CN202068294U - 一种铁氧体高速三相永磁电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种铁氧体高速三相永磁电机，为解决传统高速永磁电机铜耗大、成本高等问题，本实用新型中的转子铁芯中的永磁体由硬磁铁氧体或稀土磁钢制成，其磁极数2P＝10N，其中N＝1、2、3、4、5......50；定子铁芯由Z＝12N块软磁铁氧体拼接而成，每相邻两块软磁铁氧体的拼接处设有半径为R的凹槽，即形成所述定子铁芯的Z个槽(3)；所述A、B、C三相绕组按单层绕组或双层绕组的方式嵌在所述Z个槽中。该电机用作电动机时，可采用三相方波或正弦波电流驱动，具有铁芯损耗小、绕组端部小、铜损耗小、定位力矩小、定子铁芯和转子永磁材料成本低等一系列优点。

Description

一种铁氧体高速三相永磁电机

技术领域

本实用新型涉及永磁电机，更具体地说，涉及一种铁氧体高速三相永磁电机，该电机适用于冰箱、空调高速压缩机、高速永磁电主轴、船用推进系统和其它高速驱动应用。 

背景技术

永磁电机的定子铁芯一般采用硅钢片，当电机转速超过每分钟数万转，铁芯损耗将变得很大，当电机转速超过每分钟十万转以上，硅钢片将因损耗太大而不能采用。另一方面，永磁电机的转子一般采用稀土永磁体，例如钕铁硼永磁体。硅钢片和稀土永磁体材料正越来越稀缺，价格越来越贵。为了改变这种状况，人们做了很多努力。 

其中一种改进方案是采用无定子铁芯的电机，这类设计磁负荷太低，必然会增加永磁体的用量。 

另一种改进方案是采用硬磁铁氧体磁钢，可以避免使用稀土永磁体材料，但必然导致电机的磁负荷变低，只能相应地提高电负荷来补救，于是必需增加用铜量，电机的铜损耗增加，更重要的是电机的力能指标会因此大幅下降。 

实用新型内容

针对现有永磁电机的上述缺陷，本实用新型要解决传统永磁电机铁耗大、成本高等问题。采用铁氧体定子和铁氧体磁钢，使其定子和转子的铁损大幅度减小，并采用绕组系数高、定位力矩小的极槽配合。 

本实用新型的技术方案是，提供一种铁氧体高速三相永磁电机，所述电机的转子铁芯上装有多对永磁体，定子铁芯上装有A、B、C三相绕组；其特征在于，所述转子铁芯中的永磁体由硬磁铁氧体或稀土磁钢制成，其磁极数2P＝10N，其中N＝1、2、3、4、5......50；所述定子铁芯由Z＝12N块软磁铁氧 体拼接而成，每相邻两块软磁铁氧体的拼接处设有半径为R的凹槽，全部软磁铁氧体相互拼接后所述各个凹槽即形成所述定子铁芯的Z个槽；所述A、B、C三相绕组按单层绕组或双层绕组的方式嵌在Z个槽中；所述单层绕组的排列方式是A→/A→/C→C→B→/B→/A→A→C→/C→/B→B→，当N大于1时，则按此顺序循环N次，完成A、B、C三相绕组，其中的“/A”表示A相的一个反相连接的集中绕组，“/B”、“/C”类推；所述双层绕组的排列方式是：/AB→AA→C/A→/C/C→/BC→BB→A/B→/A/A→/CA→CC→B/C→/B/B→，当N大于1时，则按此顺序循环N次，完成A、B、C三相绕组，其中的“/AB”表示在该齿上有一半是A相反相集中绕组、另一半是B相集中绕组，其余类推。 

本发明中，所述电机可为内转子结构，所述Z个槽设于所述定子铁芯的内圆周上；此时，可在所述铁氧体磁钢或稀土磁钢的外圆两侧设有角度不大于15°、长度不大于铁氧体磁钢或稀土磁钢的外圆弧长1/4的削角。 

所述电机还可为外转子结构，此时所述Z个槽设于所述定子铁芯的外圆周上；所述槽的宽度小于或等于2R。此时，可在所述铁氧体磁钢或稀土磁钢的内圆两侧设有角度不大于15°、长度不大于铁氧体磁钢或稀土磁钢的内圆弧长1/4的削角。 

本发明中，所述定子铁芯的软磁铁氧体的体积电阻为100Ω～50KΩ，并选自锰芯软磁铁氧体、镍芯软磁铁氧体、微晶硅软磁铁氧体、或SMC软磁复合材料中的一种。 

本发明中，所述定子铁芯可由独立的Z块软磁铁氧体拼接而成，其中除了拼接表面之外的其余表面均被绝缘层包覆，所述绝缘层的厚度为0.02～0.5mm。所述定子铁芯也可以是预制成整体的一体式结构，其表面均被绝缘层包覆，所述绝缘层的厚度为0.02～0.5mm。 

本发明中，所述转子铁芯上所述永磁体是径向充磁的瓦形硬磁铁氧体磁钢或稀土磁钢，或者是平行充磁的瓦形硬磁铁氧体磁钢或稀土磁钢；所述转子铁芯磁钢表面有一个厚度为0.15～2mm的碳纤维、玻璃丝或铝质保护套。 

本发明中，可将所述定子铁芯沿轴向分成多段，包括前段、后段、以及位 于所述前段与后段之间的至少一个中间段。 

由于采取了上述技术方案，本实用新型的高速三相永磁电机用作电动机时，可采用三相方波或正弦波电流驱动，具有铁芯损耗小、绕组端部小、铜损耗小、定位力矩小、定子铁芯和转子永磁材料成本低等一系列优点。具有更高工作转速、更高的功率/体积比和力矩/体积比，成本达到了最低化。这种三相永磁电机可以用于高速驱动，例如高速主轴、船用推进系统和空调与冰箱高速压缩机等领域。 

附图说明

图1是本实用新型一个优选实施例中内转子电机总装结构示意图； 

图2是本实用新型一个优选实施例中内转子电机的定子、转子结构示意图； 

图3是本实用新型内转子电机优选实施例中瓦形硬磁铁氧体磁钢被削角的结构示意图； 

图4是本实用新型一个优选实施例中将定子铁芯沿轴向分成三段的示意图； 

图5是本实用新型一个优选实施例中外转子电机总装结构示意图； 

图6是在图5基础上将定子铁芯沿轴向分成三段的示意图； 

图7是本实用新型一个优选实施例中外转子电机的定子、转子结构示意图。 

图8是本实用新型另一优选实施例中外转子电机的定子、转子结构示意图。 

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的一个优选实施例为内转子电机。转子铁芯1转于转轴30上。该电机的转子铁芯1上装有多对永磁体4，定子铁芯2上装有A、B、C三相绕组；定子铁芯2与转子铁芯1之间的物理气隙5为0.2～3.0mm。本实施例中，该物理气隙为1.0mm。 

从图2中可以看出，该电机转子铁芯上的磁极数2P＝10N，其中N可取1至50之间的任一数字，本实施例中取N＝1，所以有2P＝10个永磁体。 

定子铁芯上装有三相绕组，其中定子铁芯由Z＝12N块软磁铁氧体拼接而成，由于取N＝1，所以有Z＝12块软磁铁氧体。每相邻两块软磁铁氧体的拼接处设有半径为R的凹槽，全部软磁铁氧体相互拼接后所述各个凹槽即形成所述定子铁芯的Z个槽3，相应地也有Z个齿。 

电机的A、B、C三相绕组嵌在这Z个槽中，本实施例中采用单层绕组，其排列方式是：A→/A→/C→C→B→/B→/A→A→C→/C→/B→B。当N大于1时，则按此顺序循环N次，完成A、B、C三相绕组；其中的“/A”表示A相的一个反相连接的集中绕组，“/B”、“/C”类推。 

具体实施时，也可采用双层绕组的排列方式：/AB→AA→C/A→/C/C→/BC→BB→A/B→/A/A→/CA→CC→B/C→/B/B→。同样，当N大于1时，则按此顺序循环N次，完成A、B、C三相绕组；其中的“/AB”表示在该齿上有一半是A相反相集中绕组、另一半是B相集中绕组，其余类推。 

图1至图4所示实施例中的电机可为内转子结构，Z个槽3设于所述定子铁芯2的内圆周上。相邻两块软磁铁氧体的拼接处的每一个凹槽的弧度可小于、等于、或大于半圆弧，相应地，形成的槽3的宽度可小于或等于2R。 

在图5至图8所示的实施例中，电机为外转子结构，即转子铁芯1在定子铁芯的外围，此时定子铁芯上的Z个槽设于其外圆周上，定子铁芯上的绕组则可采用与图2所示实施例相同的结构，同样可有单层绕组、双层绕组，并分别遵循各自的排列规律。 

具体实施时，定子铁芯中软磁铁氧体的体积电阻可为100Ω～50KΩ，并选自锰芯软磁铁氧体、镍芯软磁铁氧体、微晶硅软磁铁氧体、或其它软磁复合材料(SMC)中的一种。 

此外，其中的定子铁芯可由独立的Z块软磁铁氧体拼接而成，其中除了拼接表面(即两块之间相互接触的面)之外的其余表面均被绝缘层包覆，暴露在外的表面也被绝缘层覆盖，该绝缘层的厚度为0.02～0.5mm。当然，该定子铁 芯也可以是预制成整体的一体式结构，然后在其表面用绝缘层进行包覆，暴露在外的表面也被绝缘层覆盖。 

如图2和图3所示，转子铁芯1上各个永磁体的N、S磁极相间排列；每个永磁体是径向充磁的瓦形硬磁铁氧体磁钢或稀土磁钢，或者是平行充磁的瓦形硬磁铁氧体磁钢或稀土磁钢。在图3所示的实施例中，每块铁氧体磁钢或稀土磁钢的外圆两侧设有角度不大于15°、长度不大于每块铁氧体磁钢或稀土磁钢的外圆弧长1/4的削角。 

在图6所示的外转子电机的实施例中，每块铁氧体磁钢或稀土磁钢的内圆两侧设有角度不大于15°、长度不大于每块铁氧体磁钢或稀土磁钢的内圆弧长1/4的削角。具体实施时，可在转子铁芯磁钢表面设置一个厚度为0.15～2mm的碳纤维、玻璃丝或铝质保护套。 

如图4所示，本实用新型的另一实施例中，定子铁芯沿轴向分成三段，包括前段(图4中的左侧段)、后段(图4中的右侧段)、以及位于前段与后段之间的中间段(图4中的中间段)。具体实施时，中间段的数量可以是一个或多个；当前段和后段的长度固定不变时，通过增加中间段的数量，或者调节中间段的长度，即可调节整个定子铁芯的轴向长度。如图6所示，这种轴向分段的结构也可适用于外转子结构的电机。 

上述实施例中的铁氧体三相永磁电机，通常用作电动机，并采用三相方波或正弦波电流驱动；由于采用铁氧体定子和铁氧体磁钢，其定子和转子铁损很小，适用于冰箱、空调高速压缩机、高速永磁电主轴、船用推进系统和其它每分钟万转或几十万转的高速驱动应用。当它由旋转机械带动，也可成为高速三相永磁发电机。 

Claims (10)

1.一种铁氧体高速三相永磁电机，所述电机的转子铁芯(1)上装有多对永磁体(4)，定子铁芯(2)上装有A、B、C三相绕组；其特征在于，

所述转子铁芯中的永磁体由硬磁铁氧体或稀土磁钢制成，其磁极数2P＝10N，其中N＝1、2、3、4、5......50；

所述定子铁芯由Z＝12N块软磁铁氧体拼接而成，每相邻两块软磁铁氧体的拼接处设有半径为R的凹槽，全部软磁铁氧体相互拼接后所述各个凹槽即形成所述定子铁芯的Z个槽(3)；所述A、B、C三相绕组按单层绕组或双层绕组的方式嵌在所述Z个槽中；所述单层绕组的排列方式是A→/A→/C→C→B→/B→/A→A→C→/C→/B→B→，当N大于1时，则按此顺序循环N次，完成A、B、C三相绕组，其中的“/A”表示A相的一个反相连接的集中绕组，“/B”、“/C”类推；所述双层绕组的排列方式是：/AB→AA→C/A→/C/C→/BC→BB→A/B→/A/A→/CA→CC→B/C→/B/B→，当N大于1时，则按此顺序循环N次，完成A、B、C三相绕组，其中的“/AB”表示在该齿上有一半是A相反相集中绕组、另一半是B相集中绕组，其余类推。

2.根据权利要求1所述的铁氧体高速三相永磁电机，其特征在于，所述电机为内转子结构，所述Z个槽(3)设于所述定子铁芯的内圆周上；所述槽(3)的宽度小于或等于2R。

3.根据权利要求1所述的铁氧体高速三相永磁电机，其特征在于，所述电机为外转子结构，所述Z个槽(3)设于所述定子铁芯的外圆周上；所述槽(3)的宽度小于或等于2R。

4.根据权利要求2所述的铁氧体高速三相永磁电机，其特征在于，所述铁氧体磁钢或稀土磁钢的外圆两侧设有角度不大于15°、长度不大于铁氧体磁钢或稀土磁钢的外圆弧长1/4的削角。

5.根据权利要求3所述的铁氧体高速三相永磁电机，其特征在于，所述铁氧体磁钢或稀土磁钢的内圆两侧设有角度不大于15°、长度不大于铁氧体磁钢或稀土磁钢的内圆弧长1/4的削角。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的铁氧体高速三相永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯由独立的Z块软磁铁氧体拼接而成，或者是预制成整体的一体式结构；其暴露的表面均被绝缘层包覆，所述绝缘层的厚度为0.02～0.5mm。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的铁氧体高速三相永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯的软磁铁氧体的体积电阻为100Ω～50KΩ，并选自锰芯软磁铁氧体、镍芯软磁铁氧体、微晶硅软磁铁氧体、或SMC软磁复合材料中的一种。

8.根据权利要求1-5中任一项所述铁氧体高速三相永磁电机，其特征在于，所述转子铁芯上每个所述永磁体是径向充磁的瓦形硬磁铁氧体磁钢或稀土磁钢，或者是平行充磁的瓦形硬磁铁氧体磁钢或稀土磁钢；所述转子铁芯磁钢表面有一个厚度为0.15～2mm的碳纤维、玻璃丝或铝质保护套。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的铁氧体高速三相永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯沿轴向分成多段，包括前段、后段、以及位于所述前段与后段之间的至少一个中间段。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的铁氧体高速三相永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯与转子铁芯之间的物理气隙为0.2～3.0mm。 

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