專利名稱：無鐵芯永磁電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種無鐵芯永磁電機，尤其是一種雙轉(zhuǎn)子永磁無鐵芯同步電機，屬于電機領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高速無鐵芯永磁電機與傳統(tǒng)電機相比，節(jié)能節(jié)材、性能優(yōu)異；與目前先進的有鐵心稀土永磁電機相比，效率更高、重量更輕、穩(wěn)定性更好。稀土永磁無鐵芯電機可應用于量大面廣的風機、水泵、壓縮機等通用設(shè)備，還可用在電動汽車、風力發(fā)電、數(shù)控機床、油田抽油機、移動電站等領(lǐng)域，而且有得天獨厚的優(yōu)勢，發(fā)展前景廣闊。據(jù)初步測算，如果新增電機中有1/3替代，每年可節(jié)電近500億千瓦時，節(jié)約硅鋼片50萬噸、銅2萬噸，可創(chuàng)造近百億元的產(chǎn)值，經(jīng)濟效益和社會效益十分可觀。據(jù)預測，2015年我國純電動汽車產(chǎn)量將超過乘用車總產(chǎn)量的10%，年用電量超過200億千瓦時。稀土永磁無鐵芯電機效率更高，體積更小，在電動汽車領(lǐng)域比目前最先進適用的永磁無刷電機技術(shù)優(yōu)勢更明顯。據(jù)保守測算，稀土永磁無鐵芯電機在電動汽車上大規(guī)模應用，到2015年，年節(jié)電超過12億千瓦時。如新增電機中有三分之一用這種新型產(chǎn)品替代，每年可節(jié)電近500億千瓦時，節(jié)約硅鋼片50萬噸、銅2萬噸，可創(chuàng)造近百億元的產(chǎn)值，經(jīng)濟效益和社會效益十分可觀。另一方面，現(xiàn)有的無鐵心永磁同步電機，由于渦流損耗、漏磁以及高速轉(zhuǎn)動下的高溫等問題的存在，使得電機的功率密度仍然有進一步提升的可能。因此，如何提高電機的電磁效率，降低電機工作中存在的損耗，成為本領(lǐng)域工作人員普遍關(guān)注的一個問題。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的在于提出一種新的無鐵芯永磁電機，該無鐵芯永磁電機能夠降低了高速電機的鐵耗，同時提高的電機的功率密度，降低轉(zhuǎn)矩脈動，解決電機高速下發(fā)熱的問題。根據(jù)本實用新型的目的提出的一種無鐵芯永磁電機，包括:定子，該定子包括由多個繞組線圈澆注而成的空心杯，該空心杯繞電機轉(zhuǎn)軸設(shè)置；內(nèi)轉(zhuǎn)子，設(shè)置在所述定子內(nèi)部，該內(nèi)轉(zhuǎn)子包括固定在電機轉(zhuǎn)軸上的輪輻、安裝在所述輪輻上的轉(zhuǎn)子軛鐵，以及固定在該轉(zhuǎn)子軛鐵上的永磁體；外轉(zhuǎn)子，該外轉(zhuǎn)子包括有軟磁材料構(gòu)成的外轉(zhuǎn)子杯筒和將所述外轉(zhuǎn)子杯筒固定在電機轉(zhuǎn)軸上的外轉(zhuǎn)子法蘭，所述外轉(zhuǎn)子杯筒設(shè)計在定子外側(cè)，并與所述內(nèi)轉(zhuǎn)子同步共軸轉(zhuǎn)動。優(yōu)選的，所述定子還包括定子前法蘭與定子后法蘭，所述定子的空心杯與該定子前法蘭、定子后法蘭用環(huán)氧膠粘結(jié)成一個整體。優(yōu)選的，所述定子前法蘭后定子后法蘭分別通過一組深溝球軸承固定于電機轉(zhuǎn)軸上。[0011]優(yōu)選的，所述永磁體以外粘的方式固定在所述轉(zhuǎn)子軛鐵上，或者所述永磁體內(nèi)嵌在所述轉(zhuǎn)子軛鐵上。優(yōu)選的，所述外轉(zhuǎn)子杯筒通過環(huán)氧膠連接在外轉(zhuǎn)子法蘭上，且兩者之間過盈配合。優(yōu)選的，所述外轉(zhuǎn)子法蘭通過一徑向的緊定螺栓固定在電機轉(zhuǎn)軸上，且兩者之間過盈配合。優(yōu)選的，該電機還包括用于內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)圈數(shù)統(tǒng)計的位置傳感系統(tǒng)，所述位置傳感系統(tǒng)包括編碼器保持架、編碼器導磁環(huán)和編碼器磁鋼環(huán)。優(yōu)選的，所述定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子的槽極配合滿足節(jié)距為I的條件。優(yōu)選的，所述定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子的槽極配合方案為8極9槽、6級9槽或8極12槽中的一種。本實用新型的無鐵芯永磁電機，定子為杯型繞組，轉(zhuǎn)子為雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子安裝永磁體，外轉(zhuǎn)子采用導磁較好的軟磁材料，內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體勵磁磁場通過線圈進入外轉(zhuǎn)子，使外轉(zhuǎn)子和勵磁磁場同步，減小渦流損耗，提高了效率。本實用新型降低了高速電機的鐵耗，同時提高的電機的功率密度，降低轉(zhuǎn)矩脈動，解決電機高速下發(fā)熱的問題，提出了新的技術(shù)方案。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1給出了本實用新型無鐵芯永磁電機的結(jié)構(gòu)示意圖。1.永磁體 2.轉(zhuǎn)子軛鐵 3.定子前法蘭 4.編碼器保持架 5編碼器導磁環(huán)
6.編碼器磁鋼環(huán)7.電機轉(zhuǎn)軸8轉(zhuǎn)子輪輻9.定子空心杯10.外轉(zhuǎn)子杯筒11.外轉(zhuǎn)子法蘭12.定子后法蘭13.深溝球軸承14.擋圈15.調(diào)整墊16.緊定螺釘
具體實施方式
隨著電動汽車領(lǐng)域的發(fā)展，對于高速無鐵芯永磁電機的需求也越來越大。作為永磁無刷電機的替代方案，無鐵芯永磁電機在制作成本以及能耗節(jié)省上具有更大的優(yōu)勢，能夠帶來更多的經(jīng)濟效益和社會效益。本實用新型為了提高無鐵芯永磁電機的轉(zhuǎn)速和功率密度，采用了雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，定子為空心杯結(jié)構(gòu)，內(nèi)轉(zhuǎn)子上永磁體勵磁磁場通過空心杯線圈，進入外轉(zhuǎn)子的導磁材料內(nèi)，形成閉合回路，這種結(jié)構(gòu)在內(nèi)外轉(zhuǎn)子同步，在外轉(zhuǎn)子上幾乎沒有鐵耗，減小了電機的漏磁，使主磁通增加，達到了增加氣隙磁場的目的，進而提高了電機的功率密度。實現(xiàn)上述技術(shù)效果的電機主要結(jié)構(gòu)包括:定子，該定子包括由多個繞組線圈澆注而成的空心杯，該空心杯繞電機轉(zhuǎn)軸設(shè)置；內(nèi)轉(zhuǎn)子，設(shè)置在所述定子內(nèi)部，該內(nèi)轉(zhuǎn)子包括固定在電機轉(zhuǎn)軸上的輪輻、安裝在所述輪輻上的轉(zhuǎn)子軛鐵，以及固定在該轉(zhuǎn)子軛鐵上的永磁體；[0026]外轉(zhuǎn)子，該外轉(zhuǎn)子包括有軟磁材料構(gòu)成的外轉(zhuǎn)子杯筒和將所述外轉(zhuǎn)子杯筒固定在電機轉(zhuǎn)軸上的外轉(zhuǎn)子法蘭，所述外轉(zhuǎn)子杯筒設(shè)計在定子外側(cè)，并與所述內(nèi)轉(zhuǎn)子同步共軸轉(zhuǎn)動。下面，將結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做具體的描述。請參見圖1,圖1是本實用新型的無鐵芯永磁電機的截面示意圖。如圖所示,該無鐵芯永磁電機通過電機轉(zhuǎn)軸7的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)驅(qū)動負載的目的。該電機轉(zhuǎn)軸7由外轉(zhuǎn)子法蘭11的中心處向定子后法蘭12方向延伸，并伸出該定子后法蘭12形成轉(zhuǎn)動輸出部分。該電機主要包括:定子，該定子包括由多個繞組線圈澆注而成的空心杯9，該空心杯9繞電機轉(zhuǎn)軸7設(shè)置，各個繞組線圈之間通過環(huán)氧膠澆注固定。定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子之間的槽極配合可以有多種方案，然而最好滿足兩者之間的節(jié)距為1，比如槽極配合方案為8極9槽、6級9槽或8極12槽中的一種。定子還包括定子前法蘭11與定子后法蘭12，定子的空心杯9與該定子前法蘭11、定子后法蘭12用環(huán)氧膠粘結(jié)成一個整體。該整體使得定子能夠被固定在電機中，且與內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子之間保持一定的位置關(guān)系。具體的，該定子前法蘭11和定子后法蘭12分別通過一組擋圈4和調(diào)整墊5固定在前后深溝球軸承13上，電機轉(zhuǎn)軸7固定于該前后兩個深溝球軸承13上，使得該電機轉(zhuǎn)軸7能夠與定子實現(xiàn)滾動連接。其中定子后法蘭12靠近電機轉(zhuǎn)軸7輸出部分的一側(cè)，且滿足定子空心杯9的軸心與電機轉(zhuǎn)軸7重合。內(nèi)轉(zhuǎn)子，設(shè)置在上述定子的內(nèi)部，該內(nèi)轉(zhuǎn)子包括固定在電機轉(zhuǎn)軸7上的轉(zhuǎn)子輪輻
8、安裝在轉(zhuǎn)子輪輻8上的轉(zhuǎn)子軛鐵2，以及固定在該轉(zhuǎn)子軛鐵2上的永磁體I。轉(zhuǎn)子輪輻8繞電機轉(zhuǎn)軸7選擇，轉(zhuǎn)子軛鐵2安裝于該轉(zhuǎn)子輪輻8的外側(cè)邊緣處，永磁體I可以通過外粘的方式固定在所述轉(zhuǎn)子軛鐵2上，比如用環(huán)氧膠粘結(jié)；也可以直接將永磁體I內(nèi)嵌在所述轉(zhuǎn)子軛鐵2上。外轉(zhuǎn)子，該外轉(zhuǎn)子包括有軟磁材料構(gòu)成的外轉(zhuǎn)子杯筒10和將該外轉(zhuǎn)子杯筒10固定在電機轉(zhuǎn)軸7上的外轉(zhuǎn)子法蘭11。該外轉(zhuǎn)子杯筒10通過環(huán)氧膠連接在外轉(zhuǎn)子法蘭11上，且兩者之間過盈配合。外轉(zhuǎn)子法蘭11則通過一組徑向的緊定螺栓16固定在電機轉(zhuǎn)軸上，且兩者之間過盈配合。該外轉(zhuǎn)子杯筒10設(shè)計在定子外側(cè)，其大小能夠?qū)⒍ㄗ涌招谋?套入并且能夠使的該外轉(zhuǎn)子杯筒10繞著該定子空心杯9旋轉(zhuǎn)即可。由于外轉(zhuǎn)子與電機轉(zhuǎn)軸7之間緊定配合，因此外轉(zhuǎn)子能夠保證與內(nèi)轉(zhuǎn)子同步共軸轉(zhuǎn)動。該電機還包括用于內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)圈數(shù)統(tǒng)計和內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置檢測的位置傳感系統(tǒng)，所述位置傳感系統(tǒng)包括編碼器保持架4、編碼器導磁環(huán)5和編碼器磁鋼環(huán)6。其中編碼器保持架4固定在深溝球軸承13上，編碼器導磁環(huán)5固定在該編碼器保持架4上，編碼器磁鋼環(huán)6則固定在電機轉(zhuǎn)軸7上并與該編碼器導磁環(huán)5形成相對旋轉(zhuǎn)。工作時，在電機定子空心杯9的多個繞組線圈中通入電流后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場與永磁體產(chǎn)生的磁場相互作用，從而使電機軸7轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)驅(qū)動負載的目的。內(nèi)轉(zhuǎn)子上永磁體I發(fā)出的勵磁磁場通過空心杯9的線圈，進入外轉(zhuǎn)子的導磁材料內(nèi)，形成閉合回路，這種結(jié)構(gòu)在內(nèi)外轉(zhuǎn)子同步，在外轉(zhuǎn)子上幾乎沒有鐵耗，減小了電機的漏磁，使主磁通增加，達到了增加氣隙磁場的目的，進而提高了電機的功率密度。綜上所述，本實用新型提出了一種無鐵芯永磁電機，定子為空心杯型繞組，轉(zhuǎn)子為雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子安裝永磁體，外轉(zhuǎn)子采用導磁較好的軟磁材料，內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體勵磁磁場通過線圈進入外轉(zhuǎn)子，使外轉(zhuǎn)子和勵磁磁場同步，減小渦流損耗，提高了效率。本實用新型降低了高速電機的鐵耗，同時提高的電機的功率密度，降低轉(zhuǎn)矩脈動，解決電機高速下發(fā)熱的問題。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種無鐵芯永磁電機，其特征在于，包括: 定子，該定子包括由多個繞組線圈澆注而成的空心杯，該空心杯繞電機轉(zhuǎn)軸設(shè)置； 內(nèi)轉(zhuǎn)子，設(shè)置在所述定子內(nèi)部，該內(nèi)轉(zhuǎn)子包括固定在電機轉(zhuǎn)軸上的輪輻、安裝在所述輪輻上的轉(zhuǎn)子軛鐵，以及固定在該轉(zhuǎn)子軛鐵上的永磁體； 外轉(zhuǎn)子，該外轉(zhuǎn)子包括有軟磁材料構(gòu)成的外轉(zhuǎn)子杯筒和將所述外轉(zhuǎn)子杯筒固定在電機轉(zhuǎn)軸上的外轉(zhuǎn)子法蘭，所述外轉(zhuǎn)子杯筒設(shè)計在定子外側(cè)，并與所述內(nèi)轉(zhuǎn)子同步共軸轉(zhuǎn)動。
2.如權(quán)利要求1所述的無鐵芯永磁電機，其特征在于:所述定子還包括定子前法蘭與定子后法蘭，所述定子的空心杯與該定子前法蘭、定子后法蘭用環(huán)氧膠粘結(jié)成一個整體。
3.如權(quán)利要求2所述的無鐵芯永磁電機，其特征在于:所述定子前法蘭后定子后法蘭分別通過一組深溝球軸承固定于電機轉(zhuǎn)軸上。
4.如權(quán)利要求1所述的無鐵芯永磁電機，其特征在于:所述永磁體以外粘的方式固定在所述轉(zhuǎn)子軛鐵上，或者所述永磁體內(nèi)嵌在所述轉(zhuǎn)子軛鐵上。
5.如權(quán)利要求1所述的無鐵芯永磁電機，其特征在于:所述外轉(zhuǎn)子杯筒通過環(huán)氧膠連接在外轉(zhuǎn)子法蘭上，且兩者之間過盈配合。
6.如權(quán)利要求1所述的無鐵芯永磁電機，其特征在于:所述外轉(zhuǎn)子法蘭通過一徑向的緊定螺栓固定在電機轉(zhuǎn)軸上，且兩者之間過盈配合。
7.如權(quán)利要求1所述的無鐵芯永磁電機，其特征在于:該電機還包括用于內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)圈數(shù)統(tǒng)計的位置傳感系統(tǒng)，所述位置傳感系統(tǒng)包括編碼器保持架、編碼器導磁環(huán)和編碼器磁鋼環(huán)。
8.如權(quán)利要求1所述的無鐵芯永磁電機，其特征在于:所述定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子的槽極配合滿足節(jié)距為I的條件。
9.如權(quán)利要求8所述的無鐵芯永磁電機，其特征在于:所述定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子的槽極配合方案為8極9槽、6級9槽或8極12槽中的一種。
專利摘要一種無鐵芯永磁電機，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子為空心杯型繞組，轉(zhuǎn)子為雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子安裝永磁體，外轉(zhuǎn)子采用導磁較好的軟磁材料，內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體勵磁磁場通過線圈進入外轉(zhuǎn)子，使外轉(zhuǎn)子和勵磁磁場同步，減小渦流損耗，提高了效率。本實用新型降低了高速電機的鐵耗，同時提高的電機的功率密度，降低轉(zhuǎn)矩脈動，解決電機高速下發(fā)熱的問題。
文檔編號H02K1/27GK203071777SQ20132006314
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者劉吉柱, 潘明強, 陳濤, 王陽俊, 陳立國, 孫立寧 申請人:蘇州大學