CN216599168U - 一种铁氧体电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种铁氧体电机，包括同轴套接的定子与转子；转子包括开设多个槽的转子铁心，以及设置于槽内的永磁铁氧体；转子铁心由安装在安装架上的若干形状大小相同的软磁单元构成；安装架由不导磁材料构成，呈空心圆柱结构，软磁单元安装在圆柱结构的外表面，形成以圆柱中心轴为轴的径向分布，并且相邻软磁单元之间形成所述槽；各槽形状大小相同，并且各槽以圆柱中心轴为轴呈径向分布。与现有技术相比，本实用新型成本低、易加工制作，具有高的气隙磁通密度，尤其是当通过磁路设计，优选控制永磁铁氧体的径向长度大于极距的2倍以上时能够提高气隙磁通密度至0.8T以上，提高了铁氧体电机的输出转矩。

Description

一种铁氧体电机

技术领域

本实用新型属于电机技术领域，具体涉及一种低成本的铁氧体电机。

背景技术

永磁电机一般包括同轴套接的定子与转子。定子包括定子铁心，以及绕设于定子铁心上的多个绕组。转子包括转子铁心和磁体，其中磁体一般采用稀土永磁材料，但是稀土永磁材料的价格高，影响永磁电机的应用推广。

与稀土永磁材料相比，铁氧体永磁材料成本低、耐腐蚀性好、耐温性好、涡流损耗小等。因此，为了降低电机成本，在永磁电机中用铁氧体永磁材料代替至少部分稀土永磁材料的方法被提出，本实用新型中，当铁氧体永磁材料代替全部稀土永磁材料时电机被称为铁氧体电机。

但是，与稀土永磁材料相比，铁氧体永磁材料的磁能积小，矫顽力小。稀土永磁电机的等效气隙磁通密度一般能够达到0.8T以上，在电机尺寸接近的情况下，铁氧体电机的气隙磁通密度一般达不到0.8T以上，导致铁氧体电机的输出转矩小于稀土永磁材料的输出转矩。因此，如何提高铁氧体电机的气隙磁通密度，从而提高其输出转矩对于铁氧体永磁电机的推广应用具有重要的意义。

此外，永磁电机中转子铁心的制作方法一般是：采用硅钢片叠压而成；所述硅钢片的形状大小与所述转子铁心的径向截面的形状大小一致；所述径向截面是与所述转子铁心的轴向相垂直的截面；采用冲片模具整体性冲压制得所述硅钢片。具有低转速大转矩的电机通常转子铁心尺寸较大，因此制作所述硅钢片的冲片模具的尺寸较大，导致一方面大大增加了加工成本，另一方面在实际冲压过程中由于尺寸较大造成制造难度增大，从而影响了成品率，不利于实际的加工制造。

实用新型内容

针对上述技术现状，本实用新型旨在提供一种铁氧体电机，其成本低、易加工制作，并且具有高的气隙磁通密度。

本实用新型提供的技术方案是：

一种铁氧体电机，包括同轴套接的定子与转子；

定子包括定子铁心，以及绕设于定子铁心上的多个绕组；

转子包括开设多个槽的转子铁心，以及设置于槽内的永磁体，所述永磁体为永磁铁氧体；其特征是：

所述转子铁心由安装在安装架上的若干形状与大小相同的软磁单元构成；

所述安装架由不导磁材料构成，呈空心圆柱结构，所述软磁单元安装在圆柱结构的外表面，形成以圆柱中心轴为轴的径向分布，并且相邻软磁单元之间形成所述槽，各槽的形状与大小相同，并且各槽以圆柱中心轴为轴呈径向分布。

所述安装架材料为不导磁材料，具体材料不限，例如不导磁的不锈钢、铜、铝等材料。

作为优选，所述软磁单元由若干片状单元叠加组成，叠加方向平行于所述圆柱中心轴。作为进一步优选，采用冲片模具冲压制得所述片状单元。作为更优选，所述片状单元设置若干连接孔，连接件可通过这些连接孔将各片状单元沿着叠加方向进行紧固。与现有技术中的整体式的转子铁心相比，由于该软磁单元的径向截面较小，因此冲片模具的尺寸较小，有利于冲压操作，大大降低了制作难度，降低了成本。

所述片装单元材料为软磁材料，具体材料不限，例如硅钢、非晶软磁合金等。

为了便于压紧和固定所述软磁单元，作为优选，在安装架沿圆柱中心轴的一端设置第一端板，将该端板与安装架固定在一起，并且与软磁单元一端固定在一起。为了进一步固定铁心和永磁铁氧体，作为优选，在安装架圆柱中心轴的另一端设置第二端板，当永磁铁氧体插入所述槽后，将第二端板与安装架固定，并且与软磁单元的另一端固定在一起。

软磁单元在安装架上的安装方式不限，例如粘结安装、通过连接件安装，以及吸附安装等。考虑到安装方便性以及为了提高软磁单元在安装架的稳固性，作为优选，所述安装架的圆柱外表面设置若干凹槽，凹槽与软磁单元一一对应，每个软磁单元靠近圆柱中心轴的一端设置凸起，凹槽的结构与凸起的结构相匹配，使软磁单元的凸起可插入凹槽，形成卡接安装。

作为优选，各软磁单元的径向截面中远离圆柱中心轴的一端边缘构成半径为R的圆周的弧长。所述径向截面是指垂直于圆柱中心轴的截面。作为进一步优选，软磁单元远离圆柱中心轴的一端形成极靴结构，此时所述极靴结构的极距为τ_m，即，极靴结构对应的弧长为τ_m。为了提高气隙磁通密度，相邻极靴之间形成弧长为b₀的开口。

作为优选，各槽中永磁铁氧体的充磁方向为该槽的径向中心线的切向方向。

所述永磁铁氧体即铁氧体永磁材料构成，具体材料不限，优选为剩磁Br>0.4T的材料。

作为优选，相邻槽中永磁铁氧体磁极相对地插入槽中。

各槽中永磁铁氧体的径向长度为b_m。在电机工作点附近，永磁铁氧体材料提供的磁通密度约为其剩磁的二分之一。根据磁路计算常识，电机转子的磁通密度有如下公式：

Br是永磁铁氧体材料的剩磁，B_气B是电机的气隙磁密度，当永磁铁氧体材料剩磁大于等于0.4T时，为了让气隙磁通密度达到0.8T以上，b_m≥2τ_m。即，通过永磁铁氧体的尺寸设计，实现了电机的气隙磁密度达到0.8T以上，与稀土永磁电机的气隙磁通密度相当。

所述开口的弧长b₀的值太大，磁路截面积减小，导致等效气隙磁通密度小；b₀的值太小，漏磁比例较大，导致气隙磁通密度减小，为了进一步提高定子与转子间的气隙磁通密度，作为优选，b₀/τ_m≤0.3，并且，b₀大于一倍电机的气隙厚度。作为进一步优选，b_o大于等于1.5倍的气隙厚度。

作为优选，所述槽的径向截面呈矩形。

作为优选，各槽中永磁铁氧体的径向截面呈矩形，各矩形的径向长度相等，作为进一步优选，各矩形的宽度hm相等，为了提高矫顽力，综合考虑稀土永磁材料及永磁铁氧体的矫顽力及温度稳定性，作为更优选，各矩形的宽度hm＝15～40mm。

所述永磁铁氧体可以是整体结构，也可以由多个永磁铁氧体拼接而成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)现有技术中，转子铁心一般是由若干个纵向截面整体叠加构成，叠加方向品平行于转子铁心的轴向，当转子铁心尺寸较大时纵向截面尺寸较大，导致冲压该纵向截面的模具尺寸增大，一方面成本增大，另一方面不利于冲压操作。本实用新型中，转子铁心由安装在呈空心圆柱结构的安装架上的若干形状与大小相同的软磁单元构成，每个软磁单元优选由若干个片状单元整体叠加构成，叠加方向平行于圆柱中心轴，并且每个片状单元由模具冲压形成，从而大大减小了模具大小，不仅降低了成本，而且方便冲压，成品率高，可实现大规模制造。

(2)本实用新型中，转子铁心安装在安装架上，安装架为非导磁材料，一方面便于安装与拆卸，另一方面减少了转子磁体的漏磁，进一步提高了定子与转子间的气隙磁通密度，有利于输出较大的转矩。

(3)本实用新型中，采用永磁铁氧体代替永磁电机中的稀土永磁材料，将永磁铁氧体插入设置在转子铁心中的各槽中，并且通过磁路设计，优选控制永磁铁氧体的径向长度大于极距的2倍以上。与稀土永磁电机相比，由于永磁铁氧体的长度增大，补偿了永磁铁氧体的矫顽力和剩余磁感应强度小于稀土永磁材料而造成的气隙磁通密度低而影响输出转矩的问题，在有限的转子体积内提供更多的磁通量并减少永磁体漏磁，能够使永磁铁氧体电机的气隙磁密度达到0.8T以上，因此兼顾了电机尺寸与输出转矩。

(4)本实用新型中，优选将相邻极靴之间形成的开口弧长b₀控制在极距的0.3倍以内，并且1倍电机的气隙厚度以外，能够进一步减小漏磁，提高定子与转子间的气隙磁通密度，进一步提高输出转矩。

(5)本实用新型中，优选各槽中永磁铁氧体的径向截面呈矩形，并且矩形宽度控制在15～40mm，能够进一步保证转子磁体的矫顽力，避免因电机工作时定子励磁场导致的退磁。

因此，与稀土永磁材料电机相比，本实用新型的铁氧体电机能够大幅度降低成本，易于制作安装，并且通过结构设计能够兼顾气隙磁密度，从而提高输出转矩，在电机尺寸增大幅度不大的情况下能够达到稀土永磁材料电机相当的输出转矩，大大提高了电机的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中铁氧体电机的转子铁心与永磁铁氧体的结构示意图。

图2是图1的径向截面图。

图3是图1中安装架的结构示意图。

图4是图1中软磁单元的径向截面结构示意图。

图5是安装第二端面后的转子铁心的结构示意图。

图6是图1中转子铁心的尺寸关系示意图。

图7是本实用新型实施例1中转子铁心与定子之间的磁力线分布图。

图8是本实用新型实施例1中气隙磁通密度随τ_m/b_m的变化图。

具体实施方式

下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。

1-转子铁心，2-槽，3-永磁铁氧体，4-安装架，5-定子，11-软磁单元，12-凸起，13-极靴，14-连接孔，15-紧固件，21-槽连通至外圆的开口，41-凹槽，42-第一端板，43-第二端板。

本实施例中，铁氧体电机包括同轴的定子与转子，定子套接在转子外围。定子包括定子铁心，以及绕设于定子铁心上的多个绕组。转子包括转子铁心1与永磁铁氧体3。

如图1所示，转子铁心1开设多个槽2，每个槽2内设置永磁铁氧体3。

如图1-3所示，转子铁心1由安装在安装架4上的若干形状大小相同的软磁单元11构成。安装架4呈空心圆柱结构，软磁单元11安装在圆柱外表面，形成以圆柱中心轴为轴的径向分布，并且相邻软磁单元之间形成所述槽2，永磁铁氧体3置于该槽2中，各槽的形状与大小相同，并且各槽以圆柱中心轴为轴呈径向分布。安装架4由不导磁的不锈钢构成，起到阻磁作用。

如图3、4所示，安装架4的圆柱外表面设置若干凹槽41，凹槽41与软磁单元11一一对应。每个软磁单元11靠近圆柱中心轴的一端设置凸起12，远离中心轴的一端形成极靴13，凹槽41的结构与凸起12的结构相匹配，使软磁单元11的凸起可插入凹槽，形成卡接安装。

本实施例中，软磁单元11采用若干形状相同并且大小相同的片状单元叠加而成，叠加方向平行于所述圆柱中心轴。采用冲片模具冲压制得所述片状单元。片状单元设置若干连接孔14，连接件15可通过这些连接孔14将各片状单元沿着叠加方向进行紧固。

本实施中，安装架4沿轴向的一端设置第一端板42，另一端设置第二端板43。如图5所示，当软磁单元11安装在安装架4上之后，将第一端板42与安装架4的一端固定在一起，并且与软磁单元11一端固定在一起，从而压紧和固定软磁单元11。当永磁铁氧体插入槽2后，将第二端板43与安装架4的另一端固定，并且与软磁单元11的另一端固定在一起。

如图1、6所示，转子铁心1的径向截面整体呈圆环结构，外圆半径为R。软磁单元远离圆柱中心轴的一端形成极靴结构，并且各极靴结构的径向截面的边缘构成半径为R的圆周的弧长，各极靴结构的极距为τ_m，即，极靴结构的径向截面的边缘的弧长为τ_m。为了提高气隙磁通密度，相邻极靴之间形成开口21，该开口21对应的弧长为b0。

本实施例中，各槽中永磁铁氧体的径向截面呈矩形。各矩形的径向长度b_m相等，并且控制τ_m≤b_m≤3τ_m。控制b₀/τ_m≤0.3，并且b₀大于一倍电机的气隙厚度。各矩形的宽度hm相等，并且控制h_m＝15～40mm。

本实施例中，永磁铁氧体材料的剩磁Br>0.4T的材料。各槽中永磁铁氧体的充磁方向为该槽的径向中心线的切向方向。相邻槽中永磁铁氧体磁极相对地插入槽中。

图7借助磁场线表示本实施例中转子结构在气隙的磁通和漏磁通，磁力线由在槽2的永磁铁氧体材料引起，显示在安装架4流过的磁通极少。经测试，如图8所示，在其他条件相同的情况下，气隙磁通密度随永磁铁氧体的径向长度b_m的增大而增大，当b_m≥2τ_m时可达0.85T以上。

以上所述的实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种铁氧体电机，包括同轴套接的定子与转子；

定子包括定子铁心，以及绕设于定子铁心上的多个绕组；

转子包括开设多个槽的转子铁心，以及设置于槽内的永磁体，所述永磁体为永磁铁氧体；其特征是：

所述转子铁心由安装在安装架上的若干形状大小相同的软磁单元构成；

所述安装架由不导磁材料构成，呈空心圆柱结构，所述软磁单元安装在圆柱结构的外表面，形成以圆柱中心轴为轴的径向分布，相邻软磁单元之间形成所述槽，各槽形状大小相同，并且各槽以圆柱中心轴为轴呈径向分布。

2.如权利要求1所述的铁氧体电机，其特征是：所述软磁单元由若干形状相同并且大小相同的片状单元叠加而成，叠加方向平行于所述圆柱中心轴。

3.如权利要求2所述的铁氧体电机，其特征是：所述片状单元设置若干连接孔，连接件通过这些连接孔将各片状单元沿着叠加方向进行紧固。

4.如权利要求1所述的铁氧体电机，其特征是：在安装架沿圆柱中心轴的一端设置第一端板，将该端板与安装架固定在一起，并且与软磁单元一端固定在一起。

5.如权利要求4所述的铁氧体电机，其特征是：在安装架沿圆柱中心轴的另一端设置第二端板，当永磁铁氧体插入所述槽后，将第二端板与安装架固定，并且与软磁单元的另一端固定在一起。

6.如权利要求1所述的铁氧体电机，其特征是：所述安装架的圆柱外表面设置若干凹槽，凹槽与所述软磁单元一一对应，每个软磁单元靠近圆柱中心轴的一端设置凸起，凹槽的结构与凸起的结构相匹配，使所述软磁单元的凸起可插入所述凹槽，形成卡接安装。

7.如权利要求1所述的铁氧体电机，其特征是：所述永磁铁氧体材料为剩磁Br>0.4T的材料。

8.如权利要求1所述的铁氧体电机，其特征是：各槽中永磁铁氧体的充磁方向为该槽的径向中心线的切向方向。

9.如权利要求1所述的铁氧体电机，其特征是：相邻槽中永磁铁氧体磁极相对地插入槽中。

10.如权利要求1所述的铁氧体电机，其特征是：各槽中永磁铁氧体的径向截面呈矩形，各矩形的径向长度相等。

11.如权利要求10所述的铁氧体电机，其特征是：各矩形的宽度h_m相等。

12.如权利要求11所述的铁氧体电机，其特征是：各矩形的宽度h_m=15-40mm。

13.如权利要求1至12中任一权利要求所述的铁氧体电机，其特征是：各软磁单元的径向截面中远离圆柱中心轴的一端边缘构成半径为R的圆周的弧长。

14.如权利要求13所述的铁氧体电机，其特征是：所述软磁单元远离圆柱中心轴的一端形成极靴结构；所述极靴结构的极距为τ_m，即，极靴结构对应的弧长为τ_m。

15.如权利要求14所述的铁氧体电机，其特征是：相邻极靴之间形成弧长为b₀的开口。

16.如权利要求14所述的铁氧体电机，其特征是：各槽中永磁铁氧体的径向长度

。

17.如权利要求15所述的铁氧体电机，其特征是：b₀/τm≤0.3，并且，b₀大于一倍电机的气隙厚度。

18.如权利要求17所述的铁氧体电机，其特征是：b₀大于等于1.5倍的气隙厚度。

Images