CN109274234A - 一种复合励磁非晶合金轴向磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，定子铁心是由6*n个模块组合成的环形状的模块化非晶合金定子铁心，n为正整数，每个模块是由定子轭部、定子齿部和定子轭部圆周方向一侧的永磁体组成的，相邻永磁体的极性相反；所述的定子铁心侧面有6*n个定子齿，有6*n个开口槽，永磁体极数为6*n，转子位于定子齿侧，转子的转子轭部靠近定子侧有5*n个铁磁极，绕组缠绕于定子齿部上；定子和转子位于机壳内部，定子固定在机壳上，转子通过转子支架固定在电机转轴上。本发明所述的复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，具有制造简单、损耗小、功率密度高、弱磁扩速范围广的优点。

Description

一种复合励磁非晶合金轴向磁阻电机

技术领域

本发明属于轴向磁通电机领域，主要涉及一种复合励磁非晶合金轴向磁阻电机。

背景技术

非晶合金带材作为一种新型的软磁材料，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。与传统硅钢片相比，非晶合金尤其是在高频段具有非常小的铁心损耗，因此非晶合金带材非常适用于高速高频电机。传统的非晶合金轴向磁通永磁同步电机采用的都是双转子单定子的永磁结构，这种结构的电机转子表面贴有永磁体，定子两边套有电枢绕组，具有功率密度高、转矩密度大和效率高等优点。但是由于永磁材料的固有特性，非晶合金轴向磁通永磁同步电机内气隙磁场基本保持恒定，且传统的永磁结构的轴向磁通电机一般多采用表贴式磁极结构，这种结构的气隙大、电感小、凸极率基本为1，使得存在着励磁调节困难、弱磁调速范围比较窄、永磁体容易退磁等居多问题，已经成为了制约该电机发展的一个瓶颈。使得非晶合金轴向磁通永磁同步电机的应用受到了很大的约束。

为了追求电机的高功率转矩密度、高效率和磁场可以控制的效果，许多研究人员提出了采用混合励磁形式的不同种类拓扑结构来解决传统永磁同步电机磁场难以调节、不利于弱磁扩速等问题，但均仍旧存在不同程度的缺陷：

（1）中国专利CN201310301385.0提出了一种双定子盘式混合励磁电机包括两个定子、永磁体、三相集中电枢绕组、单相集中励磁绕组和转子。定子与转子同轴安装，转子放于两个定子之间。永磁体、电枢绕组和电励磁绕组都位于定子，转子上既无永磁体又无绕组，结构简单。气隙磁场由电励磁绕组产生的电励磁磁场和永磁体产生的永磁磁场共同构成，通过改变电励磁电流实现气隙磁场的调节。结构上保留了盘式磁通切换永磁电机紧凑、简单、适于高速运行的特点，无需额外增加电机体积就可以实现混合励磁功能，保证了该结构电机具有较强的转矩输出能力和较高的功率密度。但是其永磁体位于定子，拼装式定子铁心增加了工艺和装配的难度，且电励磁磁路经永磁体，增大了励磁绕组的铜耗。

（2）中国专利CN201610317337.4提出了一种混合励磁轴向磁通调制式复合结构电机，目的是为了解决现有的混合励磁电机输出转矩小的问题。所述转轴依次穿过永磁外定子、一号调磁环、内定子、二号调磁环和电励磁外定子，且永磁外定子、内定子和电励磁外定子均通过轴承与转轴转动连接，调磁环转子与转轴固定连接，永磁外定子与一号调磁环之间、一号调磁环与内定子之间、内定子与二号调磁环之间、以及二号调磁环和电励磁外定子之间均留有间隙；永磁体采用Halbach结构90°充磁方式进行充磁；一号调磁环和二号调磁环均由调磁铁块和环氧树脂非导磁材料沿圆周方向间隔排列组成。但其结构较为复杂，且Halbach结构增加了制作工艺上的难度。

（3）中国专利CN200310109497.2提出了一种可控磁场永磁盘式电机，定子组件主要由内定子铁心、外定子铁心、左电枢线圈、右电枢线圈和直流励磁线圈组成，其中，左、右电枢线圈分别嵌置在内、外定子铁心的左、右两侧，直流励磁线圈置于内定子铁心及外定子铁心之间；转子组件具有左、右两个转子组件，左(右)转子组件上相对于外定子铁心的位置间隔一个极距嵌入永磁体N极(S极)，同时，相对于内定子铁心的位置间隔一个极距嵌入永磁体S极(N极)，永磁体N极和S极错开一个极距。但是该电机直流励磁磁路部分经过永磁体，增加了励磁磁路的磁阻，励磁铜耗较大。

（4）中国专利CN201310418173.0提出了一种定子分割式轴向磁通切换型混合励磁同步电机，包括定子和转子，定子由内外两层“H”型单元定子铁心拼接成两个卷绕的同心圆环，隔磁环将两个同心圆环分开，电枢绕组采用集中绕组，电枢绕组缠绕在两个相邻“H”型单元定子铁心的定子齿上，永磁体成N、S极相间分布在相邻“H”型单元定子铁心中间；永磁体与定子槽均采用长方形结构；励磁支架位于永磁体正上方，由隔磁环分开，励磁绕组轴向缠绕在励磁支架上，转子采用盘式结构，包括转子磁轭及成放射状均匀固定于其表面的转子极，定子和转子同轴相连。采用隔磁环将定子分割为内外两部分，使电励磁磁路与永磁体磁路并联，两者磁路耦合减少，大大提高了永磁体利用率，电机效率得到明显提高。但是定子齿部处同时受电枢绕组、电励磁绕组、永磁体产生磁通作用，易达到饱和状态，降低电机调磁能力。

轴向磁通永磁同步电机内气隙磁场基本保持恒定，且气隙较大，每相串联匝数较小，不利于弱磁扩速。

发明内容

发明目的

为了能够实现轴向磁通永磁同步电机气隙磁场的简单灵活、经济有效的调节与控制从而改善电机调速与驱动性能，避免出现永磁体发生不可逆退磁，由此引入了一种复合型非晶合金轴向磁通电机。

技术方案

一种复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，包括定子、转子、永磁体、转轴和机壳，定子包括定子铁心和绕组，转子包括转子轭部和铁磁极；其特征在于：定子铁心是由6*n个模块组合成的环形状的模块化非晶合金定子铁心，n为正整数，每个模块是由定子轭部、定子齿部和定子轭部圆周方向一侧的永磁体组成的，相邻永磁体的极性相反；所述的定子铁心侧面有6*n个定子齿，有6*n个开口槽，永磁体极数为6*n ，转子位于定子齿侧，转子的转子轭部靠近定子侧有5*n个铁磁极，绕组缠绕于定子齿部上；定子和转子位于机壳内部，定子固定在机壳上，转子通过转子支架固定在电机转轴上。

所述定子铁心的两侧各有6*n个定子齿，两侧各有6*n个开口槽，永磁体极数为6*n，2个转子分别位于定子的两侧，每个转子的转子轭部（4）靠近定子侧有5*n个铁磁极。

所述定子铁心为模块化的非晶合金，每个模块是由定子轭部、2个定子齿部和定子轭部一侧的永磁体组成的，呈“十”字形。

所述绕组包括电励磁绕组和电枢绕组；电励磁绕组和电枢绕组沿轴向并列，且电枢绕组位于定子槽外侧、电励磁绕组位于定子槽内侧。

所述电枢绕组的缠绕宽度大于电励磁绕组的缠绕宽度。

所述铁磁极具有导磁性能

一种如所述的复合励磁非晶合金轴向磁阻电机定子铁心的制造方法，其特征在于：制造方法如下：

根据所需环形状的模块化非晶合金定子铁心尺寸，将非晶合金带材绕制在模具上并整形固化，按尺寸切割并得到定子齿部和定子轭部并利用模具固定在机壳上。

所述定子轭部套有一圈隔断胶条。

优点及效果

本发明是一种复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，具有如下优点和有益效果：

（1）本发明提出的复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，改变直流励磁电流的极性和大小，可以方便地实现对气隙总磁场的调节，具有良好的转速调节及恒压发电能力。

（2）本发明提出的电励磁磁通路径不经永磁体，直流励磁电流产生的磁动势不叠加于永磁体上，避免了在通入较大励磁电流时可能存在的永磁体退磁问题，提高了电机运行的可靠性。

（3）本发明提出双转子复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，电励磁磁通路径由定子铁心、气隙、铁磁极、转子轭部构成，在铁心达到饱和前磁路磁阻非常低，可以通入更少的励磁绕组电流即可达到较高的调磁水平。

（5）本发明提出的定子结构简单，易于加工，减少了非晶合金铁心材料性能受加工工艺的影响。

（6）本发明提出复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，其电励磁绕组位于定子，转子结构简单，保证了转子结构的强度及可靠性。

附图说明

图1为本发明的电机结构示意图；

图2为本发明的电机定、转子结构示意图；

图3为定子铁心模块示意图；

图4为定子铁心模块套有隔断胶条的示意图。

附图标记说明：

1.定子铁心、2.电枢绕组、3.电励磁绕组、4.转子轭部、5.永磁体、6.铁磁极、7.定子齿部、8.定子轭部、9.机壳、10.转子支架、11.转轴、12.隔断胶条。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例1

一种复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，包括定子、转子、永磁体5、转轴11和机壳9，定子包括定子铁心1和绕组，转子包括转子轭部4和铁磁极6；定子铁心1是由6*n个模块组合成的环形状的模块化非晶合金定子铁心，n为正整数，每个模块是由定子轭部8、定子齿部7和定子轭部8圆周方向一侧的永磁体5组成的，相邻永磁体5的极性相反；所述的定子铁心1侧面有6*n个定子齿，有6*n个开口槽，永磁体5极数为6*n ，转子位于定子齿侧，转子的转子轭部4靠近定子侧有5*n个铁磁极6，铁磁极（6）具有导磁性能。绕组缠绕于定子齿部7上；绕组包括电励磁绕组3和电枢绕组2；电励磁绕组3和电枢绕组2沿轴向并列，且电枢绕组2位于定子槽外侧、电励磁绕组3位于定子槽内侧。电枢绕组2的缠绕宽度大于电励磁绕组3的缠绕宽度。定子和转子位于机壳9内部，定子固定在机壳9上，转子通过转子支架10固定在电机转轴11上。

实施例2

如图1、图2和图3所示，一种复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，包括定子、转子、永磁体5、转轴11和机壳9，定子包括定子铁心1和绕组，转子包括转子轭部4和铁磁极6；定子铁心1是由6*n个模块组合成的环形状的模块化非晶合金定子铁心，n为正整数，每个模块是由定子轭部8、定子齿部7和定子轭部8圆周方向一侧的永磁体5组成的，相邻永磁体5的极性相反；定子铁心1的两侧各有6*n个定子齿，两侧各有6*n个开口槽，永磁体5极数为6*n ，2个转子分别位于定子的两侧，每个转子的转子轭部4靠近定子侧有5*n个铁磁极6。定子铁心1为模块化的非晶合金，每个模块是由定子轭部8、2个定子齿部7和定子轭部8一侧的永磁体5组成的，呈“十”字形。铁磁极（6）具有导磁性能。绕组缠绕于定子齿部7上；绕组包括电励磁绕组3和电枢绕组2；电励磁绕组3和电枢绕组2沿轴向并列，且电枢绕组2位于定子槽外侧、电励磁绕组3位于定子槽内侧。电枢绕组2的缠绕宽度大于电励磁绕组3的缠绕宽度。定子和转子位于机壳9内部，定子固定在机壳9上，转子通过转子支架10固定在电机转轴11上。

复合励磁非晶合金轴向磁阻电机定子铁心的制造方法：

根据所需环形状的模块化非晶合金定子铁心尺寸，将非晶合金带材绕制在模具上并整形固化，按尺寸切割并得到定子齿部7和定子轭部8并利用模具固定在机壳上，定子轭部8套有一圈隔断胶条12，隔断胶条12为耐热胶条，用于隔断电枢绕组2和电励磁绕组3。如图4所示。

本发明的工作过程如下：

本发明实施例提出的复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，电机电枢绕组通入交流电源，电励磁绕组通入直流励磁绕组，当通入增磁电流时，电励磁磁链与永磁磁链相位相同，方向相同起增磁作用，当通入去磁电流时，两者磁链极性相反，起去磁作用。因此，复合励磁非晶合金轴向磁通具有高弱磁扩速范围的优点。

结论：本发明所述的复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，具有制造简单、损耗小、功率密度高、弱磁扩速范围广的优点。

Claims (8)

1.一种复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，包括定子、转子、永磁体、转轴和机壳，定子包括定子铁心和绕组，转子包括转子轭部和铁磁极；其特征在于：定子铁心是由6*n个模块组合成的环形状的模块化非晶合金定子铁心，n为正整数，每个模块是由定子轭部、定子齿部和定子轭部圆周方向一侧的永磁体组成的，相邻永磁体的极性相反；所述的定子铁心侧面有6*n个定子齿，有6*n个开口槽，永磁体极数为6*n ，转子位于定子齿侧，转子的转子轭部靠近定子侧有5*n个铁磁极，绕组缠绕于定子齿部上；定子和转子位于机壳内部，定子固定在机壳上，转子通过转子支架固定在电机转轴上。

2. 根据权利要求1所述的复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，其特征在于：所述定子铁心的两侧各有6*n个定子齿，两侧各有6*n个开口槽，永磁体极数为6*n ，2个转子分别位于定子的两侧，每个转子的转子轭部靠近定子侧有5*n个铁磁极。

3.根据权利要求2所述的复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，其特征在于：所述定子铁心为模块化的非晶合金，每个模块是由定子轭部、2个定子齿部和定子轭部一侧的永磁体组成的，呈“十”字形。

4.根据权利要求1所述的复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，其特征在于：所述绕组包括电励磁绕组和电枢绕组；电励磁绕组和电枢绕组沿轴向并列，且电枢绕组位于定子槽外侧、电励磁绕组位于定子槽内侧。

5.根据权利要求4所述的复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，其特征在于：所述电枢绕组的缠绕宽度大于电励磁绕组的缠绕宽度。

6.根据权利要求1所述的复合励磁非晶合金轴向磁阻电机，其特征在于：所述铁磁极具有导磁性能。

7.一种如权利要求1所述的复合励磁非晶合金轴向磁阻电机定子铁心的制造方法，其特征在于：制造方法如下：

根据所需环形状的模块化非晶合金定子铁心尺寸，将非晶合金带材绕制在模具上并整形固化，按尺寸切割并得到定子齿部和定子轭部并利用模具固定在机壳上。

8.根据权利要求7所述的复合励磁非晶合金轴向磁阻电机定子铁心的制造方法，其特征在于：所述定子轭部套有一圈隔断胶条。