[實用新型]軸向磁通旋轉感應電機及用于軸向磁通旋轉電機的定子

有效

• 申請號: 202020149655.6
• 申請日: 2020-01-23
• 公開（公告）號: CN212366946U
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 邁克爾·坎寧安;馬克西姆·普里馬克
• 申請（專利權）人: 麥克斯韋汽車公司
• 主分類號: H02K1/16
• 分類號: H02K1/16;H02K3/28;H02K15/085;H02K15/04;H02K15/09;H02K15/02
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 周亞榮;鄧聰惠

本公開的實施例涉及軸向磁通旋轉感應電機及用于軸向磁通旋轉電機的定子，所述轉子將軟磁性復合材料用于轉子芯。第一實施例涉及一種用于旋轉電機的轉子，所述轉子平行于轉子的軸傳輸磁通。轉子包括轉子繞組和多個芯。轉子繞組由一塊實心導電材料組成，所述實心導電材料包括多個空腔。每個芯放置在相應空腔中并且包含高阻性的各向同性鐵磁粉末。

技術領域

本實用新型總體上涉及旋轉電機，例如馬達和發電機。

背景技術

已知以各種不同的類型和幾何形狀存在的旋轉電機(諸如馬達和發電機)。例如，一些旋轉電機依賴于磁極件的永磁體。由于性能原因，這些永磁體通常包括稀土元素，例如釹、釤、鈰、鋱、鐠、釓和鏑。永磁同步電機通常是理想的，因為它們表現出高的起動轉矩，高效率和高功率密度。

然而，高性能永久旋轉電機所依賴的稀土金屬主要僅由世界上少數地區的礦場生產。用于磁鐵的稀土元素會顯著增加電機的成本，并且開采它們的過程幾乎總是對環境造成破壞。稀土元素在供應鏈中引入了漏洞。最后，加熱時，存在稀土元素可能會失去它們的磁性能的風險。

永磁旋轉電機的替代物是感應旋轉電機。感應電機不依賴于永磁體。取而代之的是，感應電機使用通過改變電流產生的感應磁場進行操作。感應電機的芯可以簡單地是鐵或其它可導磁的材料。盡管感應電機避免了對稀土的需求，但是由于廣泛可用的感應電機的較低的功率密度和較低的起動轉矩，因此該廣泛可用的感應電機被認為不適用于許多應用。

通常，旋轉電機存在兩種幾何形狀：徑向和軸向。徑向磁通馬達垂直于馬達軸傳輸磁通。利用這些徑向磁通馬達，轉子(該馬達中旋轉的部件)和定子(該馬達中保持固定的部件)兩者往往都是圓柱形的，并且彼此同心。例如，定子可以包圍轉子并且朝向轉子向內傳輸磁通。該磁通向轉子施加轉矩，使其轉動。一個示例是常規的鼠籠式馬達。

相反，軸向磁通馬達平行于馬達軸傳輸磁通。代替作為同心圓柱體，在軸向磁通馬達中，轉子和定子可以是彼此平行且垂直于馬達軸安裝的盤。定子通過轉子施加磁通，從而產生轉矩。在Pyrhonen等人在標題為“Axial Flux Induction Electric Machine(軸向磁通感應電機)”的美國專利公開第2008/0001488號中公開了這種軸向磁通馬達的示例。

通常，軸向磁通馬達傾向于比具有相同功率的徑向磁通馬達更緊湊。換句話說，軸向磁通幾何形狀傾向于產生更高的功率密度。在包括軸向長度在內的所有其它條件都相等的情況下，增加徑向磁通馬達的半徑可以按照半徑差的平方來增加功率輸出。相反，在所有其它條件都相等的情況下，增加軸向磁通馬達的半徑可以按照半徑差的立方來增加功率輸出。結果是，與使用等效功率的徑向電機相比，使用更少的材料可以實現更大的功率輸出。

在電動汽車中，由于永磁電機的高功率密度、優異的起動轉矩和緊湊的尺寸，常規上使用永磁電機。永磁馬達通常被認為比感應馬達提供更大的起動轉矩，因為永磁體已經被勵磁。但是，由于(例如根據法拉第定律)在定子線圈中感應的反電動勢(back EMF)(電磁通)，永磁馬達在給定勵磁電壓下的轉矩與轉子轉速成反比。更具體地說，雖然永磁(PM)馬達的效率最初隨轉速(從零開始)提高，但是一旦接近額定速度，由于缺少(來自反電動勢的)轉矩和增加鐵損(磁滯和渦電流損)，效率將急劇下降。因此，在高速下，永磁電機的效率會急劇下降，這可能導致電力浪費和轉矩受限。這是轉矩隨速度變化的 (幾乎)線性損失，然而，這是在牽引電機應用(例如電動汽車)中永磁馬達的主要設計限制。實際上，由于這個原因，一些電動車輛使用一對馬達：用于低行駛速度的永磁馬達和用于高行駛速度的感應馬達。

常規上，感應電機被認為具有較差的起動轉矩。盡管在高轉速下感應電機通常比永磁馬達更優選，但是常規上，難以設計出在鎖定的轉子狀態下提供大約40％的滿載轉矩的感應電機。部分原因是感應電機在高轉差率下傾向于表現不佳。