[發明專利]一種五相盤式非晶永磁電機

在審

• 申請號: 201710438573.6
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107196474A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 黃允凱;吳丹;郭保成
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K16/00
• 分類號: H02K16/00;H02K21/24;H02K9/197;H02K9/22;H02K1/14;H02K1/27
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 婁嘉寧

技術領域

本發明屬于電機設計和制造技術領域，特別涉及一種五相盤式非晶永磁電機。

背景技術

近年來，面對日益嚴峻的環境污染和能源短缺問題，國家出臺了一系列政策與法規以提高節能排水平、達到建設資源友好、環境節約型社會的目的。在工業領域中，要求電機具有較高的效率和功率密度。

傳統電機大多采用三相和徑向結構，而軸向永磁電機因其軸向尺寸短、結構緊湊，具有較高的轉矩、功率密度和優越的動態性能等優點近年來獲得越來越多的關注。與三相電機相比，多相電機具有很多固有優勢：在保證每相功率承受能力不變的情況下增加整體功率，具有高可靠性和容錯性，當一相或幾相開路時，可以通過采取相應的控制策略，使電機輸出力矩仍能滿足當前工況，因此多相軸向永磁電機尤其適合應用于電動車輛、航空航天、飛輪儲能系統及其他要求高轉矩密度和空間緊湊的場合。同時在低壓大功率場合，若采用三相電機驅動系統，供電系統必然是高壓大電流，這對驅動系統的功率器件等級提出了很大挑戰，不僅增加成本還使系統可靠性降低。實際應用中通常采用功率器件串并聯運行，但這必然引起器件均壓或均流問題。由于多相電機相數增加，同等功率下電機相電壓和相電流均減小，因此多相軸向永磁電機也是解決低壓大功率的有效方法。

目前電機中廣泛應用的定子鐵心材料是無取向硅鋼片，但電機損耗在磁感應強度較高或頻率較高時會嚴重增加，限制電機功率密度的進一步提高。非晶合金材料磁導率、電阻率較硅鋼片高，飽和磁通、矯頑力、渦流效應較硅鋼片小，若將非晶合金應用于永磁電機尤其是高速高頻電機中，將有效降低鐵耗，進一步提高電機功率密度。

相比于硅鋼片，非晶合金材料脆而薄，加工制造或裝配技術難度大，過大的機械應力會大大降低非晶合金材料的導磁性，極難加工成成型定子，極大限制了非晶電機的發展。

發明內容

發明目的：本發明針對現有技術存在的問題，提供了一種可靠性高、能夠實現大功率輸出的五相盤式非晶永磁電機。

技術方案：本發明提供了一種五相盤式非晶永磁電機，包括轉子轉軸、轉子、定子、定子鐵心支撐架、機殼和水冷通道，其中，定子鐵心支撐架設置在轉子轉軸外圍，定子鐵心支撐架與機殼固定連接，在所述定子鐵心支撐架的軸向方向的兩側從內向外依次設有定子和轉子，所述定子與定子鐵心支撐架固定連接，所述轉子通過軸承設置在轉子轉軸上，所述定子與轉子之間存在空隙，轉子轉軸與定子、轉子和定子鐵心支撐架同軸，所述定子和轉子均為圓臺狀的圓盤，所述定子和轉子的外側的直徑小，向定子鐵心支撐架方向直徑逐漸增大；所述定子鐵心支撐架的周向上設有水冷通道，在所述定子鐵心支撐架周向的外側設有機殼，所述機殼與定子鐵心支撐架固定連接。

進一步，還包括散熱銅管，在所述機殼上設有散熱銅管，所述散熱銅管與所述定子相連接。

進一步，所述定子與轉子之間的空隙為3～5mm。

進一步，所述轉子包括轉子背鐵和轉子永磁體，所述轉子永磁體貼在轉子背鐵的內表面，其中轉子永磁體包括多個子轉子永磁體。

進一步，所述轉子永磁體采用釹鐵硼材料。釹鐵硼作為稀土永磁材料的一種，有極高的磁能積和矯頑力，所以采用釹鐵硼材料制作的轉子永磁體的機械性能更好，更加耐用，傳導性也更好。

進一步，所述轉子永磁體采用Halbach(海爾貝克陣列，下文簡稱Halbach)充磁方式，每側包括十六塊子轉子永磁體沿轉子背鐵內側圓盤均勻分布，每側相鄰四塊子轉子永磁體組成一個磁極，每側十六塊子轉子永磁體組成四個相間磁極，左右兩側轉子中相對的轉子永磁體的磁極極性相同，轉子永磁體磁通方向與轉子永磁體表面垂直，磁通方向既有軸向分量也有徑向分量。

進一步，所述轉子背鐵采用導磁鋼。這樣整個設備的性價比更高。

進一步，所述定子包括定子鐵心、定子齒、定子槽和定子五相繞組，所述定子鐵心的外側設有多個定子齒，在每兩個相鄰的定子齒之間形成定子槽，所述定子齒上纏繞有定子五相繞組。

進一步，所述定子五相繞組采用鼓形集中繞組結構。采用分數槽集中繞組可減少端部用銅量進而減少銅耗，且電機定子槽數少，槽利用率提高、齒槽轉矩降低、弱磁能力和容錯能力增強，另外集中繞組的嵌線工藝簡化，可以采用自動繞線，提高勞動生產率。

進一步，所述定子鐵心采用非晶合金材料，定子鐵心支撐架材料為鋁，分別與左右兩側非晶合金定子鐵心通過過盈配合連接。

進一步，所述定子和轉子的側面與轉子轉軸法向間的夾角范圍在0°和90°之間；同一側的定子圓盤外表面與轉子圓盤內表面相對平行設置。