CN210577973U - 定子单元、定子组件和轴向磁场电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定子单元、定子组件和轴向磁场电机，属于电机领域。所述定子单元包括由硅钢片叠压成的U型铁芯，所述U型铁芯的外侧端面上设置有由软磁复合材料制成的极靴，所述极靴端面的面积大于U型铁芯外侧端面的面积，所述U型铁芯上设置有线圈绕组。本实用新型的模块化的定子单元使得定子不再具有公共的轭部，降低了定子轭部产生的铁损并且减少了电机的重量。并且定子单元的结构充分利用硅钢片的高导磁性和SMC的三维导磁性，解决了径向方向的面积变化的问题，使定子单元在径向方向可以存在两个不同面积的端面，对准转子的不同面积的内外磁钢。

Description

定子单元、定子组件和轴向磁场电机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，特别是指一种定子单元、定子组件和轴向磁场电机。

背景技术

轴向磁场电机，又称轴向磁通电机或盘式电机，其定子组件和转子组件为盘式结构。轴向磁场电机的气隙是平面型的，气隙磁场是轴向的，其具有结构紧凑、体积小、重量轻、转矩密度高、转子转动惯量小的优点。

轴向磁场电机通常具有以下几种结构方式：1、单转子单定子：一个定子组件和一个转子组件(单面气隙)；2、双转子单定子：两个转子组件，中间一个定子组件(双面气隙)；3、单转子双定子：两个定子组件，中间一个转子组件(双面气隙)；4、多转子多定子：多个定子组件和多个转子组件互相穿插(多面气隙)。

图1示出了一种典型结构的单转子双定子轴向磁场电机，其中间为一个转子组件，两边为两个定子组件。转子组件包括转子盘1’和设置在转子盘1’上的一圈永磁体(磁钢)2’，定子组件包括定子轭部3’和设置在定子轭部3’上的一圈定子铁芯4’，所有的定子铁芯4’共用一个公共的定子轭部3’，定子铁芯4’上设置有线圈绕组5’。

图2示出了图1所示的单转子双定子轴向磁场电机的磁回路，这种结构的电机由于转子盘不参与导磁，因此可以将转子盘设置成非导磁材料，也就是说转子无轭部。但是，其定子轭部参与导磁，必须是铁轭等导磁材料，这就导致电机在运行时，定子轭部产生铁损，并且定子轭部还会增加电机的重量。

中国专利文献CN107408875A公开了一种无磁轭分段电枢的轴向磁通电机，其省略掉了定子轭部，显著减轻了重量和铁损。但是该专利是双转子单定子的轴向磁场电机，不适用于单转子双定子的轴向磁场电机。并且，该专利的转子轭部参与导磁，不能更进一步的减轻重量和消除铁损，也不适用于转子无轭部的单转子双定子的轴向磁场电机。

由上述可知，对于转子无轭部的单转子双定子的轴向磁场电机，如何减小定子轭部的铁损以及重量，现有技术中并未有解决的技术方案。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种定子单元、定子组件和轴向磁场电机，本实用新型降低了定子轭部产生的铁损并且减少了电机的重量，充分利用硅钢片的高导磁性和SMC的三维导磁性，定子单元在径向方向可以存在两个不同面积的端面，对准转子的不同面积的内外磁钢。

本实用新型提供技术方案如下：

一种定子单元，所述定子单元包括由硅钢片叠压成的U型铁芯，所述U型铁芯的外侧端面上设置有由软磁复合材料制成的极靴，所述极靴端面的面积大于U型铁芯外侧端面的面积，所述U型铁芯上设置有线圈绕组。

进一步的，所述U型铁芯与线圈绕组接触的位置处设置有绝缘层，所述极靴与线圈绕组之间设置有绝缘层。

进一步的，所述U型铁芯的外侧端面上设置有定位凸起，所述极靴上设置有定位口，所述定位口套在定位凸起上，所述极靴通过胶水与U型铁芯的外侧端面固定。

进一步的，所述定位凸起和定位口的形状均为矩形。

进一步的，所述线圈绕组设置在U型铁芯的外侧的臂上。

进一步的，所述极靴的形状为扇环形。

进一步的，所述U型铁芯的部分或全部棱边倒角。

一种定子组件，包括多个前述的定子单元，多个定子单元成环形排列。

一种轴向磁场电机，包括一个转子组件和两个前述的定子组件，两个定子组件设置在一个转子组件的前后两侧。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的模块化的定子单元使得定子不再具有公共的轭部，降低了定子轭部产生的铁损并且减少了电机的重量。并且定子单元的结构充分利用硅钢片的高导磁性和SMC的三维导磁性，解决了径向方向的面积变化的问题，使定子单元在径向方向可以存在两个不同面积的端面，对准转子的不同面积的内外磁钢。

附图说明

图1为现有技术的单转子双定子轴向磁场电机的结构示意图；

图2为现有技术的单转子双定子轴向磁场电机的磁回路示意图；

图3为本实用新型的定子单元的结构示意图；

图4为本实用新型的定子单元的爆炸图；

图5为本实用新型的转子组件的结构示意图；

图6为本实用新型的转子盘的结构示意图；

图7为本实用新型的定子单元形成的单转子双定子轴向磁场电机的结构及磁回路示意图；

图8为本实用新型的轴向磁场电机的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型实施例提供一种定子单元100，如图3-4所示，该定子单元100包括由硅钢片叠压成的U型铁芯1，U型铁芯1上设置有线圈绕组4，U型铁芯1的外侧端面2(也就是定子单元的外侧磁极)上设置有由软磁复合材料(Soft Magnetic Composite,SMC)制成的极靴3，极靴3的端面的面积大于U型铁芯1的外侧端面2的面积。

本实用新型所述的“内侧”和“外侧”是基于径向上与电机转轴的距离而定的，径向上靠近电机转轴为“内侧”，径向上远离电机转轴为“外侧”。

现有技术中的单转子双定子轴向磁场电机，由于定子具有公共的定子轭部，该轭部较厚，导致磁极与轭部的安装固定较为复杂，定子面的平面度不容易保证，电机在运行时，定子轭部产生铁损，对磁场能量的利用率低，并且定子轭部还会增加电机的重量。

本实用新型的多个定子单元100组成的定子组件200配合径向上具有内外两层磁钢的转子组件使用。转子组件一个典型的示例如图5-6所示：

转子组件300包括转子盘8和转子轴9，转子盘8和转子轴9连接，转子盘8上设置有多个磁钢组件10，每个磁钢组件10包括内磁钢11和外磁钢12，内磁钢11设置在转子盘8的内侧，外磁钢12设置在转子盘8的外侧，内磁钢11和外磁钢12的磁极方向相反。也就是说，在转子盘的径向上设置了两块磁钢。

在装配定子组件和转子组件时，U型铁芯1的内侧端面13(也就是定子单元的内侧磁极)与内磁钢11配合，U型铁芯1的外侧端面2与外磁钢12配合，形成的磁回路如图7所示。可见，多个定子单元不再具有公共的轭部，降低了定子轭部产生的铁损并且减少了电机的重量。

本实用新型通过互相独立的U型的定子单元解决了公共的定子轭部的问题，但是还存在以下问题：

现有定子多为硅钢片一种材料作为铁芯，对于一些特殊的结构，硅钢片的叠片形式很难制作，甚至是做不出来，本实用新型的U型的定子单元就遇到了这样的问题。

由于外磁钢是一个大的扇环面，内磁钢是一个小的扇环面，外磁钢的面积大于内磁钢的面积，为使得定子单元与内磁钢和外磁钢配合，U型铁芯的外侧端面的面积应该大于内侧端面的面积，即U型铁芯的外侧端面为大的扇环面，内侧端面为小的扇环面。但是，由于硅钢片只能二维导磁的特性，由硅钢片叠片形式制作不出来外侧端面面积大于内侧端面面积的U型铁芯。

为解决这一问题，本实用新型在U型铁芯的外侧端面上设置由SMC制成的极靴，极靴的面积大于U型铁芯的外侧端面的面积。SMC具有三维导磁的特性，可以压制成任意的形状，因此较大面积的SMC与外磁钢配合，利用其三维导磁特性将外磁钢的磁力线收集并收束到U型铁芯上。

SMC具有三维导磁的特性，可以压制成任意的形状，理论上也可以全部使用SMC制作本实用新型的定子单元，但是SMC的导磁性能没有硅钢片好，全部使用SMC会导致磁密度过低，很难胜任电机的需求。因此本实用新型不是全部使用SMC制作定子单元，而是使用硅钢片制作U型铁芯，利用硅钢片的高导磁性，使用SMC制作极靴，利用SMC的三维导磁性收集磁力线。一般定子极靴中的磁密要小于其他定子导磁部位，所以本实用新型中用到的SMC极靴即使导磁性能没有硅钢片好，也完全能够胜任。

综上所述，本实用新型的模块化的定子单元使得定子不再具有公共的轭部，降低了定子轭部产生的铁损，对磁场能量的利用率高，并且减少了电机的重量。并且定子单元的结构充分利用硅钢片的高导磁性和SMC的三维导磁性，解决了径向方向的面积变化的问题，使定子单元在径向方向可以存在两个不同面积的端面，对准转子的不同面积的内外磁钢。

本实用新型中，线圈绕组与U型铁芯之间需要做绝缘处理，因此，在U型铁芯1与线圈绕组4接触的位置处设置有绝缘层，优选的，U型铁芯与线圈绕组接触到的位置均用绝缘包裹。本实用新型先将漆包线绕制成线圈绕组，固定成型后，将线圈绕组套在包有绝缘层的U型铁芯上。

极靴与线圈绕组也不能接触，因此，在极靴3与线圈绕组4之间设置有绝缘层。

作为本实用新型的一种改进，U型铁芯1的外侧端面2上设置有定位凸起5，极靴3上设置有定位口6，定位口6套在定位凸起5上，极靴3通过胶水与U型铁芯1的外侧端面2固定。这种定位和固定方式简单方便。定位凸起5和定位口6的形状均优选为矩形。

现有的永磁电机一般是整块实心定子和转子，定子和转子部分需要占据专门的轴向空间，其他零部件的安装，例如轴承以及一些场合要求使用的制动器和编码器需要在轴向上继续占据新的空间，导致电机轴向长度增长。

本实用新型的多个定子单元100成环形排列成定子组件200后，定子组件内圆处就留出了一部分空间，该空间可以利用起来，例如电机的制动器、编码器、旋转变压器等可以安装在定子组件内圆中，对于需要安装这些附件的电机，这样可以大大缩短电机的轴向尺寸。

为了不妨碍定子组件内圆中安装制动器、编码器、旋转变压器等设备，线圈绕组4设置在U型铁芯1的外侧的臂上。

极靴3的形状优选为扇环形，与外磁钢的形状配合。

本实用新型U型铁芯1的部分或全部棱边7倒角，尤其是安装线圈绕组的部分，倒角可以防止划伤线圈绕组。

本实用新型实施例还提供一种定子组件200，如图8所示，定子组件200包括多个前述的定子单元100，多个定子单元100成环形排列。

本实用新型的定子组件由模块化的定子单元组成，定子不再具有公共的轭部，降低了定子轭部产生的铁损并且减少了电机的重量。并且定子单元的结构充分利用硅钢片的高导磁性和SMC的三维导磁性，解决了径向方向的面积变化的问题，使定子单元在径向方向可以存在两个不同面积的端面，对准转子的不同面积的内外磁钢。

定子组件内圆处留有一部分空间，该空间可以利用起来，例如电机的制动器、编码器、旋转变压器等可以安装在定子组件内圆中，对于需要安装这些附件的电机，这样可以大大缩短电机的轴向尺寸。

定子组件中，各个定子单元的线圈绕组可根据设计要求分为正向绕法和反向绕法，即顺时针绕制和逆时针绕制。

本实用新型实施例还提供一种轴向磁场电机，如图8所示，包括一个转子组件300和两个前述的定子组件200，两个定子组件200设置在一个转子组件300的前后两侧。

转子组件300包括转子盘8和转子轴9，转子盘8和转子轴9连接，转子盘8上设置有多个磁钢组件10，每个磁钢组件10包括内磁钢11和外磁钢12，内磁钢11设置在转子盘8的内侧，外磁钢12设置在转子盘8的外侧，内磁钢11和外磁钢12的磁极方向相反。

本实用新型的定子组件由模块化的定子单元组成，定子不再具有公共的轭部，降低了定子轭部产生的铁损并且减少了电机的重量。并且定子单元的结构充分利用硅钢片的高导磁性和SMC的三维导磁性，解决了径向方向的面积变化的问题，使定子单元在径向方向可以存在两个不同面积的端面，对准转子的不同面积的内外磁钢。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种定子单元，其特征在于，所述定子单元包括由硅钢片叠压成的U型铁芯，所述U型铁芯的外侧端面上设置有由软磁复合材料制成的极靴，所述极靴端面的面积大于U型铁芯外侧端面的面积，所述U型铁芯上设置有线圈绕组。

2.根据权利要求1所述的定子单元，其特征在于，所述U型铁芯与线圈绕组接触的位置处设置有绝缘层，所述极靴与线圈绕组之间设置有绝缘层。

3.根据权利要求1所述的定子单元，其特征在于，所述U型铁芯的外侧端面上设置有定位凸起，所述极靴上设置有定位口，所述定位口套在定位凸起上，所述极靴通过胶水与U型铁芯的外侧端面固定。

4.根据权利要求3所述的定子单元，其特征在于，所述定位凸起和定位口的形状均为矩形。

5.根据权利要求1-4任一所述的定子单元，其特征在于，所述线圈绕组设置在U型铁芯的外侧的臂上。

6.根据权利要求5所述的定子单元，其特征在于，所述极靴的形状为扇环形。

7.根据权利要求5所述的定子单元，其特征在于，所述U型铁芯的部分或全部棱边倒角。

8.一种定子组件，其特征在于，包括多个权利要求1-7任一所述的定子单元，多个定子单元成环形排列。

9.一种轴向磁场电机，其特征在于，包括一个转子组件和两个权利要求8所述的定子组件，两个定子组件设置在一个转子组件的前后两侧。

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