專利名稱：一種定子永磁體高速電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速電機(jī)，特別是一種永磁體置于定子上、轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度高、永磁體散熱條件好的高速電機(jī)，可作為分子泵、離心機(jī)等高速設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
背景技術(shù)：
高速電機(jī)由于轉(zhuǎn)速高，電機(jī)的功率密度大，其幾何尺寸遠(yuǎn)小于輸出功率相同的中低速電機(jī)，可以有效地節(jié)約材料；高速電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，因此動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快；同時(shí)高速電機(jī)可與原動(dòng)機(jī)或負(fù)載直接相連，省去了傳統(tǒng)的機(jī)械變速裝置，因而可減小噪音和提高傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。特別是永磁電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，力能密度高和無(wú)勵(lì)磁損耗、效率高等優(yōu)點(diǎn)， 因而得到了廣泛的研究和應(yīng)用。對(duì)于現(xiàn)有的高速永磁電機(jī)，由于其轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子表面線速度大，因而需要采取相應(yīng)措施來(lái)保護(hù)永磁體，通常采用的方法有兩種一種方法是采用高強(qiáng)度合金鋼作為護(hù)套并與永磁體過(guò)盈配合以保護(hù)永磁體不被高速旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的離心力破壞，另一種方法是采用碳纖維綁扎以保護(hù)永磁體不被高速旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的離心力破壞。采用高強(qiáng)度合金鋼作為護(hù)套并與永磁體過(guò)盈配合的方法，加工不便，并且由于護(hù)套為實(shí)心，護(hù)套中會(huì)將感應(yīng)出較大的渦流損耗， 因而導(dǎo)致永磁體溫升過(guò)高；碳纖維具有強(qiáng)度高，重量輕的優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格較高，綁扎工藝復(fù)雜，且是熱的不良導(dǎo)體，不利于永磁體的散熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的不足，提供一種轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度高、加工方便，有利于永磁體散熱的高速電機(jī)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為定子永磁體高速電機(jī)，由定子端部導(dǎo)磁環(huán)、永磁體、定子背軛、定子鐵心、繞組線圈、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子軸、轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)組成，定子永磁體高速電機(jī)有2個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)，位于定子永磁體高速電機(jī)定子兩端，每個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)部是永磁體，永磁體為一圓環(huán)，采用稀土永磁材料制成，充磁方向?yàn)檩椣?，并且兩?cè)的永磁體充磁方向相同，兩塊永磁體充磁方向同為輻向向外或者同為輻向向外，永磁體內(nèi)部是轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)，轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)為疊片結(jié)構(gòu)，疊制方向?yàn)檩S向，永磁體與轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)中間留有間隙，形成軸端空氣隙，定子背軛位于兩個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)中間，定子背軛內(nèi)部是定子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心為2極凸極、疊片結(jié)構(gòu)，疊制方向?yàn)檩S向，定子鐵心的定子齒數(shù)目為6，定子齒上置有集中式的繞組線圈，6個(gè)繞組線圈組成三相繞組，機(jī)械角度相差180°的繞組線圈組成一相，定子鐵心內(nèi)部是轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心與轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)部是轉(zhuǎn)子軸，轉(zhuǎn)子軸為導(dǎo)磁性能良好的材料制成，轉(zhuǎn)子軸為轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)提供磁通路，整個(gè)定子永磁體高速電機(jī)的定子由定子端部導(dǎo)磁環(huán)、永磁體、定子背軛、定子鐵心和繞組線圈組成，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子軸和轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)組成。上述方案的原理是永磁體2為電機(jī)提供激磁磁通，激磁磁通始終存在且方向不變，但是隨著轉(zhuǎn)子位置的變化，激磁磁通變換其路徑，使得定子齒上繞組內(nèi)的磁鏈發(fā)生變化，從而在電機(jī)的集中繞組中產(chǎn)生反電勢(shì)，通過(guò)根據(jù)轉(zhuǎn)子位置適時(shí)控制定子繞組通斷，從而產(chǎn)生恒定方向的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)。圖4所示為繞組電流通斷與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系圖， 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子處于圖如所示的位置時(shí)，圖如中A相繞組線圈導(dǎo)通而其他兩相繞組線圈處于關(guān)斷狀態(tài)，則A相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)使得轉(zhuǎn)子產(chǎn)生圖中η所示方向的轉(zhuǎn)矩，當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵心凸極的中心線與A相繞組所在定子齒的中心線重合時(shí)，A相繞組線圈關(guān)斷，此時(shí)僅B相繞組通電， 當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵心凸極的中心線與B相繞組所在定子齒的中心線重合時(shí)，B相繞組線圈關(guān)斷，僅C 相繞組通電，那么三相繞組在每一個(gè)60°機(jī)械角度范圍內(nèi)輪流導(dǎo)通，因而可形成恒定方向的轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的永磁體置于定子上，無(wú)需護(hù)套保護(hù)， 轉(zhuǎn)子為疊片結(jié)構(gòu)，加工工藝簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度高，與永磁體置于轉(zhuǎn)子上的高速電機(jī)相比，更適于高速或超高速運(yùn)行，永磁體置于定子上散熱條件好，并且永磁體無(wú)需護(hù)套保護(hù)，由于轉(zhuǎn)子鐵心及轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)為疊片結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子上所產(chǎn)生的渦流損耗較小。


圖1為本發(fā)明定子永磁體高速電機(jī)軸向截面圖；圖2為本發(fā)明定子永磁體高速電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明定子永磁體高速電機(jī)定子結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明定子永磁體高速電機(jī)繞組線圈電流與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式如圖1示，為本發(fā)明定子永磁體高速電機(jī)，它由2個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)1、2個(gè)永磁體 2、1個(gè)定子背軛3、1個(gè)定子鐵心4、6個(gè)繞組線圈5、1個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心6、1個(gè)轉(zhuǎn)子軸7、2個(gè)轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)8組成，其中定子永磁體高速電機(jī)有兩個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)1，位于定子永磁體高速電機(jī)定子軸向兩端，每個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)1內(nèi)部是永磁體2，永磁體2為一圓環(huán)，為稀土永磁材料(如釹鐵硼、釤鈷等)或鐵氧體永磁體制成，充磁方向?yàn)檩椣虺浯?，并且兩塊永磁體 2充磁方向相同，同為輻向向內(nèi)或者同為輻射向外，也可用多塊永磁體平行充磁沿圓周方向拼接形成。永磁體2徑向內(nèi)部是轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)8，轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)8為疊片結(jié)構(gòu)，疊制方向?yàn)檩S向，永磁體2與轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)8中間留有間隙，形成軸端空氣隙9，氣隙長(zhǎng)度取為 0. 2mm 1mm，本實(shí)施例取為0. 5mm，定子背軛3位于兩個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)8中間，定子背軛 3內(nèi)部是定子鐵心4，定子鐵心4的定子齒數(shù)目為6，定子鐵心4的齒內(nèi)緣占的機(jī)械角度數(shù)取為20° 40°，本實(shí)施例取為30°，定子齒上置有集中式的繞組線圈5，6個(gè)繞組線圈5組成三相繞組，機(jī)械角度相差180°的繞組線圈5組成一相，定子鐵心4內(nèi)部是轉(zhuǎn)子鐵心6，轉(zhuǎn)子鐵心6的齒內(nèi)緣占的機(jī)械角度數(shù)取為45° 135°，本實(shí)施例取為90°，定子鐵心4與轉(zhuǎn)子鐵心6之間形成軸中空氣隙10，軸中空氣隙10的長(zhǎng)度取為0. 2mm 1mm，本實(shí)施例取為0. 5mm，轉(zhuǎn)子鐵心6與轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)8內(nèi)部是轉(zhuǎn)子軸7，轉(zhuǎn)子軸7為轉(zhuǎn)子鐵心6和轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)8提供磁通路。圖2所示為本發(fā)明定子永磁體高速電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖，定子永磁體高速電機(jī)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心6、轉(zhuǎn)子軸7、轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)8組成，轉(zhuǎn)子鐵心6和轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)8為疊片結(jié)構(gòu)， 疊制方向?yàn)檩S向，轉(zhuǎn)子軸7為導(dǎo)磁軸。圖3所示為本發(fā)明定子永磁體高速電機(jī)帶繞組定子結(jié)構(gòu)圖，定子永磁體高速電機(jī)定子由定子背軛3、定子鐵心4、繞組線圈5組成，定子鐵心4 齒的數(shù)目為6，每個(gè)定子鐵心4齒上置有集中式的繞組線圈5，定子鐵心4的外部是定子背軛3，定子鐵心4為疊片結(jié)構(gòu)，疊制方向?yàn)檩S向。 上述本發(fā)明所用的定子端部導(dǎo)磁環(huán)1、定子背軛3、轉(zhuǎn)子軸7均用導(dǎo)磁性能良好的材料制成，如電工純鐵、各種碳鋼、鑄鐵、鑄鋼、合金鋼、1J50和1J79等磁性材料等。定子鐵心4、轉(zhuǎn)子鐵心6、轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)8可用導(dǎo)磁性能良好的電工薄鋼板如電工純鐵、電工硅鋼板DR510、DR470、DW350、1J50和1J79等磁性材料沖壓疊制而成。繞組線圈5用導(dǎo)電良好的電磁線繞制后浸漆烘干而成。
權(quán)利要求
1.一種定子永磁體高速電機(jī)，由定子端部導(dǎo)磁環(huán)(1)、永磁體O)、定子背軛(3)、定子鐵心G)、繞組線圈(5)、轉(zhuǎn)子鐵心(6)、轉(zhuǎn)子軸(7)、轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)(8)組成，其中定子永磁體高速電機(jī)有2個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)(1)，每個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)(1)的徑向內(nèi)部是永磁體 0)，永磁體O)內(nèi)部是轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)(8)，永磁體O)與轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)(8)中間留有間隙，形成軸端空氣隙(9)，定子背軛C3)位于兩個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)(1)中間，定子背軛(3) 內(nèi)部是定子鐵心G)，定子鐵心(4)齒上置有繞組線圈(5)，定子鐵心內(nèi)部是轉(zhuǎn)子鐵心 (6)，定子鐵心(4)與轉(zhuǎn)子鐵心(6)之間留有間隙，形成軸中空氣隙(10)，轉(zhuǎn)子鐵心(6)與轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)(8)的徑向內(nèi)部是轉(zhuǎn)子軸(7)，轉(zhuǎn)子軸(7)為轉(zhuǎn)子鐵心(6)和轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán) (8)提供磁通路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子永磁體高速電機(jī)，其特征在于所述的永磁體( 為一圓環(huán)，采用稀土永磁材料制成，沿輻向充磁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定子永磁體高速電機(jī)，其特征在于所述的軸端兩塊永磁體( 充磁方向相同，同為輻向向內(nèi)或輻向向外，或采用多塊永磁體平行充磁拼接形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子永磁體高速電機(jī)，其特征在于所述的定子鐵心(4)齒數(shù)量為6，齒上所置的繞組線圈(5)為集中式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子永磁體高速電機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán) (8)為疊片結(jié)構(gòu)，疊制方向?yàn)檩S向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子永磁體高速電機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子鐵心(6)為疊片兩極凸極結(jié)構(gòu)，疊制方向?yàn)檩S向。
全文摘要
一種定子永磁體高速電機(jī)，由定子端部導(dǎo)磁環(huán)、永磁體、定子背軛、定子鐵心、繞組線圈、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子軸、轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)組成，定子永磁體高速電機(jī)有2個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)，每個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)部是永磁體，永磁體內(nèi)部是轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)，永磁體與轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)中間留有間隙，形成軸端空氣隙，定子背軛位于兩個(gè)定子端部導(dǎo)磁環(huán)中間，定子背軛內(nèi)部是定子鐵心，定子鐵心齒上置有繞組線圈，定子鐵心內(nèi)部是轉(zhuǎn)子鐵心，定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心之間留有間隙，形成軸中空氣隙，轉(zhuǎn)子鐵心與轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)部是轉(zhuǎn)子軸，轉(zhuǎn)子軸為轉(zhuǎn)子疊層和轉(zhuǎn)子端部導(dǎo)磁環(huán)提供磁通路。本發(fā)明具有轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度高、永磁體損耗小、永磁體散熱條件好、加工制造方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K21/00GK102299599SQ20111024849
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者劉西全, 房建成, 王云燕, 王惠軍, 王靜雅, 高鵬飛 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)