CN218940788U - 一种轴向磁通永磁电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轴向磁通永磁电机，包括转子和两个定子，两个定子分别位于转子的两侧，两个定子相对于转子对称布置，定子包括定子轭盘、多个定子绕组和多个间隔布置的软磁性复合材料制成的定子齿，多个定子齿位于一个环形上，多个定子绕组分别卷绕在多个定子齿上，定子齿插在定子轭盘上。本实用新型定子由硅钢片材质的定子轭盘和软磁性复合材料的定子齿构成，定子转子结构简单、重量轻，加工安装便捷，电机磁路缩短，提高电机的功率密度和转矩密度。

Description

一种轴向磁通永磁电机

技术领域

本实用新型属于永磁电机技术领域，具体为一种轴向磁通永磁电机。

背景技术

轴向磁通永磁电机近年来因结构简单、功率密度大、效率高等优点获得了研究人员广泛的关注，但其定子铁心制造困难等问题使其应用受到了一定的限制。现有的轴向磁通永磁电机定子铁心一般是通过将硅钢片带料卷绕后再进行槽加工或将冲好槽的硅钢片带料卷绕而成，因此存在叠片之间的短路问题以及预先打孔的槽难以对齐等问题。另外，由于叠压硅钢片二维铁心的设计局限，也限制了轴向磁通永磁电机功率密度的进一步提升。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种轴向磁通永磁电机，定子由硅钢片材质的定子轭盘和软磁性复合材料的定子齿构成，结合了软磁性复合材料和硅钢片材料的性能特点，充分利用了软磁复合材料各向同性的磁特性以及模压成型的优势，提高了电机的槽满率、功率密度和转矩密度，弥补了软磁复合材料磁导率低、机械强度不足等缺点，创新了轴向磁通电机的制造工艺，能够有效提高电机的功率密度和转矩密度，定子转子结构简单，加工安装便捷，转子永磁体采用嵌入式结构，相较于表贴式结构，缩短了电机的磁路，进一步减小了软磁复合材料磁导率低对电机性能的影响。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种轴向磁通永磁电机，包括转子和两个定子，两个定子分别位于转子的两侧，两个定子相对于转子对称布置，定子包括定子轭盘、多个定子绕组和多个间隔布置的软磁性复合材料制成的定子齿，多个定子齿位于一个环形上，多个定子绕组分别卷绕在多个定子齿上，定子齿插在定子轭盘上。

作为上述技术方案的进一步改进：

转子包括转子铁心和多个永磁体，多个永磁体间隔布置，永磁体嵌设在转子铁心上。

转子铁心为圆环形，转子铁心的一个端面上设有多个永磁体槽，多个永磁体槽环形阵列布置，多个永磁体分别安装在多个永磁体槽上，永磁体安装在永磁体槽上后，永磁体的底面接触永磁体槽的底部、永磁体的顶面和转子铁心的端面平齐。

永磁体的横截面为扇环形。

相邻永磁体之间充磁方向相反。

转子铁心的材质为非磁性材料。

定子轭盘为圆环形，定子轭盘上设有多个安装孔，多个安装孔环形阵列布置。

定子齿包括齿冠和齿身，齿冠的横截面为扇环形，齿身的横截面为扇环形，齿身的横截面的面积小于齿冠的横截面的面积，齿冠和齿身连接，齿冠和齿身连接后，齿冠对应扇环形所在环形的中心线和齿身对应扇环形所在环形的中心线重合或平行，在垂直于所述中心线的平面内，齿身的投影位于齿冠的投影范围内。

定子齿插在定子轭盘上时，齿身一端插入定子轭盘上、另一端连接齿冠、中部缠绕定子绕组。

本实用新型的有益效果是：定子由硅钢片材质的定子轭盘和软磁性复合材料的定子齿构成，结合了软磁性复合材料和硅钢片材料的性能特点，充分利用了软磁复合材料各向同性的磁特性以及模压成型的优势，提高了电机的槽满率、功率密度和转矩密度，弥补了软磁复合材料磁导率低、机械强度不足等缺点，创新了轴向磁通电机的制造工艺，能够有效提高电机的功率密度和转矩密度，定子转子结构简单、重量轻，加工安装便捷，转子永磁体采用嵌入式结构，相较于表贴式结构，缩短了电机的磁路，进一步减小了软磁复合材料磁导率低对电机性能的影响。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的爆炸结构示意图；

图2为本发明的一个实施例的转子结构示意图；

图3为本发明的一个实施例的转子铁心结构示意图；

图4为本发明的一个实施例的定子装配示意图；

图5为本发明的一个实施例的定子齿结构示意图；

图6为本发明的一个实施例的定子轭盘结构示意图；

图7为本发明的一个实施例的电机磁路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

一种轴向磁通永磁电机，如图1～7所示，包括转子和两个定子，即所述永磁电机为双定子单转子结构。两个定子分别位于转子的两侧，两个定子相对于转子对称布置。

定子包括定子轭盘5、多个间隔布置的定子齿3和多个定子绕组4。

定子轭盘5为圆环形，定子轭盘5上设有多个安装孔51，多个安装孔51环形阵列布置。安装孔51的形状为扇环形。多个安装孔51对应的扇环形所在环形的中心线重合。定子轭盘5由硅钢片材料沿轴向叠压形成。

定子齿3的材质为软磁性复合材料。定子齿3包括齿冠31和齿身32，齿冠31的横截面为扇环形，齿身32的横截面为扇环形，齿身32的横截面的面积小于齿冠31的横截面的面积。齿身32的横截面的形状和大小与安装孔51的横截面的形状和大小相同。齿冠31和齿身32连接，具体的，齿冠31和齿身32堆叠连接，即齿冠31的一个平面和齿身32的一个平面连接。齿冠31和齿身32连接后，齿冠31对应扇环形所在环形的中心线和齿身32对应扇环形所在环形的中心线重合或平行，在垂直于所述中心线的平面内，齿身32的投影位于齿冠31的投影范围内，即齿冠31和齿身32连接后，齿冠31的四周超出齿身32四周，齿冠31在径向及圆周方向上的长度都大于齿身32对应的长度。

生产加工时，定子齿3经软磁性复合材料模压成型，或由预制好的软磁复合材料坯件经机械加工制成。

多个定子齿3位于一个环形上呈环形阵列布置，多个定子齿3分别插入多个安装孔51中。具体的，定子齿3插在定子轭盘5上时，齿身32插入安装孔51中固定，固定方式可采用现有技术中的方案，如齿身32穿过安装孔51，齿身32穿过安装孔51的部分通过钢丝绳等连接。

定子绕组4位于齿冠31和定子轭盘5之间，多个定子绕组4分别卷绕在多个齿身32上。具体的，定子绕组4采用分数槽集中绕组缠绕在齿身32上。

转子包括转子铁心2和多个永磁体1。

转子铁心2为圆环形，具体的，转子铁心2为具有厚度的圆环形，转子铁心2包括两个端面和一个圆周侧面，两个端面通过所述圆周侧面连接。转子铁心2的两个端面中，一个端面为平面、另一个端面非平面。具体的，转子铁心2的非平面的端面上设有多个永磁体槽21，多个永磁体槽21环形阵列布置，永磁体槽21的横截面的形状为扇环形。多个永磁体槽21对应的扇环形所在环形的中心线重合。

永磁体1的横截面为扇环形。永磁体1的材质为钕铁硼。多个永磁体1环形阵列布置在转子铁心2上。永磁体1采用嵌入式安装在转子铁心2上。具体的，多个永磁体1分别安装在多个永磁体槽21上，永磁体1安装在永磁体槽21上后，永磁体1的底面接触永磁体槽21的底部、永磁体1的顶面和转子铁心2的端面平齐，即永磁体1安装在转子铁心2上后，转子铁心2和永磁体1连接形成的转子整体的两个端面为平面。

永磁体1沿轴向充磁，相邻永磁体1之间充磁方向相反。基于上述结构，所述转子圆周方向上没有磁通路径，因此转子铁心2可以使用铝等非磁性材料来填充永磁体之间的空间，构成转子的刚性结构。

相较于永磁体1的表贴式结构，嵌入式结构缩短了电机的磁路，减轻了转子的重量，可以有效减小软磁复合材料磁导率低对电机性能的影响，提高电机的功率密度，减小电机的转动惯量。

安装时，首先将成型的定子绕组4分别一一对应套入每个定子齿3的齿身32中，再将多个定子齿3的齿身32端部分别插入定子轭盘5中的安装孔51中后固定，经浸漆、塑封后完成定子装配，再与转子、轴承等部件装配，得到完整样机。固定装配后定子的相邻两个齿冠31之间形成平行的槽开口，相邻两个齿身32之间形成平行的定子槽。

本实施例中，电机的磁路示意图如图7所示。主磁通沿转子轴向通过气隙，经由一侧定子齿3和定子轭盘5，沿定子轭盘5周向进入相邻定子齿3，穿过气隙到相邻永磁体1进入转子另一侧定子，再经过一个对称路径最后回到出发的磁极，构成完整的闭合磁路。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，本领域的技术人员根据本实用新型的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种轴向磁通永磁电机，其特征在于，包括转子和两个定子，两个定子分别位于转子的两侧，两个定子相对于转子对称布置，定子包括定子轭盘(5)、多个定子绕组(4)和多个间隔布置的软磁性复合材料制成的定子齿(3)，多个定子齿(3)位于一个环形上，多个定子绕组(4)分别卷绕在多个定子齿(3)上，定子齿(3)插在定子轭盘(5)上。

2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：转子包括转子铁心(2)和多个永磁体(1)，多个永磁体(1)间隔布置，永磁体(1)嵌设在转子铁心(2)上。

3.根据权利要求2所述的永磁电机，其特征在于：转子铁心(2)为圆环形，转子铁心(2)的一个端面上设有多个永磁体槽(21)，多个永磁体槽(21)环形阵列布置，多个永磁体(1)分别安装在多个永磁体槽(21)上，永磁体(1)安装在永磁体槽(21)上后，永磁体(1)的底面接触永磁体槽(21)的底部、永磁体(1)的顶面和转子铁心(2)的端面平齐。

4.根据权利要求2或3所述的永磁电机，其特征在于：永磁体(1)的横截面为扇环形。

5.根据权利要求2或3所述的永磁电机，其特征在于：相邻永磁体(1)之间充磁方向相反。

6.根据权利要求2或3所述的永磁电机，其特征在于：转子铁心(2)的材质为非磁性材料。

7.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：定子轭盘(5)为圆环形，定子轭盘(5)上设有多个安装孔(51)，多个安装孔(51)环形阵列布置。

8.根据权利要求7所述的永磁电机，其特征在于：定子齿(3)包括齿冠(31)和齿身(32)，齿冠(31)的横截面为扇环形，齿身(32)的横截面为扇环形，齿身(32)的横截面的面积小于齿冠(31)的横截面的面积，齿冠(31)和齿身(32)连接，齿冠(31)和齿身(32)连接后，齿冠(31)对应扇环形所在环形的中心线和齿身(32)对应扇环形所在环形的中心线重合或平行，在垂直于所述中心线的平面内，齿身(32)的投影位于齿冠(31)的投影范围内。

9.根据权利要求8所述的永磁电机，其特征在于：定子齿(3)插在定子轭盘(5)上时，齿身(32)一端插入定子轭盘(5)上、另一端连接齿冠(31)、中部缠绕定子绕组(4)。

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