專利名稱：一種鐵氧體三相永磁電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及永磁電機，更具體地說，涉及一種鐵氧體三相永磁電機，該電機適用于冰箱、空調(diào)和高速驅(qū)動應(yīng)用。
背景技術(shù)：
永磁電機的定子鐵芯一般采用硅鋼片，轉(zhuǎn)子一般采用稀土永磁體，例如釹鐵硼永磁體。硅鋼片和稀土永磁體材料正越來越稀缺，價格越來越貴。為了改變這種狀況，人們做了很多努力。其中一種改進方案是采用無定子鐵芯的電機，這類設(shè)計必然會增加永磁體的用量。另一種改進方案是采用硬磁鐵氧體磁鋼，可以避免使用稀土永磁體材料，但必然導(dǎo)致電機的磁負荷變低，只能相應(yīng)地提高電負荷來補救，于是必需增加用銅量，電機的銅損耗增加，更重要的是電機的力能指標(biāo)會會因此大幅下降。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有永磁電機的上述缺陷，本實用新型要解決傳統(tǒng)永磁電機銅耗大、成本高等問題。本實用新型的技術(shù)方案是，提供一種鐵氧體三相永磁電機，所述電機的轉(zhuǎn)子鐵芯上裝有多對永磁體，定子鐵芯上裝有三相繞組，其中，所述定子鐵芯由軟磁鐵氧體制成，其齒槽數(shù)Z = 12 ；其中每一個齒的外圓端寬度Mil、內(nèi)圓端寬度M21、齒心寬度M31的關(guān)系是 Mil >M21 >M31 ；且每一個齒的外圓端軸向長度M12、內(nèi)圓端軸向長度M22、齒心軸向長度 M32的關(guān)系是M12 >M32、M22 >M32 ；從而在齒的前后、左右均形成用于嵌裝繞組的凹槽；所述電機的每一相有四個串聯(lián)的集中繞組，分別繞在四個齒上，繞有A、B、C三相繞線的十二個齒的排列方式是A — /A — /C — C — B — /B — /A — A — C — /C — /B — B，其中的“/ A”表示A相的一個反相連接的集中繞組，/B、/C類推；所述轉(zhuǎn)子鐵芯中的永磁體由硬磁鐵氧體制成，其磁極數(shù)2P = 10。本實用新型中，所述定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯之間的物理氣隙可為0. 2 3. Omm ；相鄰兩個齒之間的槽口的寬度為0. 1 3. 0mm。本實用新型的定子鐵芯中，軟磁鐵氧體的體積電阻為100 Ω 50ΚΩ，并選自錳芯軟磁鐵氧體、鎳芯軟磁鐵氧體、微晶硅軟磁鐵氧體、或SMC軟磁復(fù)合材料中的一種。本實用新型的一個優(yōu)選方案中，所述定子鐵芯由獨立的十二個齒拼接而成，其中除了拼接表面之外的其余表面均被絕緣層包覆，所述絕緣層的厚度為0. 02 0. 5mm。本實用新型的另一個優(yōu)選方案中，所述定子鐵芯為預(yù)制成整體的一體式結(jié)構(gòu)。其中，所述定子鐵芯可沿軸向分成多段，包括在所述齒的前部形成前凹槽的前段、在所述齒的后部形成后凹槽的后段、以及位于所述前段與后段之間的至少一個中間段。本實用新型的一個優(yōu)選方案中，所述轉(zhuǎn)子鐵芯上各個永磁體的N、S磁極相間排列；每個所述永磁體是徑向充磁的瓦形硬磁鐵氧體磁鋼、或者是平行充磁的瓦形硬磁鐵氧體磁鋼。本實用新型的另一個優(yōu)選方案中，所述永磁體是徑向充磁的硬磁鐵氧體磁塊， 并嵌裝于所述轉(zhuǎn)子鐵芯的表面；每個所述磁塊的極距為η D/10，軸向物理尺寸L是30 200mm，其中D是轉(zhuǎn)子外徑，外弦長為π D/10，磁塊內(nèi)徑為-D/η，其中η = 1. 5 3，內(nèi)徑長為 JiD/10。本實用新型中，所述轉(zhuǎn)子鐵芯的外圓上可套有一個厚度為0. 15 2mm的碳纖維、 玻璃絲或鋁質(zhì)保護套。由于采取了上述技術(shù)方案，本實用新型的三相永磁電機具有繞組端部最小化、氣隙最小化、材料最小化、定位力矩最小化以及鐵損和銅損最小化等一系列優(yōu)點，具有更高工作轉(zhuǎn)速、更高的功率/體積比和力矩/體積比，成本達到了最低化。這種三相永磁電機可以替代現(xiàn)有的感應(yīng)電動機、永磁電動機，或者替代空調(diào)與冰箱壓縮機驅(qū)動電機，成為未來高性能、節(jié)能空調(diào)與冰箱壓縮機的主流驅(qū)動電機。

下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖1是本實用新型一個優(yōu)選實施例中電機總裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型一個優(yōu)選實施例中電機的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中所示的單個齒的主視圖；圖4是圖3中所示單個齒的左視圖；圖5是本實用新型一個優(yōu)選實施例中瓦形硬磁鐵氧體磁鋼轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實用新型一個優(yōu)選實施例中徑向充磁的硬磁鐵氧體磁塊構(gòu)成的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本實用新型一個優(yōu)選實施例中將定子鐵芯沿軸向分成三段的示意圖。
具體實施方式
如圖1所示為本實用新型的一個優(yōu)選實施例，該鐵氧體三相永磁電機的主要部件包括轉(zhuǎn)子1、定子2、轉(zhuǎn)軸30等，轉(zhuǎn)子1與定子2之間的物理氣隙5為0. 1 2mm。如圖2所示，本實施例中，定子鐵芯采用軟磁鐵氧體，整個定子鐵芯由十二個獨立的軟磁鐵氧體制成的齒40拼成，所以定子的齒槽數(shù)Z = 12。如圖3和圖4所示，其中每一個齒40的外圓端50的寬度Mil、內(nèi)圓端60的寬度 M21、齒心70的寬度M31的關(guān)系是Mil >M21 > M31 ；且每一個齒的外圓端50的軸向長度 M12、內(nèi)圓端60的軸向長度M22、齒心70的軸向長度M32的關(guān)系是M12 > M32、M22 > M32 ； 從而在齒的軸向和徑向均形成用于放置繞組的前后凹槽、左右凹槽；這種結(jié)構(gòu)的好處是繞組都裝于凹槽中，理想的狀態(tài)是繞組不會突出于圖3中的左右端面，即繞組的厚度被限定于齒的左右凹槽中；同時繞組也不會突出于圖4中左右端面，即繞組的長度被限定于齒的前后凹槽中。其中，電機的每一相有四個串聯(lián)的集中繞組，分別繞在四個齒上；如圖2所示，繞有A、B、C三相繞線的十二個齒的排列方式是A — /A — /C — C — B — /B — /A — A — C — /C —/B —B，其中的“/A”表示A相的一個反相連接的集中繞組，/B、/C類推。由于每個齒上的前后凹槽、左右凹槽結(jié)構(gòu)，集中繞組外邊緣都被限定于定子鐵芯內(nèi)部，與傳統(tǒng)電機相比， 這種電機節(jié)省了大量的繞組導(dǎo)線，用銅和用鐵量大幅減小，從而具有更高的功率/體積比、 更高的力矩/體積比，成本達到了最低化。對于轉(zhuǎn)子軸向長度與直徑比為1/2的10極電機，電機軸向長度L = D/2，電機每極匝數(shù)N，則電機每相繞組的總長度為4N(D+ Ji D/12)，而傳統(tǒng)電機每相繞組的總長度 4N(D+2jtD/12)；因此，本實施例中繞組導(dǎo)線減短了 1.207倍。其中，轉(zhuǎn)子采用硬磁鐵氧體， 避免使用稀土永磁體材料，雖然會導(dǎo)致電機的磁負荷下降2倍，需要提高2倍電負荷來補救電機性能，但由于繞組的總長度減短1. 207倍，電機的銅損耗會相應(yīng)減小1. 458倍；又由于電機的定子采用軟磁鐵氧體，電機的鐵損耗會減小3 10倍，因此，這種電機的綜合損耗與傳統(tǒng)集中繞組三相永磁電機相當(dāng)，甚至更??；又由于電機磁負荷下降2倍，所以電機的定位力矩和力矩波動比傳統(tǒng)集中繞組電機小20 30%左右，噪音也比傳統(tǒng)集中繞組電機??；電機的用銅量減小，對減小電機內(nèi)阻更為有利。由于定子鐵芯采用了軟磁鐵氧體，工作頻率高達ΙΟΚΗζ，可允許電機以每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，對于高速應(yīng)用很有意義。該電機可以采用三相方波或正弦波電流驅(qū)動。具體實施時，定子鐵芯的十二個齒中，除了拼接表面之外的其余表面均被絕緣層包覆，絕緣層厚度可為0. 02 0. 5mm，拼接成之后，相鄰兩個齒之間的槽口 3的寬度為 0. 1 3. Omm0其中，軟磁鐵氧體的體積電阻可為100 Ω 50ΚΩ，因此軟磁鐵氧體定子的鐵芯損耗比硅鋼片定子鐵芯小3 10倍甚至更多。這里的軟磁鐵氧體可以是錳芯軟磁鐵氧體、鎳芯軟磁鐵氧體、微晶硅軟磁鐵氧體、或SMC軟磁復(fù)合材料中的某一種制成，其飽和磁密必然不會低于永磁鐵氧體的剩磁磁密，它們是天然匹配的。對于圖2所示的定子鐵芯，可采用燒結(jié)工藝、粘結(jié)工藝、注射工藝、混合工藝中的某種工藝制成一個個的獨立齒，此時可針對每四個齒繞制串聯(lián)的繞組，然后再拼接成整體的定子鐵芯組件。當(dāng)然，也可采用整體預(yù)制的方式來制作定子鐵芯(此時沒有獨立的各個齒)，然后在整體定子鐵芯上直接用飛梭或手工繞制三相繞組。如圖5所示的實施例中，轉(zhuǎn)子鐵芯上各個永磁體的N、S磁極相間排列，這里的永磁體是徑向充磁的瓦形硬磁鐵氧體磁鋼、或者是平行充磁的瓦形硬磁鐵氧體磁鋼。從圖中可以看出，鐵氧體磁鋼的外圓兩側(cè)有角度不大于15°、長度不大于鐵氧體磁鋼的外圓弧長 1/4的削角，如圖5。該電機轉(zhuǎn)子的直軸磁阻與交軸磁阻相同，屬于隱極電機，該電機的運行噪聲比凸極電機小。如圖6所示的實施例中，永磁體是徑向充磁的硬磁鐵氧體磁塊，該永磁體的極距 nD/10，軸向物理尺寸L是30 200mm，其中D是轉(zhuǎn)子外徑，外弦長為JiD/10，磁塊內(nèi)徑為-D/n，n = 1. 5 3，內(nèi)徑長為π D/10。圖6中所示是由η = 2的徑向充磁的硬磁鐵氧體磁塊構(gòu)成的轉(zhuǎn)子。其中采用內(nèi)嵌式永磁體，轉(zhuǎn)子的直軸磁阻比交軸磁阻大，具有凸極效應(yīng)， 該電機運行時可獲得凸極力矩，出力比隱極電機更大。如圖2所示，本實施例中，在轉(zhuǎn)子的外圓上套有一個厚度為0. 15 2mm的保護套， 該保護套可由碳纖維、玻璃絲或鋁制成，在電機高速旋轉(zhuǎn)時可防止轉(zhuǎn)子上的永磁體離心力過大而脫落。[0034]如圖7所示，本實用新型的另一實施例，定子鐵芯沿軸向分成三段，包括在齒的前部形成前凹槽的前段(圖7中的左側(cè)段)、在齒的后部形成后凹槽的后段(圖7中的右側(cè)段)、以及位于前段與后段之間的中間段(圖7中的中間段)。具體實施時，中間段的數(shù)量可以是一個或多個；當(dāng)前段和后段的長度固定不變時，通過增加中間段的數(shù)量，或者調(diào)節(jié)中間段的長度，即可調(diào)節(jié)整個定子鐵芯的軸向長度。這種軸向分段的結(jié)構(gòu)可適用于圖2所示的多個齒拼接成定子鐵芯的情形，即每個齒分成多段，圖7中示出的是與圖4對應(yīng)的單個齒的左視圖結(jié)構(gòu)，其主視圖結(jié)構(gòu)如圖3所示；當(dāng)然，這種軸向分段的結(jié)構(gòu)也可適用于整體預(yù)制的定子鐵芯，此時是分別整體預(yù)制多段。上述實施例中的鐵氧體三相永磁電機，通常用作電動機，并采用三相方波或正弦波電流驅(qū)動；適用于冰箱、空調(diào)和高速驅(qū)動應(yīng)用；當(dāng)它由旋轉(zhuǎn)機械帶動，也可成為三相永磁發(fā)電機。
權(quán)利要求1.一種鐵氧體三相永磁電機，所述電機的轉(zhuǎn)子鐵芯(1)上裝有多對永磁體G)，定子鐵芯(2)上裝有三相繞組，其特征在于，所述定子鐵芯由軟磁鐵氧體制成，其齒槽數(shù)Z = 12 ； 其中每一個齒的外圓端寬度Mil、內(nèi)圓端寬度M21、齒心寬度M31的關(guān)系是Mil >M21 >M31 ； 且每一個齒的外圓端軸向長度M12、內(nèi)圓端軸向長度M22、齒心軸向長度M32的關(guān)系是M12 > M32、M22 > M32 ；從而在齒的前后、左右均形成用于嵌裝繞組的凹槽；所述電機的每一相有四個串聯(lián)的集中繞組，分別繞在四個齒上，繞有A、B、C三相繞線的十二個齒的排列方式是 A — /A — /C — C — B — /B — /A — A — C — /C — /B — B，其中的 “/A” 表示 A 相的一個反相連接的集中繞組，/B、/C類推；所述轉(zhuǎn)子鐵芯中的永磁體由硬磁鐵氧體制成，其磁極數(shù) 2P = 10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵氧體三相永磁電機，其特征在于，所述定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯之間的物理氣隙為0. 2 3. Omm ；相鄰兩個齒之間的槽口(3)的寬度為0. 1 3. 0mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵氧體三相永磁電機，其特征在于，所述軟磁鐵氧體的體積電阻為100Ω 50ΚΩ，并選自錳芯軟磁鐵氧體、鎳芯軟磁鐵氧體、微晶硅軟磁鐵氧體、或 SMC軟磁復(fù)合材料中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵氧體三相永磁電機，其特征在于，所述定子鐵芯由獨立的十二個齒拼接而成，其中除了拼接表面之外的其余表面均被絕緣層包覆，所述絕緣層的厚度為0. 02 0. 5_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵氧體三相永磁電機，其特征在于，所述定子鐵芯為預(yù)制成整體的一體式結(jié)構(gòu)，其表面均被絕緣層包覆，所述絕緣層的厚度為0. 02 0. 5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述鐵氧體三相永磁電機，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子鐵芯上各個永磁體的N、S磁極相間排列；每個所述永磁體是徑向充磁的瓦形硬磁鐵氧體磁鋼、 或者是平行充磁的瓦形硬磁鐵氧體磁鋼。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵氧體三相永磁電機，其特征在于，所述鐵氧體磁鋼的外圓兩側(cè)設(shè)有角度不大于15°、長度不大于鐵氧體磁鋼的外圓弧長1/4的削角。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的鐵氧體三相永磁電機，其特征在于，所述永磁體是徑向充磁的硬磁鐵氧體磁塊，并嵌裝于所述轉(zhuǎn)子鐵芯的表面；每個所述磁塊的極距為 nD/10，軸向物理尺寸L是30 200mm，其中D是轉(zhuǎn)子外徑，外弦長為JiD/10，磁塊內(nèi)徑為-D/n，其中η = 1. 5 3，內(nèi)徑長為JiD/10。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的鐵氧體三相永磁電機，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子鐵芯的外圓上套有一個厚度為0. 15 2mm的碳纖維、玻璃絲或鋁質(zhì)保護套。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的鐵氧體三相永磁電機，其特征在于，所述定子鐵芯沿軸向分成多段，包括在所述齒的前部形成前凹槽的前段、在所述齒的后部形成后凹槽的后段、以及位于所述前段與后段之間的至少一個中間段。
專利摘要本實用新型涉及一種鐵氧體三相永磁電機，為解決傳統(tǒng)永磁電機銅耗大、成本高等問題，本實用新型中的定子鐵芯采用軟磁鐵氧體，其齒槽數(shù)Z＝12；其中每一個齒的前后、左右均形成用于嵌裝繞組的凹槽；每一相有四個串聯(lián)的集中繞組分別繞在四個齒上，繞有A、B、C三相繞線的十二個齒的排列方式是A→B→C→A→B→C→A→B→C；其中的轉(zhuǎn)子鐵芯中的永磁體由硬磁鐵氧體制成，其磁極數(shù)2P＝10。該電機用作電動機時，可采用三相方波或正弦波電流驅(qū)動，具有繞組端部小、定位力矩小、銅損和鐵損耗小、定子鐵芯和轉(zhuǎn)子永磁材料成本低等一系列優(yōu)點。
文檔編號H02K3/28GK201975962SQ20112005843
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者曹立明, 杜坤梅 申請人:浙江博望科技發(fā)展有限公司