磁通切换型横向磁通高速永磁电机制造技术

磁通切换型横向磁通高速永磁电机由定、转子铁心，定、转子基体，相绕组组成。定子铁心10由铁基非晶合金制成的铁心本体与硅钢片制成的直套型极靴和L型极靴装配而成；转子铁心20由硅钢片制成，包含部件21与22，永磁体安装于21与22之间的窗孔中；定、转子基体沿轴向分为m相段，每段极对数为p；在定子基体每段槽道直接绕制环形相绕组，跨越相绕组，每段窗孔中安装2p个铁心10，绕电机轴线呈圆周阵列分布，相邻铁心10绕圆周阵列半径转180°；转子基体每段窗孔中安装2p个铁心20，绕电机轴线呈圆周阵列分布，相邻铁心20中永磁体形状相同，充磁方向相反；各相转子铁心20径向对齐，各相定子铁心10径向相互错开1/m极距角。

【技术实现步骤摘要】
磁通切换型横向磁通高速永磁电机
本专利技术属于电机制造领域，具体涉及一种磁通切换型横向磁通高速永磁电机。
技术介绍
高速电机通常是指最高转速超过10000r/min的电机。高速电机在离心式压缩机、混合动力或纯电动汽车的驱动电机、高速加工技术、航空电机、高速发电机等领域具有广泛、重要用途。它们具有以下优点：由于转速高，所以电机功率密度高，而体积远小于普通电机；可与原动机直接相连，取消了传统的减速机构，传动效率高，噪音小；高速电机转动惯量小，动态响应快。现有径向磁通高速电机还存在诸多技术问题。首先，在现有径向磁通电机结构中，磁通经过的齿部和电枢绕组所在的槽占同一圆环截面，磁力线所在平面平行于电机的旋转方向，槽的截面积与齿部截面积互相制约。如果需要流过较大的电流，就需要较大的线圈截面积，齿的截面积就受到影响(饱和作用会使磁通减小)；反之亦然。如果齿截面积和槽截面积同时增大，则必然会增大电机的半径，使电机的功率和转矩密度降低。创新出路在于选择横向磁通的电磁结构。在横向磁通电机中，因为磁路与电路分离，且在空间相互垂直，铁心与绕组的尺寸可以独立调整，设计自由度大，能有效提高电机功率和转矩密度，容易实现多相、多极对数结构。现有的横向磁通永磁电机，相邻两组转子铁心只对应一组定子铁心，磁通的空间利用率低。在中国专利CN201010100924的设计方案中，用磁通切换的方式实现了转子铁心与定子铁心一对一，提高了磁通的空间利用率。但是，“转子铁心(4)两边分别嵌入一块永磁体(2)(3)”，就是说，用一个包含2块永磁体的一个转子铁心对应一个定子铁心，而且这2块永磁体是轮流工作，永磁体的利用率还是偏低。第二，电机的功率密度和电机铁心内的磁通密度值Bm与电磁频率f的乘积成正比，但是受软磁材料饱和磁感应强度Bs的限制，要大幅度提高电机的功率密度必须提高电机的频率f。然而，电机铁心的总损耗又与频率的1.3～1.5次方成正比。当电机的工作频率从50Hz提高到500Hz，假设磁通密度值Bm不变，电机的铁损不是增加10倍，而是增加200多倍。因此，硅钢电机铁心的损耗将变得非常严重，导致效率显著下降，甚至造成电机过热损坏。对于工作频率介于几百至几千Hz的电机，使用铁基非晶合金代替硅钢，用作电机铁心，对于降低电机铁损和铁心温升意义重大。铁基非晶合金还具有硅钢几倍的磁导率，可以在很大程度上降低电机的励磁电流，进而降低电机的铜损。目前，将铁基非晶合金用作电机铁心，在世界范围内是一个挑战性难题。难点在于，铁基非晶合金带材厚度：25～30微米，维氏硬度：900kg/mm2，居里温度：415℃，热处理后的非晶合金叠片铁心可能会发脆。对非晶合金叠片铁心，很难用常规的机械切削工艺加工，也无法进行大电流高温焊接。目前，铁基非晶合金带材最大宽度为213mm。这样的带材宽度，对于需要采用整体性、大面积冲裁带材制作铁心的现有径向磁通电机，除了小、微型电机外，中型以上电机根本无法使用。但对于采用离散的、小尺寸铁心的横向磁通电机来说，中、大、巨型电机都非常适用。第三，当电机的工作频率达到几百Hz以上，电机绕组导线的集肤效应将变得非常严重，如果采用普通的电磁线，电机的铜损将大幅上升。采用高频利磁线(由直径0.1mm的漆包线4～25000股绞合而成)，高频运转时，可大幅减小导线集肤效应，大幅降低电机铜损。第四，由于高速电机转子上的离心力与线速度的平方成正比，高速电机的定子和转子铁心要求具有很高的机械强度。当线速度达到200m/s以上时，常规叠片转子难以承受高速旋转产生的离心力，需要采用高强度叠片转子。不幸的是，单纯用铁基非晶合金薄带制作电机定子或转子铁心，其机械强度远低于硅钢叠片铁心。解决问题的出路在于，将硅钢叠片的氩弧焊接技术与非晶合金叠片的铆接、浸渍、固化技术结合起来，创造新型高强度叠片定子和转子铁心。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种高功率密度的磁通切换型横向磁通高速永磁电机，定子铁心本体采用铁基非晶合金薄带制造，定子相绕组导线采用高频利磁线，可大幅降低电机铁损和铜损。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：磁通切换型横向磁通高速永磁电机，主要由定子铁心和转子铁心、定子基体、转子基体、相绕组等组成。定子铁心10由铁基非晶合金薄带制成的铁心本体11与硅钢片制成的直套型极靴12和L型极靴13装配而成；转子铁心20由硅钢片制成，其中包括部件21与22，永磁体23或24安装在部件21与22之间的窗孔025中；定子基体30和转子基体40沿轴向划分为m相段，每相段极对数为p；在定子基体30的每相段槽道31上直接绕制环形相绕组50，跨越相绕组50，每段窗孔32中安装2p个定子铁心10，绕电机轴线呈圆周阵列分布，相邻定子铁心10绕圆周阵列的半径转180°；在转子基体每段窗孔41中安装2p个转子铁心20，绕电机轴线呈圆周阵列分布，相邻转子铁心中的永磁体23与24形状相同，充磁方向相反；各相转子铁心20径向对齐，各相定子铁心10径向相互错开1/m极距角。定子基体30和转子基体40以及转子左端盖管60、右端盖管61由非导磁材料制造；定子基体30每相段设有绕制相绕组的槽道31，还设有安装定子铁心的窗孔32，定子铁心窗孔32轴线方向的一边和相邻窗孔32的另一边设有安装L型极靴13的凹槽；各相定子铁心窗孔32径向相互错开1/m极距角；转子基体40上设有安装各相转子铁心的窗孔41，各相转子铁心窗孔41径向对齐；转子基体40每相段中间还设有安装转子紧固环的槽道42。定子铁心10的本体11的冲片011由铁基非晶合金薄带冲制，冲制与011相同形状的的硅钢冲片作为辅助材料，其基本形状为“U”字型，冲片两边对称各设有2～3个长腰孔010，其长腰与电机轴线垂直；冲片011两边设有矩形凸出(014)；冲片011“U”字型中部外边还设有矩形缺口015。定子铁心10的本体11的铁基非晶合金冲片011按电机气隙定子铁心内圆面的弧度叠压，在叠层的顶面和底面以及若干相等叠厚处插入相同形状的硅钢冲片011，保持压力，用管壁有漏孔或漏缝的全空心铆钉14在长腰孔010处铆接，形成定子铁心本体11。定子铁心本体11的直套型极靴12的冲片012由硅钢片冲制，其两边设有利于氩弧焊接的凹凸形状和焊点016；L型极靴13的冲片013由硅钢片冲制，其两边和端部也设有利于氩弧焊接的凹凸形状和焊点016。定子铁心本体11的直套型极靴12的冲片012或L型极靴13的冲片的013按电机气隙定子铁心内侧面的弧度叠压，保持压力，在焊点(016)进行氩弧焊接，焊点熔化连成弧线，形成极靴12、13。定子铁心10的本体11“U”字型的一端与直套型极靴12装配，对这个装配体进行热处理，再用绝缘粘结剂浸渍、固化；直套型极靴12是定子铁心10的一个磁极，对应转子铁心20连通的两端磁极，即转子铁心20的部件21。定子铁心10的本体11“U”字型的另一端与L型极靴13装配是在定子100的装配过程中进行的；L型极靴13是定子铁心10的另一磁极，对应转子铁心20连通的中间磁极，即转子铁心20的部件22。转子铁心20的硅钢冲片020两边设有矩形凸出021，矩形凸出边沿还设有利于焊接的凹凸图形和焊点022；转子铁心20的硅钢冲片020中间靠气隙一边设有矩形缺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.磁通切换型横向磁通高速永磁电机，主要由定子铁心和转子铁心、定子基体、转子基体、相绕组等组成，其特征在于，定子铁心(10)由铁基非晶合金薄带制成的铁心本体(11)与硅钢片制成的直套型极靴(12)和L型极靴(13)装配而成；转子铁心(20)由硅钢片制成，其中包括部件(21)与(22)，永磁体(23)或(24)安装在部件(21)与(22)之间的窗孔(025)中；定子基体(30)和转子基体(40)沿轴向划分为m相段，每相段极对数为p；在定子基体(30)的每相段槽道(31)上直接绕制环形相绕组(50)，跨越相绕组(50)，每段窗孔(32)中安装2p个定子铁心(10)，绕电机轴线呈圆周阵列分布，相邻定子铁心(10)绕圆周阵列的半径转180°；在转子基体每段窗孔(41)中安装2p个转子铁心(20)，绕电机轴线呈圆周阵列分布，相邻转子铁心中的永磁体(23)与(24)形状相同，充磁方向相反；各相转子铁心(20)径向对齐，各相定子铁心(10)径向相互错开1/m极距角。

【技术特征摘要】
1.磁通切换型横向磁通高速永磁电机，主要由定子铁心和转子铁心、定子基体、转子基体、相绕组等组成，其特征在于，定子铁心(10)由铁基非晶合金薄带制成的铁心本体(11)与硅钢片制成的直套型极靴(12)和L型极靴(13)装配而成；转子铁心(20)由硅钢片制成，其中包括部件(21)与(22)，永磁体(23)或(24)安装在部件(21)与(22)之间的窗孔(025)中；定子基体(30)和转子基体(40)沿轴向划分为m相段，每相段极对数为p；在定子基体(30)的每相段槽道(31)上直接绕制环形相绕组(50)，跨越相绕组(50)，每段窗孔(32)中安装2p个定子铁心(10)，绕电机轴线呈圆周阵列分布，相邻定子铁心(10)绕圆周阵列的半径转180°；在转子基体每段窗孔(41)中安装2p个转子铁心(20)，绕电机轴线呈圆周阵列分布，相邻转子铁心中的永磁体(23)与(24)形状相同，充磁方向相反；各相转子铁心(20)径向对齐，各相定子铁心(10)径向相互错开1/m极距角。2.根据权利要求1所述的磁通切换型横向磁通高速永磁电机，其特征在于，定子基体(30)和转子基体(40)以及转子左端盖管(60)、右端盖管(61)由非导磁材料制造；定子基体(30)每相段设有绕制相绕组的槽道(31)，还设有安装定子铁心的窗孔(32)，定子铁心窗孔(32)轴线方向的一边和相邻窗孔(32)的另一边设有安装L型极靴(13)的凹槽；各相定子铁心窗孔(32)径向相互错开1/m极距角；转子基体(40)上设有安装各相转子铁心的窗孔(41)，各相转子铁心窗孔(41)径向对齐；转子基体(40)每相段中间还设有安装转子紧固环的槽道(42)。3.根据权利要求1所述的磁通切换型横向磁通高速永磁电机，其特征在于，定子铁心(10)的本体(11)的冲片(011)由铁基非晶合金薄带冲制，冲制与(011)相同形状的的硅钢冲片作为辅助材料，其基本形状为“U”字型，冲片两边对称各设有2～3个长腰孔(010)，其长腰与电机轴线垂直；冲片(011)两边设有矩形凸出(014)；冲片(011)“U”字型中部外边还设有矩形缺口(015)；定子铁心(10)的本体(11)的铁基非晶合金冲片(011)按电机气隙定子铁心内圆面的弧度叠压，在叠层的顶面和底面以及若干相等叠厚处插入相同形状的硅钢冲片(011)，保持压力，用管壁有漏孔或漏缝的全空心铆钉(14)在长腰孔(0L0)处铆接，形成定子铁心本体(11)。4.根据权利要求1所述的磁通切换型横向磁通高速永磁电机，其特征在于，定子铁心本体(11)的直套型极靴(12)的冲片(012)由硅钢片冲制，其两边设有利于氩弧焊接的凹凸形状和焊点(016)；L型极靴(13)的冲片(013)由硅钢片冲制，其两边和端部也设有利于氩弧焊接的凹凸形状和焊点(016)；定子铁心本体(11)的直套型极靴(12)的冲片(012)或L型极靴(13)的冲片的(013)按电机气隙定子铁心内圆面的弧度叠压，保持压力，在焊点(016)进行氩弧焊接，焊点熔化连成弧线，形成极靴(12)、(13)；定子铁心(10)的本体(11)“U”字型的一端与直套型极靴(12)装配，对这个装配体进行热处理，再用绝缘粘结剂浸渍、固化；直套型极靴(12)是定子铁心(10)的一个磁极，对应转子铁心(20)连通的两端磁极，即转子铁心(20)的部件(21)；定子铁心(10)的本体(11)“U”字型的另一端与L型极靴(13)装配是在定子(100)的装配过程中进行的；L型极靴(13)是定子铁心(10)的另一磁极，对应转子铁心(20)连通的中间磁极，即转子铁心(20)的部件(22)。5.根据权利要求1所述的磁通切换型横向磁通高速永磁电机，其特征在于，转子铁心(20)的硅钢冲片(020)两边设有矩形凸出(0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新，
申请(专利权)人：王新，
类型：发明
国别省市：上海,31