心性能的恶化。

（2）中国专利CN101976895A提出了一种无槽非晶合金径向磁路电机。该电机定子铁心由非晶合金带材卷绕而成，定子绕组同样整体呈圆筒形，定子套组与定子铁心通过定子绕组内壁的金属加强衬套进行固定。转子铁心由非晶合金材料制成空心柱状结构，永磁体镶嵌或套于转子铁心外表面固定。该结构的特点是减少了非晶合金铁心的加工量，避免了齿槽加工难度、节约工时，但是无槽结构限制了非晶合金电机的功率，在大功率电机中难以发挥其优势。

（3）中国专利CN101286676A提出一种用于高速电机的非晶合金定子铁心的制备方法，首先切割非晶合金带材，形成具有预定长度的多个非晶合金片，然后对上述非晶合金片进行叠压，形成具有预定厚度的非晶合金片层叠棒，对形成的层叠棒进行退火并用粘结剂浸渍，浸渍后对层叠棒进行固化，最后以预定形状和尺寸切割层叠棒，形成非晶合金定子铁心。该制造径向非晶合金铁心的方法较为复杂，难度大，同时制造过程中采用浸渍、切割工艺容易造成非晶合金铁心损耗的增加。

（4）中国专利CN102738976A提出了一种电机用非晶合金铁心的制造方法。首先对非晶合金带材进行横向剪切，得到多个形状相同的非晶切片，然后对非晶切片进行堆叠、压实、卡紧，整体切割后沿定子轴向进行机械固定，最后对完整的非晶合金铁心进行整体退火。与中国专利CN101286676A中技术相比，该方法用机械固定取代了非晶叠片间的粘接固定，解决了层间粘接法层间易断裂、粘接应力无法消除导致铁心性能下降等问题，但是该方法同样存在切割、压紧等工艺，同样会带来非晶合金铁心性能的恶化。

（5）美国专利US6960860B1提出三种制作径向磁通非晶合金定子铁心的制造方法，第一种方法是首先卷绕成环形非晶铁心作为电机的轭部，然后在环形铁心内部粘结齿模块，该方法制作的非晶铁心磁路中包含多个气隙，磁阻增大，同时也存在轭部涡流损耗增大、结构稳定性较差等问题。第二种方法是将铁心齿部和相应齿联轭叠成预定形状，用环氧树脂或金属带进行固定、形成单个铁心模块，再进行拼接。该制作方法和第一种方法类似，也存在附加气隙、轭部铁心涡流损耗较大和稳定性差等问题；第三种方法是使用不同长度的非晶带材进行冲压，制成弓形的拼接模块，树脂铸型后拼接成非晶定子铁心，该方法制备的非晶铁心结构稳定性好，但是轭部磁路会出现横穿非晶带材的情况，局部磁阻过高，影响非晶定子铁心性能。

（6）中国专利CN102545415A提出了一种非晶合金径向磁场电机的定子铁心结构，其定子铁心包含n×Q个U型非晶合金铁心，分成n组轴向叠放，每组有Q个U型非晶合金铁心，呈环形排布，Q为电机槽数。该定子铁心结构包含n组U型非晶合金铁心和一个筒状铁心，n组U型非晶合金铁心固定在筒状铁心内壁上，筒状铁心内表面和外表面是圆形或多边形，由软磁材料制成。该非晶合金定子铁心的特点是不需要切割定子齿槽，减小了非晶合金定子铁心的加工难度，避免了加工工艺对非晶合金带材性能的影响，但是该结构槽口尺寸较大造成电机高速运行时转子损耗增加，U型非晶合金铁心固定难度较大。

发明内容

发明目的

为了解决非晶合金带材对加工工艺的敏感，减小非晶合金铁心的加工工艺，解决非晶合金铁心受带材宽度限制的问题，本发明提供一种低损耗组合式径向磁通非晶合金电机。

技术方案

一种低损耗组合式径向磁通非晶合金电机，包括机壳、组合式定子铁心、电枢绕组、端盖、轴承、转轴和转子；组合式定子铁心嵌入机壳内，电枢绕组从组合式定子铁心槽中穿过，转子装配于转轴上，机壳的两端设有端盖，转轴通过轴承支撑于端盖中央；所述的组合式定子铁心包含硅钢片铁心和m×n个U型非晶合金铁心，硅钢片铁心开有m个槽，每个槽中包含n个U型非晶合金铁心，m×n个U型非晶合金铁心位于硅钢片铁心槽内，U型非晶合金铁心与硅钢片铁心紧密贴合在一起。

m为定子槽数，m个U型非晶合金铁心在硅钢片铁心槽内依次环形排列，n为每个硅钢片铁心槽内轴向方向上的U型非晶合金铁心个数，n个U型非晶合金铁心在硅钢片铁心的槽内轴向叠加放置到电机轴向所需长度，形成组合式定子铁心。

硅钢片铁心的槽左侧为左侧槽壁面，右侧为右侧槽壁面，上部为上槽壁面，槽下部具有两个切口面，左侧切口面为第一齿顶斜面，右侧切口面为第二齿顶斜面；在硅钢片铁心槽内，每个U型非晶合金铁心与硅钢片铁心槽壁面紧密贴合，即U型非晶合金铁心左侧外表面与硅钢片铁心槽左侧槽壁面贴合，U型非晶合金铁心右侧外表面与硅钢片铁心槽右侧槽壁面贴合，U型非晶合金铁心上表面与硅钢片铁心槽上槽壁面贴合，U型非晶合金铁心的两个切口面分别与与硅钢片铁心的第一齿顶斜面、第二齿顶斜面贴合。

电机转子是永磁式转子、磁阻式转子、和闭合绕组式感应转子中的一种或两种组合。

所述的U型非晶合金铁心制造方法如下：

根据所需的U型铁心尺寸，将非晶合金带材绕制在模具上并整形固化，固化完成后，切割开口形成U型铁心。

所述U型非晶合金铁心是将非晶带材层层叠压，形成非晶合金叠棒，然后切割成所需形状的U型铁心。

优点及效果

本发明是一种低损耗组合式径向磁通非晶合金电机，具有如下优点和有益效果：

（1）本发明提出的组合式定子铁心由U型非晶合金铁心与硅钢片铁心组成，减小了传统径向非晶合金定子铁心的加工难度，同时减弱了非晶合金材料对加工工艺的敏感性。

（2）本发明提出的组合式定子铁心其大小不受非晶合金带材宽度的限制，通过轴向方向上U型非晶合金铁心的组合，可以满足不同电机铁心轴向长度的需求。

（3）本发明提出的组合式非晶合金永磁电机，其定子槽开口小，有利于高转速下减小电机转子损耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为组合式定子铁心正视图。

图3为非晶合金带材示意图。

图4为卷绕非晶合金带材模具。

图5为最终成型的U型非晶合金铁心。

图6为叠压而成的非晶合金棒材。

图7为切割成型的U型非晶合金铁心。

附图标记说明：

1、机壳；2、组合式定子铁心；3、绕组；4、端盖；5、轴承；6、转轴；7、转子；10、开槽硅钢片铁心；11、U型非晶合金铁心；101、上槽壁面；102、左侧槽壁面；103、右侧槽壁面；104、第一齿顶斜面；105、第二齿顶斜面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明提供一种低损耗组合式径向磁通非晶合金电机，如图1所示，包括机壳1、组合式定子铁心2、电枢绕组3、端盖4、轴承5、转轴6和转子7；其特征在于：组合式定子铁心2嵌入机壳1内，电枢绕组3从组合式定子铁心2槽中穿过，转子7装配于转轴6上，机壳1的两端设有端盖4，转轴6通过轴承5支撑于端盖4中央；所述的组合式定子铁心2包含硅钢片铁心10和m×n个U型非晶合金铁心11，硅钢片铁心10开有m个槽，每个槽中包含n个U型非晶合金铁心11，m×n个U型非晶合金铁心11位于硅钢片铁心10槽内，U型非晶合金铁心11与硅钢片铁心10紧密贴合在一起。将U型非晶合金铁心放置于硅钢片铁心槽内，减小了U型非晶合金铁心的槽开口，同时有利于U型非晶合金与硅钢片铁心的装配。

m为电机定子槽数，m个U型非晶合金铁心11在硅钢片铁心10槽内依次环形排列。n为整数，根据电机铁心轴向长度确定，即n为每个硅钢片铁心槽内轴向方向上的U型非晶合金铁心11的个数，n个U型非晶合金铁心11在硅钢片铁心的槽内轴向叠加放置到电机轴向所需铁心长度，形成组合式定子铁心。n个U型非晶合金铁心轴向放置解决了非晶合金带材宽度的限制问题。

如图2所示，U型非晶合金铁心开口槽面朝内，即U型非晶合金铁心开口面朝向转子，硅钢片铁心10的槽左侧为左侧槽壁面102，右侧为右侧槽壁面103，上部为上槽壁面101，槽下部具有两个切口面，左侧切口面为第一齿顶斜面104，右侧切口面为第二齿顶斜面105；在硅钢片铁心10槽内，每个U型非晶合金铁心11与硅钢片铁心槽壁面紧密贴合，即U型非晶合金铁心左侧外表面与硅钢片铁心槽左侧槽壁面102贴合，U型非晶合金铁心右侧外表面与硅钢片铁心槽右侧槽壁面103贴合，U型非晶合金铁心上表面与硅钢片铁心槽上槽壁面101贴合，U型非晶合金铁心的两个切口面分别与与硅钢片铁心的第一齿顶斜面104、第二齿顶斜面105贴合。U型非晶合金外表面与硅钢片铁心槽壁面的紧密结合，有助于减小磁路磁阻，提高电机性能。

电机转子可以是永磁式转子、磁阻式转子、或闭合绕组式感应转子，或者上述转子的两两组合。不同的转子结构以及不同转子结构的组合，能够更好满足不同应用领域对电机性能的要求，有利于提高本发明所提出的电机的性能。

如图3、图4、图5所示，所述的U型非晶合金铁心11制造方法如下：根据所需的U型铁心尺寸，将非晶合金带材绕制在模具上，并整形固化，固化完成后，切割开口形成所需尺寸的U型非晶合金铁心。组合式定子中的硅钢片铁心可通过传统冲压制造工艺得到。该U型非晶合金铁心的制造方法减小了加工工艺对非晶合金带材性能的影响，并且易于加工制造。

如图6、图7所示，所述U型非晶合金铁心的另一种制造方法，将非晶合金带材层层叠压，整形固化得到非晶合金叠棒，最后切割非晶合金叠棒得到所需的U型非晶合金铁心。该U型非晶合金铁心的制造方法有利于控制U型非晶合金铁心的加工精度。

卷绕成型或切割成型的U型非晶合金铁心11嵌入硅钢片铁心10内，二者组合构成低损耗组合式径向磁通非晶合金永磁电机的定子铁心，电枢绕组从U型非晶合金铁心11槽中通过。该组合式结构的特点是减小了非晶合金定子铁心的加工难度，有效避免了加工对非晶合金材料性能的影响，减小了电机定子铁心损耗，有助于提高非晶合金电机的性能。此外，该结构有效解决了非晶合金带材宽度对电机尺寸的限制。

本发明的工作过程如下：

本发明提出的低损耗组合式径向磁通非晶合金电机，定子采用U型非晶合金铁心与硅钢片铁心组合在一起，电机绕组接通电源流过电流，磁场通过组合式定子铁心闭合，在电磁场作用下，电机转子在轴承支撑下旋转，输出机械能，但旋转磁场同时在定子铁心中产生损耗，由于采用了本发明提出的组合式定子结构，降低了电机铁心损耗，提高了电机效率，因此，低损耗组合式径向磁通非晶合金电机具有高效率的优点。

结论：本发明所述的低损耗组合式径向磁通非晶合金电机，具有制造简单，损耗小、效率高的优点，利于节能。

Claims (6)

1.一种低损耗组合式径向磁通非晶合金电机，包括机壳（1）、组合式定子铁心（2）、电枢绕组（3）、端盖（4）、轴承（5）、转轴（6）和转子（7）；其特征在于：组合式定子铁心（2）嵌入机壳（1）内，电枢绕组（3）从组合式定子铁心（2）槽中穿过，转子（7）装配于转轴（6）上，机壳（1）的两端设有端盖（4），转轴（6）通过轴承（5）支撑于端盖（4）中央；所述的组合式定子铁心（2）包含硅钢片铁心（10）和m×n个U型非晶合金铁心（11），硅钢片铁心（10）开有m个槽，每个槽中包含n个U型非晶合金铁心（11），m×n个U型非晶合金铁心（11）位于硅钢片铁心（10）槽内，U型非晶合金铁心（11）与硅钢片铁心（10）紧密贴合在一起。

2.根据权利要求1所述的低损耗组合式径向磁通非晶合金电机，其特征在于：m为定子槽数，m个U型非晶合金铁心（11）在硅钢片铁心（10）槽内依次环形排列，n为每个硅钢片铁心槽内轴向方向上的U型非晶合金铁心（11）个数，n个U型非晶合金铁心（11）在硅钢片铁心的槽内轴向叠加放置到电机轴向所需长度，形成组合式定子铁心。

3.根据权利要求1所述的低损耗组合式径向磁通非晶合金电机，其特征在于：硅钢片铁心（10）的槽左侧为左侧槽壁面（102），右侧为右侧槽壁面（103），上部为上槽壁面（101），槽下部具有两个切口面，左侧切口面为第一齿顶斜面（104），右侧切口面为第二齿顶斜面（105）；在硅钢片铁心（10）槽内，每个U型非晶合金铁心（11）与硅钢片铁心槽壁面紧密贴合，即U型非晶合金铁心左侧外表面与硅钢片铁心槽左侧槽壁面（102）贴合，U型非晶合金铁心右侧外表面与硅钢片铁心槽右侧槽壁面（103）贴合，U型非晶合金铁心上表面与硅钢片铁心槽上槽壁面（101）贴合，U型非晶合金铁心的两个切口面分别与与硅钢片铁心的第一齿顶斜面（104）、第二齿顶斜面（105）贴合。

4.根据权利要求1所述的低损耗组合式径向磁通非晶合金电机，其特征在于：电机转子是永磁式转子、磁阻式转子、和闭合绕组式感应转子中的一种或两种组合。

5.根据权利要求1所述的低损耗组合式径向磁通非晶合金电机，其特征在于：所述的U型非晶合金铁心（11）制造方法如下：

根据所需的U型铁心尺寸，将非晶合金带材绕制在模具上并整形固化，固化完成后，切割开口形成U型铁心。

6.根据权利要求1所述的低损耗组合式径向磁通非晶合金电机，其特征在于：所述U型非晶合金铁心（11）是将非晶带材层层叠压，形成非晶合金叠棒，然后切割成所需形状的U型铁心。