CN109672314A - 一种轴向磁场定子模块化单相电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴向磁场定子模块化单相电机，包括分段定子、转子和集中绕组；所述定子包括两个外侧定子盘，定子盘包括m个“工”形定子铁心模块、m个三棱柱形定子铁心模块以及两个定子盘支架；所述转子位于两个定子盘中间，包括梯形永磁体和转子支架，梯形永磁体轴向充磁，直接固定在转子支架上；所述集中绕组直接绕在定子模块的中柱上。本发明将定子铁心分成2m个定子铁心模块，优化定子铁心形状，转子采用无铁心结构，在保证输出电能质量的同时，降低了工艺要求，减小成本，提高功率密度，减小定位转矩，降低转子转动惯量。
Description
技术领域
本发明属于永磁电机设计的技术领域，尤其涉及一种轴向磁场定子模块化单相电机。
背景技术
轴向磁场电机是一种气隙为平面，气隙磁通方向为轴向的电机，也称为“盘式”电机。轴向磁场永磁电机因其高功率密度，高转矩密度以及较短的轴向长度受到人们的广泛关注，在电动汽车驱动、风力发电、飞轮储能等领域均有所应用。常见的轴向磁场永磁电机拓扑分为单转子单定子结构、双转子中间定子结构、双定子中间转子结构以及多盘式结构。
将电机的定子或者转子具有磁饱和特性的导磁铁心介质去除，制作成无铁心电机，可以降低铁心损耗，提高过载能力，提高电机效率。
定位力矩是由转子永磁体和定子齿之间相对位移引起气隙磁共能发生变化，磁共能对唯一的偏导产生转矩，称为定位力矩。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种轴向磁场定子模块化单相电机，提高传统单相发电机的功率密度、效率，并减小定位转矩。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种轴向磁场定子模块化单相电机，包括分段定子、转子和集中绕组；所述定子位于所述转子两侧，且间距相等，定转子盘同轴相连；所述定子包括两个定子盘，所述定子盘包括m个“工”字形定子铁心模块、m个三棱柱形定子铁心模块及定子盘支架，沿周向m个“工”字形定子铁心模块和m个三棱柱定子铁心模块交替紧挨排列，形成m个等效定子槽；所述转子位于两个定子盘中间，包括永磁体和转子支架，永磁体直接固定在转子支架上；所述集中绕组直接绕在定子的中柱上。
进一步地，所述定子盘支架内侧有卡槽，用于固定2m个定子模块。
进一步地，所述“工”字形铁心定子铁心模块数m为偶数，且“工”字形铁心靠近气隙侧的长度小于远离气隙侧，靠近气隙侧相邻铁心的间距大于等于气隙长度。
进一步地，所述“工”字形铁心靠近气隙侧厚度大于等于永磁体厚度。
进一步地，所述“工”字形定子铁心模块由“工”字形冲片沿径向叠压而成，三棱柱形定子铁心模块由三角形冲片沿轴向叠压而成。
进一步地，所述永磁体中心开有圆形通孔，通过螺丝与转子支架固定。
进一步地，所述永磁体为等腰梯形，梯形的上底边靠近电机内径，下底边靠近电机外径，上下底边与“工”字形铁心底部对齐。
进一步地，所述定子支架和转子支架都为不导磁的铝合金材料，所述永磁体材料为具有高剩磁的钕铁硼。
进一步地，所述集中绕组为扇环，由环氧树脂浇筑固定，扇环的半径方向与电机半径方向重合。
有益效果：本发明轴向磁场定子模块化单相电机采用轴向磁路结构，增大功率密度，减小电机体积；定子铁心采用“工”字形结构分段模块化，减小等效槽口宽度，减小定位力矩，同时提高容错能力；转子无铁心材料，降低铁心损耗，降低转子转动惯量，提高电机效率；提高电机电流过载能力。
附图说明
图1是本发明轴向磁场定子模块化单相发电机三维结构示意图；
图2是本发明轴向磁场定子模块化单相发电机转子结构俯视图；
图3是本发明轴向磁场定子模块化单相发电机定子结构俯视图；
图4是本发明轴向磁场定子模块化单相发电机定子结构仰视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明以轴向磁场定子模块化单相发电机为例，如图1-4所示，将无铁心转子结构应用于双定子中间转子轴向磁场单相发电机结构中，并将定子铁心模块化，包括分段定子1、转子2和集中绕组3，定子1位于转子1两侧，且间距相等，定转子盘同轴相连。
定子1包括两个定子盘，定子盘包括m个“工”字形定子铁心模块1-1、m个三棱柱形定子铁心模块1-2以及两个定子盘支架，沿周向m个“工”字形定子铁心模块和m个三棱柱定子铁心模块交替紧挨排列，形成m个等效定子槽。
“工”字形铁心定子铁心模块数m为偶数，且“工”字形铁心靠近气隙侧的长度小于远离气隙侧，即保证靠近气隙侧相邻铁心有一定间距，该间距应大于等于气隙长度。一方面，该间距与电机齿顶漏抗参数有直接关系，进一步影响电机的定子漏抗，从而影响发电机的输出外特性，通常用电压调整率ΔU＝(E0-UN)/UN×100％来衡量发电机的外特性。另一方面，该间距过小时给永磁体提供了较大漏磁路。此外，该间距还会影响电机的定位力矩，从减小定位力矩角度考虑时该间距应尽量减小。因此该参数应在电机输出外特性，永磁体漏磁以及定位力矩之间综合考虑，一般的，该间距应略微大于等于气隙长度。
“工”字形铁心靠近气隙侧厚度应大于等于永磁体厚度，保证靠近气隙侧铁心不发生饱和，保证空载反电势波形不发生严重畸变。定子盘支架内侧有卡槽，用于固定2m个定子模块。
转子2位于两个定子盘中间，包括永磁体2-1和转子支架2-2，永磁体2-1中心开有圆形通孔，通过螺丝与转子支架2-2固定。各永磁体2-1形状为等腰梯形，梯形的上底边靠近电机内径，下底边靠近电机外径，上下底边与“工”字形铁心底部对齐。
本发明以m＝8为例进行详细说明，即定子分为8个“工”字形铁心模块和8个三棱柱形铁心模块。各“工”字形定子铁心模块1-1由“工”字形冲片沿径向叠压而成，三棱柱形定子铁心模块1-2由三角形冲片沿轴向叠压而成。各集中绕组3的形状为扇环，扇环的半径方向与电机半径方向重合。定子支架和转子支架2-2都为具有支撑强度的非导磁材料，为不导磁的铝合金材料，永磁体材料为具有高剩磁的钕铁硼。
集中绕组的数量k满足：k＝m或k＝m/2。当k＝m时，每个等效定子槽中为双层绕组；当k＝m/2时，每个等效定子槽中为单层绕组。集中绕组均由环氧树脂浇筑固定。根据电机电压电流等级需要选择各个集中绕组的连接方式。以m＝8，k＝4为例进行说明，每个等效定子槽中为单层绕组，上下定子盘一共8个集中绕组，双侧定子的8个集中绕组全部并联。
转子永磁体磁场从N极通过气隙进入定子铁心，经过三棱柱形铁心，以及相邻的“工”字形铁心，再穿过气隙进入相邻的S极永磁体，另一侧气隙同理，最终形成匝链绕组的闭合磁路。运行时，转子由原动机拖动旋转，绕组处在交变磁场中，各个集中绕组在同一时刻中感应电动势大小方向均相同，绕组之间根据需要进行串并联连接，通过引出线给外部用电器供电。
为保证材料利用率，所述定子铁心轴向长度尽量短，故等效定子槽的形状较为扁平。集中绕组3尽量扁平，确保一定的槽满率。
Claims (9)
1.一种轴向磁场定子模块化单相电机，其特征在于，包括分段定子(1)、转子(2)和集中绕组(3)；所述定子(1)位于所述转子(1)两侧，且间距相等，定转子盘同轴相连；
所述定子(1)包括两个定子盘，所述定子盘包括m个“工”字形定子铁心模块(1-1)、m个三棱柱形定子铁心模块(1-2)及定子盘支架，沿周向m个“工”字形定子铁心模块和m个三棱柱定子铁心模块交替紧挨排列，形成m个等效定子槽；
所述转子(2)位于两个定子盘中间，包括永磁体(2-1)和转子支架(2-2)，永磁体(2-1)直接固定在转子支架(2-2)上；
所述集中绕组(3)直接绕在定子(1)的中柱上。
2.根据权利要求1所述的轴向磁场定子模块化单相电机，其特征在于，所述定子盘支架内侧有卡槽，用于固定2m个定子模块。
3.根据权利要求1所述的轴向磁场定子模块化单相电机，其特征在于，所述“工”字形铁心定子铁心模块数m为偶数，且“工”字形铁心靠近气隙侧的长度小于远离气隙侧，靠近气隙侧相邻铁心的间距大于等于气隙长度。
4.根据权利要求1所述的轴向磁场定子模块化单相电机，其特征在于，所述“工”字形铁心靠近气隙侧厚度大于等于永磁体厚度。
5.根据权利要求1所述的轴向磁场定子模块化单相电机，其特征在于，所述“工”字形定子铁心模块(1-1)由“工”字形冲片沿径向叠压而成，三棱柱形定子铁心模块(1-2)由三角形冲片沿轴向叠压而成。
6.根据权利要求1所述的轴向磁场定子模块化单相电机，其特征在于，所述永磁体(2-1)中心开有圆形通孔，通过螺丝与转子支架(2-2)固定。
7.根据权利要求1所述的轴向磁场定子模块化单相电机，其特征在于，所述永磁体(2-1)为等腰梯形，梯形的上底边靠近电机内径，下底边靠近电机外径，上下底边与“工”字形铁心底部对齐。
8.根据权利要求1所述的轴向磁场定子模块化单相电机，其特征在于，所述定子支架和转子支架(2-2)都为不导磁的铝合金材料，所述永磁体材料为具有高剩磁的钕铁硼。
9.根据权利要求1所述的轴向磁场定子模块化单相电机，其特征在于，所述集中绕组(3)为扇环，由环氧树脂浇筑固定，扇环的半径方向与电机半径方向重合。
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