CN114640231B - 一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机 - Google Patents

一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机，属于高端装备制造领域，为永磁同步电机制造及实验技术领域，具体为机床控制装置制造，技术方案：包括电机后端盖、尾座轴承、电机壳体、电机轴、内转子、连接盘、外转子、定子绕组、前端轴承及电机前端盖，所述定子绕组包括定子绝缘芯和定子线圈，通过将高速电机的定子绕组设计为无铁芯结构，与铁芯结构相比消除了铁芯损耗，且使用内外转子结构，使得内转子永磁体的磁场扩散到外转子，增加了交流永磁同步电机定子线圈处的磁密度，进而增加了电机的输出力矩。

Description

一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机
技术领域
本发明涉及机床控制电机领域，尤其是一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机。
背景技术
高速电机广泛应用于高速机床、空调或冰箱的离心式压缩机、液压泵等各种场合。随着控制理论和处理器技术的进步，高速电机在混合动力汽车及高速飞轮储能系统等高新领域的使用也越加广泛，带铁芯的电机定子是由铁芯和缠绕在铁芯上的线圈组成，此类电机功率较大，但是在高速阶段铁芯损耗大，效率降低，且发热量大，无法在高速状态下长时间保持高效运行，高速电机工作处于高速运行环境下，高速运转下由于高磁通变化频率带来较高的铁损造成高速环境下效率的大幅度减小，效率甚至有可能低于50%，造成发热严重，铁芯是永磁同步电机的主要磁路。无铁芯结构由于无铁芯，电机功率只能做的很小，虽然能在高速下连续工作，但电机功率小限制了永磁同步电机在高速、高功率、高效率工作场合的应用。
针对以上问题，为减小永磁同步电机高速运行下的铁损，提高高速电机的功率，实现高速电机的高功率输出，本发明提出了一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机。
发明内容
本发明提供了一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机，本发明将高速电机的定子绕组设计为无铁芯结构，与铁芯结构相比消除了铁芯损耗，且使用内外转子结构，使得内转子永磁体的磁场扩散到外转子，增加了交流永磁同步电机定子线圈处的磁密度，进而增加了电机的输出力矩，实现了高速电机的高功率输出，解决背景技术中的上述问题。
本发明的技术方案是：一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机，包括电机后端盖、尾座轴承、电机壳体、电机轴、内转子、连接盘、外转子、定子绕组、前端轴承及电机前端盖，所述定子绕组包括定子绝缘芯和定子线圈。所述尾座轴承同轴心安装于所述电机后端盖，所述内转子通过端部固定连接于连接盘，所述外转子通过端部固定连接于连接盘同侧，所述内转子通过内壁固定连接于电机轴，所述定子线圈缠绕于所述定子绝缘芯组成所述定子绕组，所述定子绕组通过定子绝缘芯端部安装于电机前端盖，所述前端轴承同轴心安装于所述电机前端盖，所述电机壳体一侧固定连接有电机后端盖，另一侧固定连接有电机前端盖，所述电机轴一端安装于尾座轴承内圈，另一端安装于前端轴承内圈，完成电机轴的固定，所述外转子为导磁材料，所述内转子为永磁体。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：所述内转子、外转子和连接盘同轴固定连接，进而使得所述定子绕组处磁场对称分布，提高电机运转过程中的稳定性。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：所述内转子、外转子和连接盘之间的固定连接方式为胶黏链接，连接可靠，无附加连接件，结构紧凑。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：所述内转子与电机轴之间的固定连接方式为胶黏链接，连接可靠，无无附加连接件，结构紧凑。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：所述连接盘为非导磁材料，不影响内转子与外转子之间的磁场分布，不会引起磁场畸变，进而使得所述定子绕组处磁场对称分布，提高电机运转过程中的稳定性。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：所述电机轴由尾端到输出端开设有锥孔，随着电机轴工作时转矩沿电机轴轴向减小电机轴截面积不断减小，为等强度设计，不仅节约了材料，而且减小电机旋转惯量，利于加减速控制的实现。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：所述外转子为高磁导率材料。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：所述外转子为铁镍合金。
本发明的有益效果是：通过将高速电机的定子绕组设计为无铁芯结构，与铁芯结构相比消除了铁芯损耗，且使用内外转子结构，使得内转子永磁体的磁场扩散到外转子，增加了交流永磁同步电机定子线圈处的磁密度，进而增加了电机的输出力矩，实现了高速电机的高功率输出。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明示意图；
图2为本发明剖面图；
图3为本发明爆炸图；
图4为本发明另一视角爆炸图。
图中：1-电机后端盖、2-尾座轴承、3-电机壳体、4-电机轴、5-内转子、6-连接盘、7-外转子、8-定子绕组、81-定子绝缘芯、82-定子线圈、9-前端轴承、10-电机前端盖。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅附图1-4，一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机，包括电机后端盖1、尾座轴承2、电机壳体3、电机轴4、内转子5、连接盘6、外转子7、定子绕组8、前端轴承9及电机前端盖10，所述定子绕组8包括定子绝缘芯81和定子线圈82。所述尾座轴承2同轴心安装于所述电机后端盖1，所述内转子5通过端部固定连接于连接盘6，所述外转子7通过端部固定连接于连接盘6同侧，所述内转子5通过内壁固定连接于电机轴4，所述定子线圈82缠绕于所述定子绝缘芯81组成所述定子绕组8，所述定子绕组8通过定子绝缘芯81端部安装于电机前端盖10，所述前端轴承9同轴心安装于所述电机前端盖10，所述电机壳体3一侧固定连接有电机后端盖1，另一侧固定连接有电机前端盖10，所述电机轴4一端安装于尾座轴承2内圈，另一端安装于前端轴承9内圈，完成电机轴4的固定，所述外转子7为导磁材料，所述内转子5为永磁体。
实施例二，实施例二相比于实施例一，所述内转子5、外转子7和连接盘6同轴固定连接，使得所述定子绕组8处磁场对称分布，提高电机运转过程中的稳定性，连接方式可以为胶黏连接，所述内转子5与电机轴4之间的固定连接方式为胶黏链接，连接可靠，无附加连接件，结构紧凑，所述连接盘6为非导磁材料，不影响内转子5与外转子7之间的磁场分布，不会引起磁场畸变，进而使得所述定子绕组8处磁场对称分布，提高电机运转过程中的稳定性，所述电机轴4由尾端到输出端开设有锥孔，随着电机轴工作时转矩沿电机轴轴向减小电机轴截面积不断减小，为等强度设计，不仅节约了材料，而且减小电机旋转惯量，利于加减速控制的实现，所述外转子7为高磁导率材料如铁镍合金。
工作时，交流永磁同步电机在伺服控制器及驱动器控制下上电，定子线圈82中的交变电流产生旋转的磁场，电流产生的旋转磁场与内转子5磁场耦合，带动内转子5转动，进而带动电机轴4转动，从而实现通过交变电流的控制完成对电机轴4速度及位置的运动控制，实现伺服控制，因为本发明定子绕组8中的支撑框架为定子绝缘芯81，故在交变电流高速变化时不会产生涡流即消除了铁损，而因具有外转子7，且外转子7为导磁材料，使得内转子5永磁体的磁场扩散到外转子7，增加了交流永磁同步电机定子线圈82处的磁密度，进而增加了电机的输出力矩。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机，其特征在于：所述永磁同步电机包括电机后端盖（1）、尾座轴承（2）、电机壳体（3）、电机轴（4）、内转子（5）、连接盘（6）、外转子（7）、定子绕组（8）、前端轴承（9）及电机前端盖（10），所述定子绕组（8）包括定子绝缘芯（81）和定子线圈（82），所述尾座轴承（2）同轴心安装于所述电机后端盖（1），所述内转子（5）通过端部固定连接于连接盘（6），所述外转子（7）通过端部固定连接于连接盘（6）同侧，所述内转子（5）通过内壁固定连接于电机轴（4），所述定子线圈（82）缠绕于所述定子绝缘芯（81）组成所述定子绕组（8），所述定子绕组（8）通过定子绝缘芯（81）端部安装于电机前端盖（10），所述前端轴承（9）同轴心安装于所述电机前端盖（10），所述电机壳体（3）一侧固定连接有电机后端盖（1），另一侧固定连接有电机前端盖（10），所述电机轴（4）一端安装于尾座轴承（2）内圈，另一端安装于前端轴承（9）内圈，完成电机轴（4）的固定，所述外转子（7）为导磁材料，所述内转子（5）为永磁体，所述连接盘（6）为非导磁材料。
2.根据权利要求1所述的一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机，其特征在于：所述内转子（5）、外转子（7）和连接盘（6）同轴固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机，其特征在于：所述内转子（5）、外转子（7）和连接盘（6）之间的固定连接方式为胶黏链接。
4.根据权利要求3所述的一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机，其特征在于：所述内转子（5）与电机轴（4）之间的固定连接方式为胶黏链接。
5.根据权利要求4所述的一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机，其特征在于：所述电机轴（4）由尾端到输出端开设有锥孔。
6.根据权利要求5所述的一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机，其特征在于：所述外转子（7）为高磁导率材料。
7.根据权利要求6所述的一种无铁芯高功率径向交流永磁同步电机，其特征在于：所述外转子（7）为铁镍合金。
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