專利名稱：磁通切換型軸向磁場永磁無刷電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種磁通切換型軸向磁場永磁無刷電機，是對傳統(tǒng)的軸向磁 場永磁無刷電機的改進，屬于永磁電機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的軸向磁場永磁無刷電機，采用無槽結(jié)構(gòu)其磁負荷小，有槽結(jié)構(gòu)功率密 度較高但制造困難，需使用專用設(shè)備。不論是單氣隙的還是雙氣隙軸向磁場永磁 無刷電機，轉(zhuǎn)子都是由高性能永磁材料粘結(jié)在實心鋼或硅鋼片上構(gòu)成。由于這種 電機將永磁體放置在轉(zhuǎn)子上，為克服高速運轉(zhuǎn)時的離心力，需要對轉(zhuǎn)子采取特別 的輔助措施，如安裝由不銹鋼或非金屬纖維材料制成的固定裝置等，這無疑增加 了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，也提高了電機的制造成本。同時，永磁體位于轉(zhuǎn)子，冷卻 條件差，散熱困難，而較高的溫升可能會最終導(dǎo)致永磁體發(fā)生不可逆退磁，并限 制電機出力、減小電機的功率密度等，制約了電機性能的進一步提高。
由法國學(xué)者E. Hoang提出的磁通切換型永磁電機，該電機將永磁體放置在定 子上，這樣，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)簡單了，轉(zhuǎn)子上既無繞組又無永磁體，避免了上述問題， 但是這種電機是徑向磁場電機，不適合嚴格要求薄型安裝的場合，單氣隙結(jié)構(gòu)使 電機功率密度低。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題針對傳統(tǒng)的軸向磁場永磁無刷電機和磁通切換型永磁電機存在的 問題，為提高軸向磁場永磁電機性能，本發(fā)明提出了一種磁通切換型軸向磁場永 磁無刷電機。
技術(shù)方案本發(fā)明所提出的磁通切換型軸向磁場永磁電機由兩個定子和一個 轉(zhuǎn)子構(gòu)成的雙氣隙永磁電機，定子與轉(zhuǎn)子同軸安裝，轉(zhuǎn)子夾放在兩個定子之間， 轉(zhuǎn)子和定子之間留有空氣隙。該電機是由6個U形定子鐵芯和6塊永磁體組成的 定子單元/5個轉(zhuǎn)子極組合成的"基本電機"進行2倍數(shù)擴充得到，將基本電機進行整數(shù)倍擴充，可得到6a/5a結(jié)構(gòu)的電機，其中a為正整數(shù)。
兩個定子的結(jié)構(gòu)完全一樣，而且關(guān)于轉(zhuǎn)子對稱；典型的結(jié)構(gòu)是每一個定子包 括12個U形定子鐵芯、12塊扇形永磁體和12個線圈組成的集中繞組，U形定子 鐵芯和扇形永磁體交替放置構(gòu)成圓盤，兩個定子相對稱的兩個永磁體勵磁方向相 反；12個線圈分成三相，每四個線圈串聯(lián)構(gòu)成一相繞組，每個線圈繞在兩個U形 定子鐵芯的齒上，中間嵌入永磁體，永磁體沿著圓周方向交替充磁。轉(zhuǎn)子共有IO 個齒，稱為10個轉(zhuǎn)子極，均勻設(shè)置在轉(zhuǎn)子非導(dǎo)磁圓環(huán)的外圓周上。U形定子鐵 芯的齒和轉(zhuǎn)子極都是平行齒，或是扇形齒。
有益效果本發(fā)明所提出的磁通切換型軸向磁場永磁電機，集中了傳統(tǒng)的軸 向磁場永磁無刷電機和磁通切換型永磁電機的優(yōu)點。功率密度高，具有簡單的轉(zhuǎn) 子結(jié)構(gòu)和較短的軸向尺寸，克服了永磁體放置在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的一系列問題，如背 景技術(shù)中所述，提高了電機穩(wěn)定運行的可靠性。定子采用"U"形單元鐵心，相對 于傳統(tǒng)軸向磁場永磁電機制造方便；由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，既無永磁體又無繞組， 轉(zhuǎn)動慣量很小，具有優(yōu)良的快速反應(yīng)性能，提高了電機的動態(tài)性能；同時軸向尺 寸較小，很適合嚴格要求薄型安裝的場合。
圖1為磁通切換型軸向磁場永磁電機的軸向展開結(jié)構(gòu)示意圖， 圖2為磁通切換型軸向磁場永磁電機的平面展開圖，
以上的圖中有定子l，轉(zhuǎn)子2、轉(zhuǎn)子極17，非導(dǎo)磁圓環(huán)18，定子鐵芯3，永 磁體4，集中繞組5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16。
具體實施例方式
該電機由6個U形定子鐵芯3和6塊永磁體4組成的定子1與5個轉(zhuǎn)子極 17組合成6/5結(jié)構(gòu)的基本電機，將基本電機的定子1、轉(zhuǎn)子極17進行整數(shù)倍擴充， 可得到6a/5a結(jié)構(gòu)的電機，其中a為正整數(shù)。
如圖1所示，磁通切換型軸向磁場永磁無刷電機是由兩個定子1和一個轉(zhuǎn)子 2構(gòu)成的雙氣隙永磁電機，定子1與轉(zhuǎn)子2同軸安裝，轉(zhuǎn)子2夾放在兩個定子1 之間，轉(zhuǎn)子2和定子1之間留有一定厚度的空氣隙。兩個定子1的結(jié)構(gòu)完全一樣, 而且關(guān)于轉(zhuǎn)子2對稱；每一個定子1都是由12個U形定子鐵芯3、 12塊扇形永磁體4和12個集中繞組5組成，U形定子鐵芯3和扇形永磁體4交替放置構(gòu)成圓盤， 兩個定子l中的U形定子鐵芯3和永磁體4都是分別相對應(yīng)的，但是相對應(yīng)的兩 個永磁體4勵磁方向相反；12個集中線圈5分成三相，每四個線圈串聯(lián)構(gòu)成一相 繞組，每個線圈繞在兩個U形定子鐵芯3的齒上，中間嵌入永磁體4，永磁體4 沿著圓周方向交替充磁。轉(zhuǎn)子2共有10個齒，稱為10個轉(zhuǎn)子極17,均勻設(shè)置在 轉(zhuǎn)子2非導(dǎo)磁圓環(huán)18的外圓周上。
每個線圈橫跨在兩個U形定子鐵芯3的齒上，永磁體4嵌在兩個U形定子鐵 芯3齒的中間，永磁體4沿著圓周方向交替充磁。U形定子鐵芯3由硅鋼片沖制 而成。轉(zhuǎn)子2結(jié)構(gòu)簡單，既沒有永磁體又沒有線圈，轉(zhuǎn)子共有10個齒，稱為10 個極。轉(zhuǎn)子極2也由高導(dǎo)磁率的硅鋼片沖疊構(gòu)成。
如圖2所示，轉(zhuǎn)子某一極正對著定子齒，設(shè)上面定子正對轉(zhuǎn)子極的線圈左導(dǎo) 體電流方向為垂直于紙面向里，此線圈的另一導(dǎo)體(右導(dǎo)體)的電流方向為垂直 于紙面向外，與此線圈相對的下面定子的線圈左右導(dǎo)體中的電流方向則相反，即 左導(dǎo)體的電流方向為垂直于紙面向里，右導(dǎo)體的電流方向垂直紙面向外。根據(jù)安 培定律，兩定子通電導(dǎo)體均受到水平向左的安培力。由于線圈固定在定子上，是 不會轉(zhuǎn)動的，根據(jù)作用力與反作用力的關(guān)系，轉(zhuǎn)子將受到水平向右的安培力，因 此轉(zhuǎn)子將向右移動，這樣就實現(xiàn)了電機的電動運行。
本發(fā)明的永磁電機也可以作為發(fā)電機運行。當外部原動機拖動轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動 時，電樞繞組中的永磁磁鏈變化將在繞組中產(chǎn)生正弦的三相感應(yīng)電動勢，與負載 相聯(lián)，就可輸出交流電流，即實現(xiàn)了電機的發(fā)電運行。
權(quán)利要求
1.一種磁通切換型軸向磁場永磁無刷電機，其特征在于該電機由兩個定子(1)和一個轉(zhuǎn)子(2)構(gòu)成的雙氣隙永磁電機，定子(1)與轉(zhuǎn)子(2)同軸安裝，轉(zhuǎn)子(2)夾放在兩個定子(1)之間，轉(zhuǎn)子(2)和定子(1)之間留有空氣隙。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通切換型軸向磁場永磁無刷電機，其特征在于 該電機由6個U形定子鐵芯(3)和6塊永磁體(4)組成的定子(1)與5個轉(zhuǎn)子 極(17)組合成6/5結(jié)構(gòu)的基本電機，將基本電機的定子(1)、轉(zhuǎn)子極(17)進 行整數(shù)倍擴充，可得到6a/5a結(jié)構(gòu)的電機，其中a為正整數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通切換型軸向磁場永磁無刷電機，其特征在于 兩個定子(1)的結(jié)構(gòu)完全一樣，而且關(guān)于轉(zhuǎn)子(2)對稱；每一個定子(1)包括 12個U形定子鐵芯(3)、 12塊扇形永磁體(4)和12個線圈組成的集中繞組(5)， U形定子鐵芯(3)和扇形永磁體(4)交替放置構(gòu)成圓盤，兩個定子(1)相對稱 的兩個永磁體(4)勵磁方向相反；12個線圈分成三相，每四個線圈串聯(lián)構(gòu)成一相 繞組，每個線圈繞在兩個U形定子鐵芯(3)的齒上，中間嵌入永磁體(4)，永磁 體(4)沿著圓周方向交替充磁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通切換型軸向磁場永磁無刷電機，其特征在于轉(zhuǎn) 子(2)共有10個齒，稱為IO個轉(zhuǎn)子極(17)，均勻設(shè)置在轉(zhuǎn)子(2)非導(dǎo)磁圓環(huán) (18)的外圓周上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通切換型軸向磁場永磁無刷電機，其特征在于 U形定子鐵芯(3)的齒和轉(zhuǎn)子極(17)都是平行齒，或是扇形齒。
全文摘要
磁通切換型軸向磁場永磁無刷電機由兩個定子(1)和一個轉(zhuǎn)子(2)構(gòu)成的雙氣隙永磁電機，定子(1)與轉(zhuǎn)子(2)同軸安裝，轉(zhuǎn)子(2)夾放在兩個定子(1)之間，轉(zhuǎn)子(2)和定子(1)之間留有一定厚度的空氣隙，每一個定子(1)都是由12個U形定子鐵芯(3)、12塊扇形永磁體(4)和12個線圈(5)組成，U形定子鐵芯(3)和扇形永磁體(4)交替放置構(gòu)成圓盤，兩個定子(1)上的U形定子鐵芯(3)和永磁體(4)都是分別相對應(yīng)的，但是相對應(yīng)的兩個永磁體充磁方向相反，簡單的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)提高了電機運行的可靠性和電機的動態(tài)性能，同時軸向尺寸較小，很適合嚴格要求薄型安裝的場合，如機器人、計算機外圍設(shè)備、電動汽車和風(fēng)力發(fā)電等。
文檔編號H02K15/02GK101299560SQ20081001978
公開日2008年11月5日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者林明耀, 諸自強 申請人:東南大學(xué)