CN117895735A - 一种转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，包括定子、转子和静止转子轭。定子和静止转子轭由硅钢片卷绕而成，分别位于转子的两侧。定子包括定子铁心和多个定子绕组，转子由转子铁心和多块磁钢组成，为无轭部或仅靠近静止转子轭的一侧有轭部。本发明提出的电机仅需适当调整转子轭和静止转子轭的厚度，即可使转子转动惯量满足不同应用场合的需求，尤其适用于伺服控制中对时间常数有严格要求的场合，其大大降低了转动惯量的配置难度。此外，本发明的结构简单，加工和安装便捷。
Description
技术领域
本发明属于磁场永磁电机领域，具体为一种转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机。
背景技术
轴向磁场永磁电机由于其高扭矩密度和空间紧凑的特点，广泛应用于电动汽车、工业生产以及航空航天等领域。轴向磁场永磁电机有双定子单转子、双转子单定子和单定子单转子三种，其中，常规双定子单转子轴向磁场电机因其转子没有轭部，因而具有更小的转动惯量，所以动态性能更好。然而对于某些应用场合，转动惯量过小将会造成转速波动，而如果采用双定子单转子和单定子单转子轴向磁场电机，其转子转动惯量又太大，不能满足动态性能要求，因此需要对双定子单转子轴向磁场电机的转子转动惯量进行配置。另一方面，由于常规双定子单转子轴向磁场电机转子的结构特点，其转子转动惯量配置比较复杂。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，使得在电机设计中对转子转动惯量的配置更加容易，降低了设计难度。
实现本发明目的的技术方案为：一种转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，包括静止转子轭、定子和转子，所述转子设置在电机轴上，所述转子位于静止转子轭和定子中间，且与静止转子轭和定子之间均设有气隙，所述转子包括若干个磁钢和转子铁心，所述磁钢等间距表贴在转子铁心表面或嵌入转子铁心。优选地，所述磁钢的充磁方向为轴向正反交替。
优选地，所述磁钢的横截面为扇形。
优选地，所述静止转子轭为硅钢片卷绕而成的圆盘结构。
优选地，所述定子包括定子铁心和多个定子绕组，多个定子绕组嵌入到定子铁心的定子槽内。
优选地，所述转子铁心包括两个圆环，两个圆环之间通过转子轮辐连接。
优选地，所述转子无轭部，若干个磁钢嵌入到转子铁心的轮辐内，且磁钢厚度与轮辐厚度相等。
优选地，所述转子有轭部，轭部设置在两个圆环之间，所述磁钢嵌入到转子铁心的轮辐之间，且磁钢底面与转子轭贴合，另一面与转子铁心端面平齐。
优选地，当转子的轭部厚度大于设定阈值，不需要轮辐，磁钢表贴在转子铁心轭部。
优选地，通过调整静止转子轭的厚度或者转子轭部的厚度或者静止转子轭和转子轭部的厚度满足不同的转子转动惯量需求。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明通过灵活调整静止转子轭和转子轭部的厚度，可以满足不同应用场景对转子转动惯量的要求，特别是在对时间常数有要求的伺服控制场景中，这种结构显著简化了设计过程，降低了设计难度，此外，静止转子轭的结构简单，加工和安装便捷。
附图说明
图1是本发明的转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机结构示意图。
图2是本发明的磁轭分离式轴向磁场电机的转子无轭形式示意图。
图3是本发明的磁轭分离式轴向磁场电机的转子有轭形式示意图。
实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为本发明的转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机的结构示意图，包括包括静止转子轭（1）、定子（2）和转子（3），所述转子（3）设置在电机轴上，所述转子（3）位于静止转子轭（1）和定子（2）中间，且与静止转子轭（1）和定子（2）之间均设有气隙（4），所述转子（3）包括若干个磁钢（31）和转子铁心（32），所述磁钢（31）等间距表贴在转子铁心表面或嵌入转子铁心。通过调整所述静止转子轭（1）厚度，使转子的转动惯量满足不同应用场合的设计要求，降低了转动惯量的配置难度。可见，静止转子轭的功能就是为转子提供了闭合磁路，即以静止元件的形式替代了转子轭部的功能。替代的程度可以是完全替代或者部分替代，当转子完全没有转子轭的时候，这就是完全替代；当转子保留部分转子轭的时候，就是部分替代。
进一步的实施例中，所述磁钢（31）的充磁方向为轴向正反交替。
进一步的实施例中，所述磁钢（31）的横截面为扇形。
进一步的实施例中，所述静止转子轭（1）为硅钢片卷绕而成的圆盘结构。减少损耗。
进一步的实施例中，所述定子（2）包括定子铁心（21）和多个定子绕组（22），多个定子绕组（22）嵌入到定子铁心（21）的定子槽内。
进一步的实施例中，所述转子铁心（32）包括两个圆环，两个圆环之间通过转子轮辐连接。
进一步的实施例中，如图2所示，本发明的磁轭分离式轴向磁场电机的转子（3）无轭形式。若干个磁钢（31）嵌入到转子铁心（32）的轮辐内，且磁钢（31）厚度与轮辐厚度相等。所述磁钢（31）由轮辐条支撑，因此辐条占用了一部分极弧空间，限制了磁钢（31）的极弧系数。
在具体的实施例中，所述静止转子轭（1）厚度为11 mm，转子（3）厚度为5.5mm，其中转子轭的厚度为0 mm，极弧系数为0.85。
进一步的实施例中，如图3所示是本发明的磁轭分离式轴向磁场电机的转子（3）有轭形式。所述转子（3）包括多个磁钢（31）和转子铁心（32），此时转子（3）本身有一部分转子轭轭部设置在两个圆环之间，所述磁钢（31）嵌入到转子铁心（32）的轮辐之间，且磁钢（31）底面与转子轭贴合，另一面与转子铁心（32）端面平齐。
进一步地，当转子（3）的轭部厚度大于设定阈值，不再需要轮辐条支撑，磁钢（31）的极弧系数可以更大。
具体的实施例中，所述静止转子轭（1）厚度为9 mm，转子（3）厚度为7.5mm，其中转子轭厚度为2 mm，极弧系数为0.95。与上一实施例相比，电机的总长度不变，但是已经通过厚度调整改变了电机转子（3）的转动惯量，并且增大了极弧系数。根据不同应用场景的需求来调整静止转子轭（1）和转子轭部的厚度即可快速灵活地配置转子的转动惯量。
进一步地，转子有轭部的时候，导磁金属材料，例如10号钢；无轭部的时候，用无磁性金属材料，例如不锈钢。
本发明根据所需的转子转动惯量，设计不同的静止转子轭（1）和转子轭的厚度，这种改变都属于本发明的技术构思范围。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换。
Claims (10)
1.一种转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，包括静止转子轭（1）、定子（2）和转子（3），所述转子（3）设置在电机轴上，所述转子（3）位于静止转子轭（1）和定子（2）中间，且与静止转子轭（1）和定子（2）之间均设有气隙（4），所述转子（3）包括若干个磁钢（31）和转子铁心（32），所述磁钢（31）等间距表贴在转子铁心表面或嵌入转子铁心。
2.根据权利要求1所述的转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，所述磁钢（31）的充磁方向为轴向正反交替。
3.根据权利要求1所述的转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，所述磁钢（31）的横截面为扇形。
4.根据权利要求1所述的转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，所述静止转子轭（1）为硅钢片卷绕而成的圆盘结构。
5.根据权利要求1所述的转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，所述定子（2）包括定子铁心（21）和多个定子绕组（22），多个定子绕组（22）嵌入到定子铁心（21）的定子槽内。
6.根据权利要求1所述的转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，所述转子铁心（32）包括两个圆环，两个圆环之间通过转子轮辐连接。
7.根据权利要求6所述的转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，所述转子（3）无轭部，若干个磁钢（31）嵌入到转子铁心（32）的轮辐内，且磁钢（31）厚度与轮辐厚度相等。
8.根据权利要求6所述的转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，所述转子（3）有轭部，轭部设置在两个圆环之间，所述磁钢（31）嵌入到转子铁心（32）的轮辐之间，且磁钢（31）底面与转子轭贴合，另一面与转子铁心（32）端面平齐。
9.根据权利要求8所述的转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，当转子（3）的轭部厚度大于设定阈值，不需要轮辐，磁钢（31）表贴在转子铁心（32）轭部。
10.根据权利要求8所述的转子磁轭分离式轴向磁场永磁同步电机，其特征在于，通过调整静止转子轭（1）的厚度或者转子（3）轭部的厚度或者静止转子轭（1）和转子（3）轭部的厚度满足不同的转子转动惯量需求。
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