一種採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機的製作方法

2023-12-10 07:06:02

專利名稱：一種採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種軸向永磁電機，具體涉及一種採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，屬於電機設計和製造技術領域。
背景技術：
隨著能源問題的日趨嚴重，風力發電、電動汽車等新能源領域飛速發展，這些領域都要求電機要有極高的效率和功率密度。為滿足這些要求，各種新結構、新材料被不斷引入電機設計和製造中。軸向永磁電機相較傳統徑向電機，具有更高的轉矩密度，因而受到了國內外研究人員的廣泛關注。但軸向電機一直未能像徑向電機那樣在工業界廣泛應用。這主要是由於現有結構的軸向電機的定子製造困難，裝配不方便。美國專利US 6，838，800B2、US 6，744，168B2、日本專利 JP 2006344729A、JP 2007049804A、中國專利CN 1862928A分別公開了數種應用於徑向電機的定子模塊化構建技術。這些技術可以顯著提高電機的裝配速度和生產效率，目前已在業界廣泛應用，收到了很好的效果。將類似技術引入軸向電機中，以解決定子製造和裝配難度，是非常有前景的。 中國實用新型專利申請CN 1417921A公開的技術作了這種嘗試，但其單邊結構會引起單邊磁拉力，限制了其在大功率場合的應用。在電機結構一定的情況下，提高電機功率密度的直接方法是增加電機的磁負荷 (即增大定子鐵心以及氣隙中的磁感應強度)或轉速。目前在電機中廣泛應用的定子鐵心材料是無取向矽鋼片。但矽鋼片在磁感應強度較高或頻率較高時，電機的損耗會嚴重增加。 這限制了電機功率密度的進一步提高。目前已經在變壓器中有所應用的非晶合金具有非常優異的軟磁性能，其磁導率、電阻率較矽鋼片高，矯頑力、渦流效應較矽鋼片小。如果將非晶合金應用於電機，尤其是高速稀土永磁電機中，將能進一步提高電機的功率密度。

實用新型內容針對現有技術存在的不足，本實用新型目的是提供一種定子易於製造與安裝的採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，具有較高的功率密度。為了實現上述目的，本實用新型是通過如下的技術方案來實現本實用新型包括定子和轉子，轉子包括左轉子盤和與左轉子盤固聯為一體的右轉子盤；定子包括定子軸和設置在定子軸上的定子圓盤；左轉子盤及右轉子盤分別設置在定子圓盤兩側的定子軸上；定子圓盤包括M個定子模塊，M個定子模塊首尾依次連接形成閉合環，其中，M為能夠被3整除的整數；定子模塊包括中間開有安裝孔的絕緣骨架、設置在安裝孔中的非晶合金疊片和繞制在絕緣骨架外表面的線圈。上述左轉子盤和右轉子盤均包括通過軸承安裝在定子軸上的轉子殼、設置在轉子殼內表面的轉子背鐵和安裝在轉子背鐵內表面的P個永磁體，轉子殼上至少設有三個用作電機機械接口的轉子螺紋孔；其中，P為不小於2的偶數，M除以M與P的最大公約數所得之商是3的正整數倍，M/(3Xp)所得結果必須小於等於0.5。從而，保證電機能夠穩定地工作。上述P個永磁體按磁極相間的順序沿轉子背鐵圓周均勻分布，左轉子盤上的永磁鐵與右轉子盤上相對的永磁鐵平行且磁極相反。上述左轉子盤的轉子殼與右轉子盤的轉子殼通過緊固件固聯為一體。上述轉子背鐵採用的是導磁鋼，轉子殼採用的是非導磁材料，軸承採用的是磁電機軸承。上述定子軸上設有引線孔。上述M個定子模塊上的線圈首尾相連形成三相定子繞組，三相定子繞組的端部從引線孔中引出，形成電機電氣接口。上述絕緣骨架的兩側均設有齒和與齒相適配的槽，各定子模塊通過齒及槽卡扣連接。上述定子圓盤和定子軸通過塑封材料塑封為一體。塑封材料不僅起到了固定左右，還可保護銅線、非晶合金疊片不受外界環境的破壞，同時也增大了繞組散熱面。上述非晶合金疊片是由經退火處理的非晶合金帶材疊壓而成。本實用新型可以在簡化軸向永磁電機製造裝配過程中，方便地將非晶合金應用於電機定子製造，從而降低了電機鐵耗，提高了電機生產效率、運行效率和功率密度。

圖1為本實用新型的整體結構示意圖；圖2為本實用新型的結構示意圖(不包括轉子殼、軸承、定子軸)圖3為單邊的轉子背鐵與永磁體的結構示意圖；圖4為電機相鄰兩個極面下磁通路徑的示意圖；圖5為構成一個定子模塊的絕緣骨架、非晶合金疊片、線圈的軸側圖；圖6為一個裝配完成的定子模塊軸側圖；[0025]圖7為定子的結構示意圖(不包括塑封材料)；圖8為實施例中的三相定子繞組連接示意圖；圖9為沿電機直徑的剖面構造圖(定子下半部分未畫出定子塑封)。圖中各標號1、轉子背鐵，2、永磁體，3、絕緣骨架，4、線圈，5、非晶合金疊片，6、轉子殼，8、軸承，9、定子軸，10、轉子螺紋孔，11、緊固件，12、塑封材料，13、齒，14、槽，15、引線孔。
具體實施方式
為使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施方式
，進一步闡述本實用新型。參見圖1和圖2，本實用新型包括轉子和定子，轉子包括左轉子盤和與左轉子盤固聯為一體的右轉子盤。定子包括定子軸9和安裝在定子軸9上的定子圓盤。左轉子盤、右轉子盤分別位於定子圓盤的左、右兩側。定子軸9的中心開有引線孔15。
4[0032]左轉子盤和右轉子盤均包括通過軸承8安裝在定子軸9上的轉子殼6、安裝在轉子殼6內表面的轉子背鐵1和安裝在轉子背鐵1內表面的P個永磁體2，轉子殼6上至少設有三個用作電機機械接口的轉子螺紋孔10。左轉子盤的轉子殼6與右轉子盤的轉子殼6 通過緊固件11固聯為一體。定子圓盤包括M個定子模塊，M個定子模塊首尾依次連接形成閉合環。定子為固定部件，電機通過定子軸9安裝在其應用場合，比如電機在作風力發電機用時，定子軸9安裝在風機杆上；作電動汽車輪轂式電機用時，定子軸9安裝在轉向節下。轉子為旋轉部件。電機工作時，轉矩通過與轉子殼6上的轉子螺紋孔10栓接的機械部件傳遞。比如在作風力發電機用時，風機扇葉通過轉子螺紋孔10固定在轉子殼6上； 作電動汽車輪轂式電機用時，汽車輪胎鋼圈通過轉子螺紋孔10固定在轉子殼6上。參見圖3，在轉子背鐵1上，P個永磁體2按極性N-S相間的順序均勻地(圓周方向)貼裝在其內表面，形成P個磁極，P為不小於2的偶數，在本實施例中P = 10。不同轉子背鐵1上相對的兩塊永磁體2平行且極性相反。定子盤由M個定子模塊組成，M為可被3整除的正整數，本實施例中M = 12。參見圖4，磁通從一塊轉子背鐵1上的N極出發，依次通過本側的空氣隙、非晶合金疊片5、對側的空氣隙、對側的S極、對側的轉子背鐵1、對側的相鄰N極、對側的空氣隙、相鄰的非晶合金疊片5、本側的空氣隙、本側的相鄰S極以及本側的轉子背鐵1，最終回到出發點，形成一個迴路。參見圖5，每個定子模塊均包括中間開有安裝孔(圖中未標出)的絕緣骨架3、插在安裝孔中的非晶合金疊片5和繞制在絕緣骨架3外表面的線圈4。本實施例中，安裝孔的形狀為梯形。絕緣骨架3採用的是由塑料等絕緣材料製成的工字形骨架，絕緣骨架3兩個稜邊夾角為360/M度。絕緣骨架3的兩側均開有兩個燕尾形的齒13和與燕尾形的齒13相適配的燕尾形的槽14。非晶合金疊片5是由經退火處理後的長度相等、寬度不等的極薄非晶合金帶材疊壓而成的，避免了複雜的剪切過程以及由此帶來的應力破壞。將非晶合金疊片5插入絕緣骨架3中的安裝孔後，將銅線均勻繞制在絕緣骨架3 夕卜，形成一個線圈4，即得到圖6所示的一個定子模塊。M個這種定子模塊通過兩側的燕尾形的齒13、燕尾形的槽14卡扣相連，形成一個如圖7所示的定子圓盤。將圖7中的各線圈 4的端部按一定規律首位相連，形成如圖8所示的U、V、W三相定子繞組。將定子軸9插入定子圓盤中心，並將三相定子繞組的端部從引線孔15中引出，形成電機電氣接口。再用諸如玻璃纖維加強的環氧樹脂之類的塑封材料12將定子盤與定子軸9同心地塑封在一起，即形成電機的定子。塑封后的定子見圖9的上半部分。塑封材料12不僅起到了固定左右，還可保護銅線、非晶合金疊片5不受外界環境的破壞，同時也增大了繞組散熱面。參見圖9，兩個轉子殼6的材料採用的是鋁合金、不鏽鋼等不導磁材料加工而成的。貼裝好永磁體2後的轉子背鐵1分別鉗裝在兩個轉子殼6的內側。兩個軸承8的外圈分別鉗在轉子殼6中心的孔中。這樣就形成了兩個轉子盤。將封裝好的定子兩端的軸分別插入兩個軸承8的內圈並由定子軸9中部的凸起定位後，定子盤兩側形成一對對稱的氣隙。 再將兩個轉子盤通過緊固件11固定後即完成電機的裝配。[0045]為保證電機能夠穩定地工作，ρ、M還需滿足如下條件(I)M除以M與ρ的最大公約數所得之商是3的正整數倍；(2)M/(3 Xρ)所得結果必須小於等於0. 5。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特徵和優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.一種採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，包括定子和轉子，其特徵在於， 所述轉子包括左轉子盤和與左轉子盤固聯為一體的右轉子盤；所述定子包括定子軸(9)和設置在定子軸(9)上的定子圓盤； 所述左轉子盤及右轉子盤分別設置在定子圓盤兩側的定子軸(9)上； 所述定子圓盤包括M個定子模塊，所述M個定子模塊首尾依次連接形成閉合環，其中， M為能夠被3整除的整數；所述定子模塊包括中間開有安裝孔的絕緣骨架(3)、設置在安裝孔中的非晶合金疊片 (5)和繞制在絕緣骨架(3)外表面的線圈(4)。
2.根據權利要求1所述的採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，其特徵在於， 所述左轉子盤和右轉子盤均包括通過軸承(8)安裝在定子軸(9)上的轉子殼(6)、設置在轉子殼(6)內表面的轉子背鐵(1)和安裝在轉子背鐵(1)內表面的P個永磁體(2)，所述轉子殼(6)上至少設有三個用作電機機械接口的轉子螺紋孔(10)；其中，P為不小於2的偶數，M除以M與ρ的最大公約數所得之商是3的正整數倍，M/ (3 Xρ)所得結果必須小於等於0. 5。
3.根據權利要求2所述的採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，其特徵在於， 所述P個永磁體(2)按磁極相間的順序沿轉子背鐵(1)圓周均勻分布，所述左轉子盤上的永磁鐵(2)與右轉子盤上相對的永磁鐵(2)平行且磁極相反。
4.根據權利要求2所述的採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，其特徵在於，所述左轉子盤的轉子殼(6)與右轉子盤的轉子殼(6)通過緊固件(11)固聯為一體。
5.根據權利要求2至4任意一項所述的採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，其特徵在於，所述轉子背鐵(1)採用的是導磁鋼，所述轉子殼(6)採用的是非導磁材料，所述軸承 (8)採用的是磁電機軸承。
6.根據權利要求1至4任意一項所述的採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，其特徵在於，所述定子軸(9)上設有引線孔(15)。
7.根據權利要求6所述的採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，其特徵在於， 所述M個定子模塊上的線圈(4)首尾相連形成三相定子繞組，所述三相定子繞組的端部從引線孔(15)中引出，形成電機電氣接口。
8.根據權利要求1至4任意一項所述的採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，其特徵在於，所述絕緣骨架(3)的兩側均設有齒(13)和與齒(13)相適配的槽(14)，所述各定子模塊通過齒(13)及槽(14)卡扣連接。
9.根據權利要求1至4任意一項所述的採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，其特徵在於，所述定子圓盤和定子軸(9)通過塑封材料(12)塑封為一體。
10.根據權利要求1至4任意一項所述的採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，其特徵在於，所述非晶合金疊片(5)是由經退火處理的非晶合金帶材疊壓而成。
專利摘要本實用新型公開了一種採用模塊化非晶合金定子的軸向永磁電機，包括定子和轉子，轉子包括左轉子盤和與左轉子盤固聯為一體的右轉子盤；定子包括定子軸和設置在定子軸上的定子圓盤；左轉子盤及右轉子盤分別設置在定子圓盤兩側的定子軸上；定子圓盤包括M個定子模塊，所述各定子模塊之間首尾相連形成閉合環，其中，M為能夠被3整除的整數；定子模塊包括中間開有安裝孔的絕緣骨架、設置在安裝孔中的非晶合金疊片和繞制在絕緣骨架外表面的線圈。本實用新型可以簡化軸向永磁電機的製造和裝配，方便地將非晶合金應用於電機定子製造，從而降低了電機鐵耗，提高了電機生產效率、運行效率和功率密度。
文檔編號H02K21/24GK202231590SQ20112032298
公開日2012年5月23日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者林鶴雲, 董劍寧, 金龍, 黃允凱 申請人:東南大學