基於軟磁鐵氧體的磁通可調的高速永磁電機的製作方法
2023-10-04 04:17:34 2
專利名稱：基於軟磁鐵氧體的磁通可調的高速永磁電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及電器設備，尤其是一種基於軟磁鐵氧體的磁通可調的低鐵耗高速永磁電機。
二、發明背景目前，高速電機可應用於高速磨床、離心機、渦輪壓縮機、真空泵、高速發電機等場合。但是電機在高速狀態下，內部磁場交變頻率很高，電機鐵耗大、發熱嚴重，所以多採用水冷卻的結構方式，增加了電機的體積和製造成本，電機效率也不高。近年來，高速永磁電機研究和應用逐漸深入，轉子上採用稀土永磁磁極產生電機的主磁場，轉子損耗明顯減小，但是對於高速永磁電機定子鐵心的損耗並沒有降低，相反由於永磁磁場的高次諧波分量會導致定子鐵耗增大；另外，永磁電機的磁場不可調，使電機只能工作於恆轉矩工作區，無法進行恆功率控制，調速範圍有限，因此定子鐵耗問題和電機弱磁問題限制了高速永磁電機的推廣和應用。
因此，尋求一種低鐵耗的定子鐵心材料，並且在此基礎上發掘一種實現電機氣隙磁通可調節的方法，以此完成基於軟磁鐵氧體的磁通可調的低鐵耗高速永磁電機的設計。
發明內容
發明目的通過科學的研究和篩選，對電機定子鐵心材料和轉子永磁的材料進行合理的匹配，對電機的磁路結構進行巧妙設計，發明一種在高頻交變磁場中既能保證較高的磁導率和飽和磁密又能保證低鐵耗，並且氣隙磁通可調節的高效高速永磁電機。
該發明的基本構思高速永磁電機是由殼體、基座、轉子、定子等構成。本發明採用軟磁鐵氧體磁環作為永磁電機的定子鐵心，轉子採用永磁磁環，如釹鐵硼、鐵氧體、釤鈷等材料；在定子軟磁鐵氧體磁環外加鐵磁材料製成的旁路鐵軛，它與定子磁環沿電機軸向構成閉合磁迴路，在定子磁環與旁路鐵軛之間繞制直流勵磁繞組。當直流勵磁繞組通過直流電流時，在定子磁環與旁路鐵軛中形成軸向磁場，此時定子磁環中的磁場為軸向直流勵磁磁場和轉子永磁磁極產生的周向主磁場的疊加，通過控制定子軟磁鐵氧體磁環中的軸向磁場分量改變其飽和程度，從而改變轉子永磁磁場迴路的等效磁阻，進而達到改變電機氣隙磁通量的目的，實現一種基於軟磁鐵氧體的磁通可調的低鐵耗高速永磁電機。
應用效果軟磁鐵氧體初始磁導率很高、導電率極低、鐵耗極小，採用該方案的高速電機在幾十萬轉的超高速工況下仍會有較高的效率。同時通過控制直流勵磁繞組中的電流大小，可以改變定子磁環中軸向磁場分量的大小，從而改變定子磁環的飽和程度和磁導率，依此改變電機有效氣隙磁通量的大小，實現電機的恆功率控制。由於軟磁鐵氧體材料具有極高的電阻率，即使磁環飽和時，其損耗仍然極小；同時旁路磁軛中為恆定軸向磁通，其損耗很小，可以忽略，所以上述結構的電機控制方法並不影響電機的高效性。該電機可工作於速度相對較低的恆轉矩區和高轉速的恆功率區，提高了電機的控制特性和調速範圍。可應用於高速泵、電動工具、高速離心機、高速工具機、高速磨床、醫療器械等高速運行場合。
四
圖1為本發明的結構示意圖。
附圖標記1、電機軸 2、轉子永磁磁極 3、定子繞組 4、定子軟磁鐵氧體磁環5、直流勵磁繞組 6、旁路鐵軛。
五具體實施例方式
實施例高速磨削電主軸電機，轉速一般在20000～100000rpm。該高速電機，採用軟磁鐵氧體作為永磁電機的定子鐵心、採用無齒槽定子結構，轉子採用釹鐵硼永磁體磁環，定子繞組均勻分布於較大的氣隙中，在定子軟磁鐵氧體磁環外加鐵磁材料製成的圓筒形旁路鐵軛，它與定子磁環沿電機軸向構成閉合磁迴路，在定子磁環與旁路鐵軛之間繞制直流勵磁繞組。當直流勵磁繞組通有直流電流時，其產生的磁場經過定子軟磁磁環和旁路鐵軛沿電機軸向閉合，此時軟磁磁環中的磁場為直流勵磁軸向磁場和轉子永磁產生的磁場的疊加。當增大直流勵磁電流時，勵磁繞組產生的軸向磁通增加，即定子磁環中的軸向磁場分量增大，使磁環飽和程度增大，磁導率減小，進而使轉子永磁體產生的主磁通減小，達到弱磁調速的目的。在速度相對較低時，直流勵磁電流為零，電機可以實現電機恆轉矩運行，可見該電機的發明提高了電機的控制性能。同時由於軟磁鐵氧體磁環在高頻交變磁場下，其初始磁導率很高、導電率極低、鐵耗極小，使電機效率較高，可以採用空冷結構，無需水冷裝置，簡化了系統，減小了體積，降低了成本。
權利要求
1.一種基於軟磁鐵氧體的磁通可調的高速永磁電機，由殼體、基座、轉子、定子構成，用軟磁鐵氧體作為永磁電機的定子鐵心，轉子採用永磁磁環，其特徵為，在定子軟磁鐵氧體磁環外加鐵磁材料製成的旁路鐵軛，使它與定子磁環沿電機軸向構成閉合磁迴路，在定子磁環與旁路鐵軛之間繞制直流勵磁繞組。
全文摘要
本發明涉及電器設備，尤其是一種基於軟磁鐵氧體的磁通可調的低鐵耗高速永磁電機。由殼體、基座、轉子、定子構成，用軟磁鐵氧體作為永磁電機的定子鐵心，轉子採用永磁磁環，在定子軟磁鐵氧體磁環外加鐵磁材料製成的旁路鐵軛，使它與定子磁環沿電機軸向構成閉合磁迴路，在定子磁環與旁路鐵軛之間繞制直流勵磁繞組。通過控制直流勵磁繞組中的電流大小，可改變定子磁環中軸向磁場分量大小，改變其飽和狀態和磁導率，進而調節氣隙磁場的大小，實現電機的弱磁控制。軟磁鐵氧體初始磁導率很高、導電率極低、鐵耗極小，電機具有較高的效率。應用於高速泵、電動工具、高速離心機、高速工具機、磨床、醫療器械等。
文檔編號H02K1/00GK101051767SQ20061004342
公開日2007年10月10日 申請日期2006年4月4日 優先權日2006年4月4日
發明者王興華 申請人:山東大學