CN101299560A - 磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机 - Google Patents

磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机 Download PDF

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Abstract

磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机由两个定子(1)和一个转子(2)构成的双气隙永磁电机，定子(1)与转子(2)同轴安装，转子(2)夹放在两个定子(1)之间，转子(2)和定子(1)之间留有一定厚度的空气隙，每一个定子(1)都是由12个U形定子铁芯(3)、12块扇形永磁体(4)和12个线圈(5)组成，U形定子铁芯(3)和扇形永磁体(4)交替放置构成圆盘，两个定子(1)上的U形定子铁芯(3)和永磁体(4)都是分别相对应的，但是相对应的两个永磁体充磁方向相反，简单的转子结构提高了电机运行的可靠性和电机的动态性能，同时轴向尺寸较小，很适合严格要求薄型安装的场合，如机器人、计算机外围设备、电动汽车和风力发电等。

Description

磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机
技术领域
本发明涉及的是一种磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机，是对传统的轴向磁场永磁无刷电机的改进，属于永磁电机技术领域。
背景技术
传统的轴向磁场永磁无刷电机，采用无槽结构其磁负荷小，有槽结构功率密度较高但制造困难，需使用专用设备。不论是单气隙的还是双气隙轴向磁场永磁无刷电机，转子都是由高性能永磁材料粘结在实心钢或硅钢片上构成。由于这种电机将永磁体放置在转子上，为克服高速运转时的离心力，需要对转子采取特别的辅助措施，如安装由不锈钢或非金属纤维材料制成的固定装置等，这无疑增加了转子结构的复杂性，也提高了电机的制造成本。同时，永磁体位于转子，冷却条件差，散热困难，而较高的温升可能会最终导致永磁体发生不可逆退磁，并限制电机出力、减小电机的功率密度等，制约了电机性能的进一步提高。
由法国学者E.Hoang提出的磁通切换型永磁电机，该电机将永磁体放置在定子上，这样，转子的结构简单了，转子上既无绕组又无永磁体，避免了上述问题，但是这种电机是径向磁场电机，不适合严格要求薄型安装的场合，单气隙结构使电机功率密度低。
发明内容
技术问题：针对传统的轴向磁场永磁无刷电机和磁通切换型永磁电机存在的问题，为提高轴向磁场永磁电机性能，本发明提出了一种磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机。
技术方案：本发明所提出的磁通切换型轴向磁场永磁电机由两个定子和一个转子构成的双气隙永磁电机，定子与转子同轴安装，转子夹放在两个定子之间，转子和定子之间留有空气隙。该电机是由6个U形定子铁芯和6块永磁体组成的定子单元/5个转子极组合成的“基本电机”进行2倍数扩充得到，将基本电机进行整数倍扩充，可得到6a/5a结构的电机，其中a为正整数。
两个定子的结构完全一样，而且关于转子对称；典型的结构是每一个定子包括12个U形定子铁芯、12块扇形永磁体和12个线圈组成的集中绕组，U形定子铁芯和扇形永磁体交替放置构成圆盘，两个定子相对称的两个永磁体励磁方向相反；12个线圈分成三相，每四个线圈串联构成一相绕组，每个线圈绕在两个U形定子铁芯的齿上，中间嵌入永磁体，永磁体沿着圆周方向交替充磁。转子共有10个齿，称为10个转子极，均匀设置在转子非导磁圆环的外圆周上。U形定子铁芯的齿和转子极都是平行齿，或是扇形齿。
有益效果：本发明所提出的磁通切换型轴向磁场永磁电机，集中了传统的轴向磁场永磁无刷电机和磁通切换型永磁电机的优点。功率密度高，具有简单的转子结构和较短的轴向尺寸，克服了永磁体放置在转子上产生的一系列问题，如背景技术中所述，提高了电机稳定运行的可靠性。定子采用“U”形单元铁心，相对于传统轴向磁场永磁电机制造方便；由于转子结构简单，既无永磁体又无绕组，转动惯量很小，具有优良的快速反应性能，提高了电机的动态性能；同时轴向尺寸较小，很适合严格要求薄型安装的场合。
附图说明
图1为磁通切换型轴向磁场永磁电机的轴向展开结构示意图，
图2为磁通切换型轴向磁场永磁电机的平面展开图，
以上的图中有：定子1，转子2、转子极17，非导磁圆环18，定子铁芯3，永磁体4，集中绕组5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16。
具体实施方式
该电机由6个U形定子铁芯3和6块永磁体4组成的定子1与5个转子极17组合成6/5结构的基本电机，将基本电机的定子1、转子极17进行整数倍扩充，可得到6a/5a结构的电机，其中a为正整数。
如图1所示，磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机是由两个定子1和一个转子2构成的双气隙永磁电机，定子1与转子2同轴安装，转子2夹放在两个定子1之间，转子2和定子1之间留有一定厚度的空气隙。两个定子1的结构完全一样，而且关于转子2对称；每一个定子1都是由12个U形定子铁芯3、12块扇形永磁体4和12个集中绕组5组成，U形定子铁芯3和扇形永磁体4交替放置构成圆盘，两个定子1中的U形定子铁芯3和永磁体4都是分别相对应的，但是相对应的两个永磁体4励磁方向相反；12个集中线圈5分成三相，每四个线圈串联构成一相绕组，每个线圈绕在两个U形定子铁芯3的齿上，中间嵌入永磁体4，永磁体4沿着圆周方向交替充磁。转子2共有10个齿，称为10个转子极17，均匀设置在转子2非导磁圆环18的外圆周上。
每个线圈横跨在两个U形定子铁芯3的齿上，永磁体4嵌在两个U形定子铁芯3齿的中间，永磁体4沿着圆周方向交替充磁。U形定子铁芯3由硅钢片冲制而成。转子2结构简单，既没有永磁体又没有线圈，转子共有10个齿，称为10个极。转子极2也由高导磁率的硅钢片冲叠构成。
如图2所示，转子某一极正对着定子齿，设上面定子正对转子极的线圈左导体电流方向为垂直于纸面向里，此线圈的另一导体(右导体)的电流方向为垂直于纸面向外，与此线圈相对的下面定子的线圈左右导体中的电流方向则相反，即左导体的电流方向为垂直于纸面向里，右导体的电流方向垂直纸面向外。根据安培定律，两定子通电导体均受到水平向左的安培力。由于线圈固定在定子上，是不会转动的，根据作用力与反作用力的关系，转子将受到水平向右的安培力，因此转子将向右移动，这样就实现了电机的电动运行。
本发明的永磁电机也可以作为发电机运行。当外部原动机拖动转子连续转动时，电枢绕组中的永磁磁链变化将在绕组中产生正弦的三相感应电动势，与负载相联，就可输出交流电流，即实现了电机的发电运行。

Claims (5)

1.一种磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机，其特征在于该电机由两个定子(1)和一个转子(2)构成的双气隙永磁电机，定子(1)与转子(2)同轴安装，转子(2)夹放在两个定子(1)之间，转子(2)和定子(1)之间留有空气隙。
2.根据权利要求1所述的磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机，其特征在于该电机由6个U形定子铁芯(3)和6块永磁体(4)组成的定子(1)与5个转子极(17)组合成6/5结构的基本电机，将基本电机的定子(1)、转子极(17)进行整数倍扩充，可得到6a/5a结构的电机，其中a为正整数。
3.根据权利要求1所述的磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机，其特征在于两个定子(1)的结构完全一样，而且关于转子(2)对称；每一个定子(1)包括12个U形定子铁芯(3)、12块扇形永磁体(4)和12个线圈组成的集中绕组(5)，U形定子铁芯(3)和扇形永磁体(4)交替放置构成圆盘，两个定子(1)相对称的两个永磁体(4)励磁方向相反；12个线圈分成三相，每四个线圈串联构成一相绕组，每个线圈绕在两个U形定子铁芯(3)的齿上，中间嵌入永磁体(4)，永磁体(4)沿着圆周方向交替充磁。
4.根据权利要求1所述的磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机，其特征在于转子(2)共有10个齿，称为10个转子极(17)，均匀设置在转子(2)非导磁圆环(18)的外圆周上。
5.根据权利要求1所述的磁通切换型轴向磁场永磁无刷电机，其特征在于U形定子铁芯(3)的齿和转子极(17)都是平行齿，或是扇形齿。
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Assignor: Southeast University

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Denomination of invention: Flux switching type axial magnetic field permanent magnet brushless motor

Granted publication date: 20101027

License type: Exclusive License

Open date: 20081105

Record date: 20120321

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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20101027

Termination date: 20140314