CN110212727A - 一种永磁轴向磁通电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁轴向磁通电机，转子包括转子背铁和设在转子背铁上的磁钢，定子包括定子本体和设在定子本体上的定子绕组；定子本体包括环形定子铁芯基体和设在环形定子铁芯基体端面的定子铁芯嵌件，环形定子铁芯基体由取向硅钢铁芯和无取向硅钢铁芯嵌套而成，定子铁芯嵌件为无取向硅钢铁芯。使用时，通过改变定子铁芯的结构，阻止定子齿部取向硅钢铁芯产生的磁力线进入定子轭部的取向硅钢铁芯部分，减小齿部漏磁、减小气隙中磁通脉动，提高电机性能。

Description

一种永磁轴向磁通电机

技术领域

本发明涉及磁通电机的技术领域，具体地说是一种永磁轴向磁通电机。

背景技术

盘式永磁电机，轴向尺寸短、重量轻、体积小、结构紧凑；此外转子的转动惯量小，机电时间常数小，峰值扭矩高，低速运行稳定，应用于中小风力发电领域能实现微风启动，极具发展潜力。

传统的电机由于定子铁芯的存在，电机运行过程中会存在定转子电磁吸力、 铁芯损耗和齿槽转矩等缺点。同时,现有的永磁同步电机齿部存在漏磁现象,磁钢的利用率不高，气隙磁密较低，继而影响到电机转矩密度，效率等电性能参数；在具体的使用中, 电机齿部在不同模态下会发生振动和变形，影响了电机的寿命并且增加了电机的噪声。

盘式电机加工复杂，尤其对于取向硅钢应用于盘式电机，取向与无取向混合使用的多种材料拼接盘式电机制造复杂，性能难以得到保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的永磁轴向磁通电机，通过对定子结构的改进，提高轴向磁通电机的气隙磁密，减小漏磁系数。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种永磁轴向磁通电机，包括机壳、和设在机壳内的定子和转子，转子设于转轴上，其特征在于：转子包括转子背铁和设在转子背铁上的磁钢，定子包括定子本体和设在定子本体上的定子绕组；定子本体包括环形定子铁芯基体和设在环形定子铁芯基体端面的定子铁芯嵌件，环形定子铁芯基体由取向硅钢铁芯和无取向硅钢铁芯嵌套而成，定子铁芯嵌件为无取向硅钢铁芯。

优选的，环形定子铁芯基体包括一组上、下对称设置的环形取向硅钢铁芯和设置于上、下环形取向硅钢铁芯之间的环形无取向硅钢铁芯；环形取向硅钢铁芯设有定子槽，定子槽将环形取向硅钢铁芯分割出定子齿部，定子槽底部连同环形无取向硅钢铁芯共同形成定子轭部，定子槽底部开设有通孔，用以阻止定子齿部取向硅钢铁芯产生的磁力线进入定子轭部的取向硅钢铁芯部分。

进一步，环形无取向硅钢铁芯表面设有大燕尾槽，开通孔的下方设有小燕尾槽，大小燕尾槽拼合形成工字槽，工字槽内设有定子铁芯嵌件，所述的定子铁芯嵌件为工字型无取向硅钢铁芯。所述通孔为若干个平行设置的方形槽，通孔的总长度小于定子槽的槽底宽度，定子槽为平底槽。

进一步，设有左、右两个对称设置的转子，定子设置于两个转子之间，N极磁钢和S极磁钢交错设置于转子背铁上，使得左、右两个转子的磁钢极性相同。

更进一步，工字型无取向硅钢铁芯由上、中、下三段无取向硅钢铁芯拼接而成，上、下段无取向硅钢铁芯对称设置，中段无取向硅钢铁芯的宽度小于上、下段无取向硅钢铁芯，三段无取向硅钢铁芯的边部拼合呈内凹的弧形结构。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，定子本体包括环形定子铁芯基体和设在环形定子铁芯基体端面的定子铁芯嵌件，环形定子铁芯基体由取向硅钢铁芯和无取向硅钢铁芯嵌套而成，定子铁芯嵌件为无取向硅钢铁芯，减小齿部漏磁、减小气隙中磁通脉动，提高电机性能；

2、本发明的技术方案的中，定子槽底部开设有通孔，使通孔周围磁场饱和，用以阻止定子齿部取向硅钢铁芯产生的磁力线进入定子轭部的取向硅钢铁芯部分；

3、本发明的N极磁钢和S极磁钢交错设置于转子背铁上，使得左、右两个转子的磁钢极性相同，结构为NN拓扑结构，使得电机具有更高的转矩密度和效率；

4、本发明结构设计合理，布局恰当，定子由取向和无取向硅钢片卷绕而成，减少了冲片制成铁芯过程中工艺等问题导致的性能损伤，降低了生产成本，易于推广和利用。

附图说明

图1为现有技术的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明一实施例的结构示意图。

图4为本发明的环形定子铁芯基体结构示意图。

图5为本发明的环形无取向硅钢铁芯结构示意图。

图6为本发明的环形取向硅钢铁芯结构示意图。

图7为图4的A部放大示意图。

图8为本发明的定子铁芯嵌件结构示意图。

图9为本发明的取向硅钢带的结构示意图。

附图标记：

1转子背板、2永磁体、3定子铁芯基体、4定子绕组、5定子轭部；

31环形取向硅钢铁芯、32环形无取向硅钢铁芯、33定子铁芯嵌件；

51通孔；

311定子槽、312小燕尾槽；

321大燕尾槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种永磁轴向磁通电机，具体参见图1，包括机壳、和设在机壳内的定子和转子，其与现有技术的区别在于：转子包括转子背铁1和设在转子背铁上的磁钢，定子包括定子本体和设在定子本体上的定子绕组4；定子本体包括环形定子铁芯基体3和设在环形定子铁芯基体3端面的定子铁芯嵌件33，环形定子铁芯基体由取向硅钢铁芯和无取向硅钢铁芯嵌套而成，定子铁芯嵌件为无取向硅钢铁芯。

本发明的技术方案中，取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的1/3，磁导率之比为6：1，其铁损约为热轧带的1/ 2，磁导率为热轧带的2.5倍。为实现驱动电机获得更高的凸极率在设计驱动电机时，在转子极化方向上使用磁导率更高的取向硅钢叠片代替无取向硅钢叠片，同时定子极靴也使用取向硅钢叠片，有效降低了铁损，提高了电机的凸极率。同时，多端环形铁芯用工字型铁芯嵌件衔接方便快捷，取向和无取向冲片卷绕成型，减少了冲片制成铁芯过程中工艺等问题导致的性能损伤。

在一个实施例中，定子由环形定子铁芯基体和设在环形定子铁芯基体端面的定子铁芯嵌件；每个定子铁芯嵌件的四周绕设有定子绕组；所述的环形定子铁芯基体采用无取向硅钢片卷绕而成，所述的定子铁芯嵌件采用取向硅钢片卷绕而成。

具体来说，环形定子铁芯基体由一组上、下对称设置的环形取向硅钢铁芯和设置于上、下环形取向硅钢铁芯之间的环形无取向硅钢铁芯共同组成。取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的1/3，磁导率之比为6：1，其铁损约为热轧带的1/ 2，磁导率为热轧带的2.5倍。所以，为了提供主磁路中磁能积，采用了独特的两种铁芯拼合的方式来制作定子。定子由无取向硅钢铁芯和取向硅钢铁芯嵌套而成，取向硅钢作为电机定子齿部，无取向硅钢作为定子轭部，定子齿部和部分轭部铁芯为取向硅钢片卷绕而成，并且在槽底部钢带上开通孔，使通孔周围磁场饱和，阻碍齿部磁力线进入槽底轭部取向钢带，槽底部轭部钢带宽度，在去除通孔后具有足够的强度保证；此外由于取向硅钢切向方向磁导率较低，进一步导致通孔处局部饱和，达到减小漏磁，提高主磁路中磁能积。

轭部铁芯为无取向硅钢片卷绕而成，磁钢由N、S极交错粘结在转子背铁表面，转子表面固定有2p块永磁体，在电机轴向方向上，左右两个转子上的磁钢极性相同，电机具有2p个旋转磁场，定子铁芯轭部材料利用率较高，该结构为NN拓扑结构。对于单定子双转子NN拓扑结构，其定子铁芯材料利用率比NS拓扑结构要高，电机具有更高的转矩密度和效率。

在另一个实施例中，本发明利用取向硅钢材料特性减小磁路磁阻，增加气隙磁能积，提高电机输出扭矩和效率；2种取向硅钢铁芯卷绕方式有益于材料制成铁芯（取向硅钢片轧制方向磁导率高，轧制方向又称纵向，为硅钢片的长度方向；横向为钢带的宽度方向，目前钢带最宽长度在1米左右。而盘式电机铁芯都为卷绕式，所以取向硅钢难以制成盘式铁芯结构。本方案采用首位衔接方式，将多段取向钢带连接在一起卷绕成型），提高材料利用率，充分发挥轧制方向磁导率较高的优点；将磁性槽锲和取向硅钢一体化设计，减小齿部漏磁、减小气隙中磁通脉动，提高电机性能。

具体来说，在一种轴向磁通的单定子双转子的取向盘式电机中（参见图3），标号1为转子背铁；2为永磁体；31为环形取向硅钢铁芯，32为环形无取向硅钢铁芯，33为定子铁芯嵌件；4为线圈绕组。永磁体用胶粘结在转子背铁上或者用螺栓锁在转子背铁上。取向硅钢铁芯每槽四周绕设有定子线圈；上下两块取向硅钢铁芯之间用工字型无取向硅钢铁芯与环形无取向硅钢铁芯圆盘衔接。

环形取向硅钢铁芯设有定子槽，定子槽将环形取向硅钢铁芯分割出定子齿部，定子槽底部（部分取向硅钢铁芯）连同环形无取向硅钢铁芯共同形成定子轭部，定子槽底部开设有通孔，用以阻止定子齿部取向硅钢铁芯产生的磁力线进入定子轭部的取向硅钢铁芯部分，因为设有通孔，可以打断磁力线的通过。进一步，为了保证阻断的效果，这里的通孔可以设置多个，本实施例中设置了3个，这三个通孔可以并列设置，并列设置的间距为0.5-1.5mm，通孔距离定子槽底部的上、下边距离为2-4.5mm，三个通孔也可以上下错开设置，错开设置的好处是更多的截断了磁力线的通路，减小齿部磁漏现象的发生。通孔形状可以方形、圆形、多边形，选择方形槽可以最大程度减小槽底磁桥磁路面积，减小电机铁芯质量，提高电机功率密度。

环形无取向硅钢铁芯表面设有大燕尾槽，开通孔的下方设有小燕尾槽，大小燕尾槽拼合形成一个工字槽，这里大、小燕尾槽的面积之比为1:0.2--0.3，工字槽内设有定子铁芯嵌件，所述的定子铁芯嵌件为工字型无取向硅钢铁芯。在大、小燕尾槽内放置工字形铁芯嵌件，这种燕尾槽结构不仅保证定子铁芯嵌件与其余环形定子铁芯基体的整体配合度更高，同时也能进一步保证电机在高度转动运行时两者的结合度和整体性能。这里采用工字型铁芯嵌件，是因为工字型铁芯嵌件的加工方法便捷，结构简单牢靠，具有导磁特性，减小轭部磁路磁阻；大燕尾槽为轭部主磁路路径，要尽可能减小磁路中冲片之间的间隙，因为冲片冲裁后，磁性能回损伤，而小燕尾槽主要作用为连接固定作用，在保证强度的情况下尽可能的要小。

进一步，为若干个平行设置的方形槽，通孔的总长度小于定子槽的槽底宽度，可以引导磁力线的通过，定子槽为平底槽。

设有左、右两个对称设置的转子，定子设置于两个转子之间，N极磁钢和S极磁钢交错设置于转子背铁上，使得左、右两个转子的磁钢极性相同。

工字型无取向硅钢铁芯由上、中、下三段无取向硅钢铁芯拼接而成，上、下段无取向硅钢铁芯对称设置，中段无取向硅钢铁芯的宽度小于上、下段无取向硅钢铁芯，三段无取向硅钢铁芯的边部拼合呈内凹的弧形结构。

本发明结构设计合理，布局恰当，定子由取向和无取向硅钢片卷绕而成，·减少了冲片制成铁芯过程中工艺等问题导致的性能损伤，降低了生产成本，易于推广和利用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种永磁轴向磁通电机，包括机壳、和设在机壳内的定子和转子，其特征在于：转子包括转子背铁和设在转子背铁上的磁钢，定子包括定子本体和设在定子本体上的定子绕组；定子本体包括环形定子铁芯基体和设在环形定子铁芯基体端面的定子铁芯嵌件，环形定子铁芯基体由取向硅钢铁芯和无取向硅钢铁芯嵌套而成，定子铁芯嵌件为无取向硅钢铁芯。

2.根据权利要求1所述的一种永磁轴向磁通电机，其特征在于：环形定子铁芯基体包括一组上、下对称设置的环形取向硅钢铁芯和设置于上、下环形取向硅钢铁芯之间的环形无取向硅钢铁芯；环形取向硅钢铁芯设有定子槽，定子槽将环形取向硅钢铁芯分割出定子齿部，定子槽底部连同环形无取向硅钢铁芯共同形成定子轭部，定子槽底部开设有通孔，用以阻止定子齿部取向硅钢铁芯产生的磁力线进入定子轭部的取向硅钢铁芯部分。

3.根据权利要求2所述的一种永磁轴向磁通电机，其特征在于：环形无取向硅钢铁芯表面设有大燕尾槽，开通孔的下方设有小燕尾槽，大小燕尾槽拼合形成工字槽，工字槽内设有定子铁芯嵌件，所述的定子铁芯嵌件为工字型无取向硅钢铁芯。

4.根据权利要求2所述的一种永磁轴向磁通电机，其特征在于：所述通孔为若干个平行设置的方形槽，通孔的总长度小于定子槽的槽底宽度，定子槽为平底槽。

5.根据权利要求1所述的一种永磁轴向磁通电机，其特征在于：设有左、右两个对称设置的转子，定子设置于两个转子之间，N极磁钢和S极磁钢交错设置于转子背铁上，使得左、右两个转子的磁钢极性相同。

6.根据权利要求3所述的一种永磁轴向磁通电机，其特征在于：工字型无取向硅钢铁芯由上、中、下三段无取向硅钢铁芯拼接而成，上、下段无取向硅钢铁芯对称设置，中段无取向硅钢铁芯的宽度小于上、下段无取向硅钢铁芯，三段无取向硅钢铁芯的边部拼合呈内凹的弧形结构。