分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)的新型永磁電機(jī)制造技術(shù)

一種采用分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)，電機(jī)的定子線圈是由多個(gè)獨(dú)立的電磁鐵線圈構(gòu)成，獨(dú)立的電磁鐵安裝在相應(yīng)的保持架上，電機(jī)定子通電后對(duì)轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生磁作用力，磁作用力的一個(gè)分力方向沿著電機(jī)的軸向方向，為軸向磁場電機(jī)。電磁鐵鐵心的兩個(gè)端面同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子上安裝的永磁體產(chǎn)生磁力的作用，功能上相當(dāng)于兩個(gè)軸向磁場電機(jī)的并聯(lián)。具有效率高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

隨著永磁體技術(shù)的發(fā)展，永磁電機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的交流異步電機(jī)，由于電能轉(zhuǎn)換機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率高，較低的起動(dòng)電流和大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使永磁電機(jī)在社會(huì)各方面都得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電動(dòng)汽車，電瓶車和電梯等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
技術(shù)介紹
永磁電機(jī)包括直流無刷電機(jī)、交流同步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、……等，市場上的永磁電機(jī)是如直流無刷電機(jī)或交流同步電機(jī)在傳統(tǒng)的異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展提高 的，這些永磁電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子上永磁體的磁力線的方向可劃分為兩大類別，即以徑向磁力線方式的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式電機(jī)和軸向磁場方向的碟式結(jié)構(gòu)電機(jī)。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)的定子鐵心利用一定形狀的硅鋼片沖壓后組裝一定厚度的圓筒狀鐵心結(jié)構(gòu)，在硅鋼片鐵心的外側(cè)或內(nèi)側(cè)有大小相等的繞組布線槽，布線槽內(nèi)放置一定匝數(shù)的絕緣銅導(dǎo)線，構(gòu)成電機(jī)的定子繞組。傳統(tǒng)的永磁電機(jī)，是由轉(zhuǎn)子和定子組成，包括外轉(zhuǎn)子型和內(nèi)轉(zhuǎn)子型對(duì)于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，轉(zhuǎn)子通常包括軸承，轉(zhuǎn)軸，永磁體和磁軛等；定子包括線圈繞組，定子鐵心，電機(jī)外蓋和端蓋等；對(duì)于外轉(zhuǎn)子電機(jī)轉(zhuǎn)子通常包括軸承，永磁體和磁軛等；定子包括線圈繞組，定子鐵心，轉(zhuǎn)軸，電機(jī)外蓋和端蓋等。定子鐵心軟磁材料采用硅鋼片等沖壓制作而成，根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)，使用場合和電機(jī)諧波抑制的需求的不同，傳通電機(jī)的繞組布置方式有單層繞組，雙層繞組和分?jǐn)?shù)槽繞組等，繞組間的連接方式包括鏈?zhǔn)?、交叉式和同心式等，且定子通常固定在機(jī)殼內(nèi)，技術(shù)資料如《永磁電機(jī)的理論和設(shè)計(jì)》，《無刷直流電機(jī)原理和應(yīng)用》等技術(shù)資料等對(duì)傳統(tǒng)的永磁電機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用有著詳盡的描述和指導(dǎo)。傳統(tǒng)電機(jī)的定子硅鋼片的截面圖如圖I所示，圖中101為硅鋼片，102為定子線圈固定槽，內(nèi)部放置一定匝數(shù)的絕緣銅線，組成內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)的定子，103為定子鐵心內(nèi)圓面，即磁體氣隙作用面。如果線圈固定槽102在圓筒狀鐵心的外側(cè)，就構(gòu)成外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)的定子。電機(jī)定子上的繞組通過電流后，導(dǎo)線中的電流在磁體氣隙范圍內(nèi)垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向產(chǎn)生電磁作用力，作用的方向可以用左手定則去判斷。由于電機(jī)的定子固定不動(dòng)，所以通電電流導(dǎo)線在磁場中產(chǎn)生的作用力會(huì)通過反作用力的方式作用于安裝在轉(zhuǎn)子上的永磁體上，永磁體上的電磁反作用對(duì)應(yīng)與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的距離范圍內(nèi)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩一轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使電機(jī)輸出機(jī)械能，完成電能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的電機(jī)定子采用的分立的電磁鐵結(jié)構(gòu)方式，電磁鐵是由一定匝數(shù)的螺線管線圈、線圈支座和內(nèi)部的軟磁鐵心構(gòu)成。電機(jī)定子所需的分立電磁鐵的個(gè)數(shù)需要根據(jù)電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)來決定，而且分立的電磁鐵的個(gè)數(shù)采用6n (n=l, 2，3……)的方式，即6的自然數(shù)(不包括零)倍數(shù)關(guān)系而確定，分立的電磁鐵固定在特定設(shè)計(jì)的保持架上，安裝固定，再配上電機(jī)的其他附件組裝成定子機(jī)構(gòu)。分立電磁鐵的結(jié)構(gòu)模型如說明書附圖2和圖3所示，在圖2和圖3中I與51為螺線管線圈繞組，繞組的匝數(shù)和繞組的長度，根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)的直徑，電機(jī)的功率，電機(jī)的額定電壓，電機(jī)的額定電流等綜合確定；2為軟磁鐵心上的擋圈裝置，用以限位和固定電磁鐵，防止軟磁鐵心在永磁體作用力下從螺線管線圈中固定座3中脫離；3和201為螺線管線圈的線圈固定座，采用耐高溫的絕緣材料制作而成，內(nèi)部穿過軟磁鐵心；4和202為電磁鐵鐵心氣隙處的端面，電磁鐵線圈通電時(shí)電能轉(zhuǎn)換為磁能,鐵心端面處的磁體強(qiáng)度最大，從而對(duì)磁氣隙處的永磁體產(chǎn)生磁作用力；5和50為軟磁鐵心，磁體磁隙的端面形狀為梯形形狀(未倒角狀態(tài)時(shí))或扇面形狀，軟磁鐵心為直線型形狀或‘C’形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軟磁鐵心的加工采用沖片結(jié)構(gòu)疊壓制作，防止軟磁鐵心在頻繁變化的磁場作用下產(chǎn)生強(qiáng)渦流而發(fā)熱，影響電機(jī)性能。在圖I和圖2的電磁鐵中，電磁鐵的鐵心采用磁導(dǎo)率高的軟磁材料制作而成，由于軟磁材料的具有優(yōu)良導(dǎo)磁性能和抗磁飽和性能，電磁鐵線圈通電時(shí)電能轉(zhuǎn)換為磁能，軟磁鐵心將線圈內(nèi)部的磁場有效傳遞到端面位置，并且端面處的磁體強(qiáng)度最大，對(duì)轉(zhuǎn)子上對(duì)應(yīng)位置區(qū)域的永磁體產(chǎn)生有效的磁作用力。永磁體產(chǎn)生的作用力的一個(gè)分力方向和定子的軸向方向相同，所以又成為軸向磁力電機(jī)，但是引起電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的是磁作用力的切向分力的合力作用，即電磁鐵線圈對(duì)永磁體的磁作用力的切向作用力的合力是推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的有效作用力。轉(zhuǎn)子上永磁體個(gè)數(shù)的選擇原則是根據(jù)電機(jī)的定子電磁鐵鐵心的形狀和分立電磁鐵的個(gè)數(shù)，分立電磁鐵線圈的連接方式等確定的。根據(jù)電機(jī)理論，電機(jī)定子線圈經(jīng)過一個(gè)通電周期后，定子的磁場旋轉(zhuǎn)的角度等于轉(zhuǎn)子上一對(duì)磁極的角度。因此轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)為2n(n=l, 2，3……)的方式，即2的自然數(shù)(不包括零)倍數(shù)關(guān)系而確定。相鄰磁體極性在圓周范圍內(nèi)交錯(cuò)排列的方式布置，即N-S-N-S-N……S-或S-N-S-N-S……N-，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，分立電磁鐵的個(gè)數(shù)可以和永磁體的個(gè)數(shù)相同，對(duì)于直流無刷電機(jī)或三相交流永磁同步電機(jī)來說，分立電磁鐵的個(gè)數(shù)要大于轉(zhuǎn)子上永磁體的個(gè)數(shù)，(可以按照5/6或2/6的關(guān)系確定永磁體的個(gè)數(shù)，但是使用2/6確定個(gè)數(shù)的永磁體的扇形面積約為軟磁鐵心端面面積的3倍)，永磁體采用粘接或采用弱磁性材料制作的壓條的方式固定在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子的材料通常使用鑄鐵或鋁合金材料。電磁鐵線圈在通過直流或交變電流后，電磁鐵將電能轉(zhuǎn)換為磁能，并且鐵心端面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，并且端面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向跟隨通電電流大小和方向產(chǎn)生變化。電磁體產(chǎn)生的磁場不僅對(duì)轉(zhuǎn)子上的軟磁體產(chǎn)生磁力作用，還可能對(duì)轉(zhuǎn)子上兩永磁體之間的鐵磁型材料進(jìn)行磁化和產(chǎn)生磁吸力，這種吸引力的存在會(huì)影響電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。為了防止或弱化這種磁吸力作用，在永磁體之間需要采用非(弱)磁性材料(包括順磁性物質(zhì)或抗磁性物質(zhì))，如空氣、鋁或銅等材料進(jìn)行隔離或填充，或直接其他固化性質(zhì)的粘接劑進(jìn)行填充。由多個(gè)分立電磁鐵組成的永磁電機(jī)定子，分立電磁鐵之間的接線方式可參考成熟的直流無刷電機(jī)繞組布線規(guī)則和交流永磁同步電機(jī)繞組布線規(guī)則去進(jìn)行和完成，定子繞組通過電機(jī)上的接線盒連接電機(jī)控制器或驅(qū)動(dòng)器輸送符合設(shè)計(jì)要求的直流或三相交流電源，這樣電機(jī)的定子軟磁鐵心端面上會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和變化的磁場，對(duì)轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生磁作用力。永磁體磁作用力的切向方向上的合力是讓電機(jī)轉(zhuǎn)子圍繞定子軸心產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的有效作用力，轉(zhuǎn)子在磁作用力轉(zhuǎn)矩的作用下同步跟隨磁場而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而讓電機(jī)完成電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換輸出。電磁鐵鐵心的兩個(gè)端面同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子上 固定的永磁體產(chǎn)生磁力的作用，相當(dāng)于兩個(gè)軸向磁場電機(jī)(電機(jī)的參數(shù)相同的情況下)的并聯(lián)，有著啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩上的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)由于采用分立的電磁鐵結(jié)構(gòu)方式，相對(duì)于現(xiàn)在通用的永磁電機(jī)，可以節(jié)省定子線圈的端部接線，具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。同時(shí)分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算和旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生機(jī)理，旋轉(zhuǎn)方向調(diào)整的方式等同于現(xiàn)有的交流永磁同步電機(jī)永磁電機(jī)或直流無刷電機(jī)等。附圖說明說明書附圖說明如下圖I :傳統(tǒng)電機(jī)的定子硅鋼片的截面圖；圖2 :直線型鐵心分立電磁鐵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 : ‘C’形鐵心分立電磁鐵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4 :分立電磁鐵外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)示意圖；圖5 :分立電磁鐵外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)剖視圖；圖6 :外轉(zhuǎn)子電機(jī)定子保持架示意圖；圖7 :外轉(zhuǎn)子電機(jī)分立電磁鐵定子示意圖；圖8 :分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)外轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)子視角圖(視角I)；圖9 :分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)外轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)子視角圖(視角2)；圖10 :分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)的內(nèi)轉(zhuǎn)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)的新型永磁電機(jī)，其特征是：新型永磁電機(jī)的定子使用單個(gè)的分立電磁鐵，即使用繞制好的一定匝數(shù)的單個(gè)螺線管線圈，內(nèi)部穿過軟磁材料加工制作的導(dǎo)磁鐵心，組裝成單個(gè)的分立電磁鐵，將多個(gè)相同型號(hào)的分立電磁鐵在空間圓周上等距分布并固定在特有的保持架上，組裝成新型內(nèi)、外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)的定子；分立電磁鐵定子結(jié)構(gòu)的新型永磁電機(jī)的定子電磁鐵鐵心氣隙位置的兩個(gè)端面同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子上固定的永磁體產(chǎn)生磁力的作用，功能上相當(dāng)于兩個(gè)軸向磁場電機(jī)的并聯(lián)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李必春，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：李必春，
類型：實(shí)用新型
國別省市：