軸向氣隙開關磁阻電機及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種軸向氣隙開關磁阻電機及其制備方法，軸向氣隙開關磁阻電機包括：定子、轉(zhuǎn)子鐵芯、電機轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子盤和機殼，其中，所述電機轉(zhuǎn)軸固定在所述機殼內(nèi)；所述轉(zhuǎn)子盤裝配在所述電機轉(zhuǎn)軸上；所述轉(zhuǎn)子鐵芯固定在所述轉(zhuǎn)子盤上；所述定子固定在所述機殼內(nèi)；所述定子與所述轉(zhuǎn)子鐵芯相對應設置，所述定子與所述轉(zhuǎn)子鐵芯之間存在軸向氣隙。本發(fā)明組裝方便，可以根據(jù)不同應用場合靈活調(diào)整空間布局及繞線方式，也可以調(diào)整定子鐵芯或轉(zhuǎn)子鐵芯數(shù)量擴充電機的相數(shù)、體積、功率以滿足各種場合、各種功率的電機使用，拓寬了應用范圍。
【專利說明】
軸向氣隙開關磁阻電機及其制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電動機和發(fā)電機領域，特別涉及一種軸向氣隙開關磁阻電機及其制備方法。
【背景技術】
[0002]開關磁阻電機是利用磁阻最小原理形成磁拉力，電機轉(zhuǎn)子沒有線圈和永磁體，因此具有結(jié)構(gòu)堅固，調(diào)速范圍寬廣，系統(tǒng)可靠性高、成本低等特點。但傳統(tǒng)開關磁阻電機定子和轉(zhuǎn)子鐵芯均使用硅鋼材料，鐵損大、溫升高、限制了其向高頻高速、高效率、高功率密度方向方面的發(fā)展。非晶和納米晶金屬合金材料具有高磁導率、低剩磁，低損耗等優(yōu)異性能。因此，與傳統(tǒng)具有娃鋼片鐵芯的電機相比，非晶、納米晶電機在低損耗、尚效節(jié)能、尚頻尚速化方面有很大優(yōu)勢。但是，這種材料通常厚度薄(20-30um)，硬度極高(是硅鋼片的3-5倍)且脆，直接使用常規(guī)沖壓工藝加工沖片的難度和成本很高，難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn);其次，這種材料工作溫度低，以線切割或焊接等具有高溫伴隨特征的加工工藝會導致材料局部“重結(jié)晶”，從而影響損耗特性;另外，此種材料受應力影響比較明顯，任何不當?shù)倪B接、固定、裝配和再加工都會產(chǎn)生額外應力，導致鐵芯性能下降。因此，在傳統(tǒng)徑向磁場電機上應用非晶、納米晶合金鐵芯難度較大。
[0003]在美國專利US7018498B2，LE公司公布了一種適用于軸向電機定子的非晶塊體制造方法，先將非晶帶材卷繞環(huán)形制作成塊體，再采用機械切割方式將環(huán)型鐵芯沿半徑方向切割，保持切槽深度滿足繞線要求，剩余未且斷的環(huán)形非晶鐵芯用來做定子齒之間的共用導磁軛，定子齒為鍥型。專利所述的新型的電機軸向結(jié)構(gòu)，雖然很好的利用了帶材導磁方向，一定程度上解決了非晶定子鐵芯加工難的問題，但非晶合金經(jīng)熱處理后變得很脆，尤其進行齒槽密集的非晶合金鐵芯的銑削或切割加工時，容易發(fā)生齒部脫落或者損壞，并且要求的切割精度高，導致成品率降低，加工周期長，定子的軸向長度受帶寬的限制。日本株式會社日立產(chǎn)機系統(tǒng)的專利UN101741153A中也公開了一種軸向氣隙電機用非晶合金鐵芯制作方法，將非晶帶材卷繞成環(huán)形，將環(huán)形鐵芯浸漆固化成型，采用機械切割方式將環(huán)型鐵芯沿半徑方向切割，將環(huán)形鐵芯切割成多個扇形塊體，然后在塊體外部繞制線包，將鐵芯和線包鑲嵌在絕緣盤內(nèi)作為定子，專利提供了一種軸向雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機，轉(zhuǎn)子采用片狀永磁材料;這種方法進一步降低了非晶鐵芯加工難度、周期和成本，但仍存在鐵芯切割面積較大和切割面處理的成本問題。另外，兩者所述發(fā)明均為永磁電機。
[0004]在中國專利UN101795024A中，中科院電工所公布了一種使用U型鐵芯構(gòu)建的橫向磁場電機，采用此種結(jié)構(gòu)的電機高度和軸向長度都不受非晶合金材料的幾何尺寸限制，還可以通過增加單元電機數(shù)目進一步擴大電機體積和功率。但該專利中每相繞組是通過絕緣層纏繞在每一個定子單元的多個定子上組成電機的一相，需要兩個以上的定子單元才能實現(xiàn)電機自啟動，繞線工藝也比較復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種軸向氣隙開關磁阻電機及其制備方法，可以至少解決現(xiàn)有技術中加工難度大、周期長和成本高的問題。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0007]一種軸向氣隙開關磁阻電機，包括:定子、轉(zhuǎn)子鐵芯、電機轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子盤和機殼，其中，所述電機轉(zhuǎn)軸固定在所述機殼內(nèi)；所述轉(zhuǎn)子盤裝配在所述電機轉(zhuǎn)軸上;所述轉(zhuǎn)子鐵芯固定在所述轉(zhuǎn)子盤上;所述定子固定在所述機殼內(nèi)；所述定子與所述轉(zhuǎn)子鐵芯相對應設置，所述定子與所述轉(zhuǎn)子鐵芯之間存在軸向氣隙。
[0008]進一步地，在上述的軸向氣隙開關磁阻電機中，所述定子由定子鐵芯和纏繞在所述定子鐵芯上的定子繞組構(gòu)成，所述定子鐵芯為U型結(jié)構(gòu)，所述定子鐵芯通過所述定子鐵芯的彎曲部安裝在所述機殼內(nèi)。
[0009]進一步地，在上述的軸向氣隙開關磁阻電機中，所述定子鐵芯的兩個直腿部的端面共面并垂直于所述電機轉(zhuǎn)軸的軸線，且所述定子鐵芯的兩個直腿部的端面中心連線與所述電機轉(zhuǎn)軸的軸線垂直相交，所述定子鐵芯在以電機轉(zhuǎn)軸的軸線為中心的圓周上均勻分布。
[0010]進一步地，在上述的軸向氣隙開關磁阻電機中，所述定子鐵芯的兩個直腿部的端面與所述轉(zhuǎn)子鐵芯之間存在軸向氣隙。
[0011]進一步地，在上述的軸向氣隙開關磁阻電機中，所述定子繞組分別纏繞在所述定子鐵芯的兩個直腿部上或者通過絕緣層纏繞在所述定子鐵芯的彎曲部上。
[0012]進一步地，在上述的軸向氣隙開關磁阻電機中，所述電機轉(zhuǎn)軸通過軸承裝配在所述機殼內(nèi)。
[0013]進一步地，在上述的軸向氣隙開關磁阻電機中，所述定子鐵芯的個數(shù)為M*N個，所述定子鐵芯為非晶或納米晶軟磁合金鐵芯，所述轉(zhuǎn)子鐵芯為非晶或納米晶合金塊體，所述轉(zhuǎn)子盤和所述機殼的材質(zhì)均為非導磁性材料，其中M為電機相數(shù)，且為大于等于2的自然數(shù)，N為每相極對數(shù)，且為大于等于I的自然數(shù)。
[0014]進一步地，在上述的軸向氣隙開關磁阻電機中，還設置有新增的定子鐵芯、新增的轉(zhuǎn)子鐵芯和新增的轉(zhuǎn)子盤，所述新增的定子鐵芯的彎曲部與原定子鐵芯的彎曲部相鄰或者接觸設置，所述定子繞組通過絕緣層纏繞在所述兩個定子鐵芯的彎曲部上，所述新增的轉(zhuǎn)子鐵芯設置在所述新增的定子鐵芯的兩個直腿部的端面外側(cè)，所述新增的轉(zhuǎn)子鐵芯固定在所述新增的轉(zhuǎn)子盤上，所述新增的定子鐵芯的兩個直腿部的端面與所述新增的轉(zhuǎn)子鐵芯之間存在軸向氣隙。
[0015]進一步地，在上述的軸向氣隙開關磁阻電機中，還設置有新增的定子鐵芯和新增的轉(zhuǎn)子鐵芯，所述新增的定子鐵芯的直腿部與原定子鐵芯的直腿部相對應設置，所述新增的轉(zhuǎn)子鐵芯和原所述轉(zhuǎn)子鐵芯沿所述轉(zhuǎn)子盤的徑向間隔布置，所述新增的轉(zhuǎn)子鐵芯位于所述新增的定子鐵芯的直腿部與原所述定子鐵芯的直腿部之間，所述定子繞組通過絕緣層分別纏繞在所述兩個定子鐵芯的彎曲部上或者直腿部上，所述兩個定子鐵芯的直腿部的端面與所述轉(zhuǎn)子鐵芯之間均存在軸向氣隙。
[0016]制備上述軸向氣隙開關磁阻電機的方法，所述方法包括以下步驟:制備所述定子的步驟和制備所述轉(zhuǎn)子鐵芯的步驟包括；
[0017]制備所述定子的步驟包括:
[0018]將所述定子鐵芯采用非晶或納米晶薄帶通過卷繞、模壓成型，再經(jīng)熱處理后浸入環(huán)氧樹脂、烘干固化后沿帶材橫向切斷而成，
[0019]將所述定子繞組纏繞在絕緣套管上，再裝配到定子鐵芯的兩個直腿部上組成一個定子，或者將所述定子繞組通過絕緣層纏繞在彎曲部上組成一個定子，
[0020]所述定子通過壓入、熱裝、間隙嵌合、粘接之中的任意一種方式固定在所述機殼內(nèi)；
[0021 ]制備所述轉(zhuǎn)子鐵芯的步驟包括:
[0022]將非晶或納米晶薄帶通過直接卷繞、模壓成所需尺寸的塊體，再經(jīng)熱處理后浸入環(huán)氧樹脂、烘干固化后得到所述轉(zhuǎn)子鐵芯，
[0023]轉(zhuǎn)子鐵芯通過壓入、熱裝、間隙嵌合、粘接之中的任意一種方式固定在所述轉(zhuǎn)子盤上。
[0024]具體而言，本發(fā)明提供的軸向氣隙開關磁阻電機及其制備方法，通過電機結(jié)構(gòu)和鐵心材料創(chuàng)新，具有渦流損耗小、高頻特性優(yōu)良、溫升低、效率高、結(jié)構(gòu)牢固、加工簡單、成本低等優(yōu)點，相數(shù)和極對數(shù)可靈活變換，是一種高效節(jié)能電機。
【附圖說明】
[0025]構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。其中:
[0026]圖1是本發(fā)明所涉及的非晶、納米晶合金軸向氣隙開關磁阻電機的一種【具體實施方式】結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是圖1所示的電機在A處剖開得到的正視圖(定子排列)；
[0028]圖3是圖1所示的電機在B處剖開得到的正視圖(轉(zhuǎn)子鐵芯排列)；
[0029]圖4是由非晶帶材卷繞成環(huán)形鐵芯的示意圖；
[0030]圖5是由成型柱形塊體加工成U形的過程示意圖；
[0031 ]圖6是由成型柱形塊體加工成棒體或塊體的過程示意圖；
[0032]圖7是直接成型或再加工成型棒體或塊體的過程示意圖；
[0033]圖8是由直接成型或再加工成型棒體或塊體的過程示意圖；
[0034]圖9是本發(fā)明所涉及的非晶、納米晶合金軸向氣隙開關磁阻電機的第二種具體實施形式；
[0035]圖10是本發(fā)明所涉及的非晶、納米晶合金軸向氣隙開關磁阻電機的第三種具體實施形式；
[0036]圖11是本發(fā)明所涉及的非晶、納米晶合金軸向氣隙開關磁阻電機的第四種具體實施形式；
[0037]圖12是本發(fā)明所涉及的非晶、納米晶合金軸向氣隙開關磁阻電機的第五種具體實施形式。
[0038]附圖標記說明:1-定子鐵芯，2-定子繞組，3-轉(zhuǎn)子鐵芯，4-轉(zhuǎn)子盤，5-電機轉(zhuǎn)軸，6_軸承，7-前機殼，8-后機殼;9-U型鐵芯；I O-塊體(長方體)鐵芯；11-非晶或納米晶棒體；12-非晶或納米晶塊體(長方體)。
【具體實施方式】
[0039]下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0040]如圖1至圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種軸向氣隙開關磁阻電機，其包括:定子、轉(zhuǎn)子鐵芯3、電機轉(zhuǎn)軸5、轉(zhuǎn)子盤4和機殼，其中，電機轉(zhuǎn)軸5固定在機殼內(nèi)；轉(zhuǎn)子盤4裝配在電機轉(zhuǎn)軸5上;轉(zhuǎn)子鐵芯3固定在轉(zhuǎn)子盤4上;定子固定在機殼內(nèi)；定子與轉(zhuǎn)子鐵芯3相對應設置以形成磁感應回路，定子與轉(zhuǎn)子鐵芯3之間存在軸向氣隙，在電機轉(zhuǎn)軸5的軸向上存在氣隙(即氣隙寬度方向平行于電機轉(zhuǎn)軸5的軸線方向)，使用時，轉(zhuǎn)子鐵芯3與其對應的定子組成磁路單元，每個軸向氣隙開關磁阻電機包括多個磁路單元。軸向氣隙開關磁組電機的定子數(shù)目為多個，轉(zhuǎn)子鐵芯數(shù)目也為多個，兩者數(shù)目不同。
[0041]圖2是圖1所示的電機在A處剖開得到的正視圖即定子排列圖，圖3是圖1所示的電機在B處剖開得到的正視圖即轉(zhuǎn)子鐵芯排列圖，定子極共12個，相鄰定子可依次接A、B、C三相電源，接A相的4個定子可串聯(lián)或并聯(lián)形成定子極對;轉(zhuǎn)子極8個。這就是典型的12/8結(jié)構(gòu)，較常用的還有8/6，24/16結(jié)構(gòu)等。
[0042]具體而言，本發(fā)明提供的軸向氣隙開關磁阻電機，加工簡單、成本低等優(yōu)點，相數(shù)和極對數(shù)可靈活變換，是一種高效節(jié)能電機。
[0043]優(yōu)選地，定子由定子鐵芯I和纏繞在定子鐵芯I上的定子繞組2構(gòu)成，定子繞組2為集中繞組，定子鐵芯I包括彎曲部和兩個直腿部，彎曲部連接于兩個直腿部之間以使定子鐵芯I為U型結(jié)構(gòu)，定子鐵芯I通過彎曲部安裝在機殼內(nèi)，機殼由前機殼7和后機殼8組成，定子鐵芯I和轉(zhuǎn)子鐵芯3均嵌合在電機轉(zhuǎn)軸5的周圍，具體地，定子鐵芯I嵌合在機殼內(nèi)，轉(zhuǎn)子鐵芯3嵌合在固定于電機轉(zhuǎn)軸5的轉(zhuǎn)盤4上。當轉(zhuǎn)子鐵芯3與某個U型定子鐵芯兩直腿部處于對齊位置或非對齊位置時，兩者所形成磁場回路的電感產(chǎn)生變化。在本發(fā)明中，不對U型結(jié)構(gòu)中直腿部的長度和彎曲部的高度進行限制，當直腿部的長度大于彎曲部的高度時，定子鐵芯I為U型結(jié)構(gòu)，此時利于在直腿部纏繞定子繞組2;當直腿部的長度小于彎曲部的高度時，定子鐵芯I也為U型結(jié)構(gòu)，為了直觀，也可以稱為C型結(jié)構(gòu)，此時利于在彎曲部纏繞定子繞組2。
[0044]優(yōu)選地，定子鐵芯I的兩個直腿部的端面共面并垂直于電機轉(zhuǎn)軸5的軸線，且定子鐵芯I的兩個直腿部的端面中心連線與電機轉(zhuǎn)軸5的軸線垂直相交，此時定子鐵芯I的開口方向與電機轉(zhuǎn)軸5的軸線平行，定子鐵芯I在以電機轉(zhuǎn)軸5的軸線為中心的圓周上均勻分布。
[0045]優(yōu)選地，定子鐵芯I的兩個直腿部的端面與轉(zhuǎn)子鐵芯3之間存在軸向氣隙，定子鐵芯I與轉(zhuǎn)子鐵芯3之間的軸向氣隙的氣隙寬度方向是平行于電機轉(zhuǎn)軸5的。
[0046]優(yōu)選地，定子繞組2分別纏繞在定子鐵芯I的兩個直腿部上(如圖1所示)或者通過絕緣層纏繞在定子鐵芯I的彎曲部上(如圖9所示)。本申請中，若繞線在定子鐵芯I的直腿部(即在定子鐵芯I的直腿部上纏繞形成定子繞組)，則繞線與定子鐵芯I之間的絕緣采用絕緣層纏繞和通過注塑成型的絕緣塑料殼體兩種絕緣方式均可，采用絕緣塑料殼體時，先將繞線卷繞在絕緣塑料殼體上，然后再將該絕緣塑料殼體裝配到直腿部上，完成纏繞;若繞線在定子鐵芯I的彎曲部(即在定子鐵芯I的彎曲部上纏繞形成定子繞組)，則繞線與定子鐵芯I之間的絕緣采用纏繞絕緣帶(即絕緣層纏繞)比較適用，操作方面，效果較好。
[0047]定子繞組通過絕緣層纏繞在定子鐵芯I的彎曲部上時(如圖9所示)，能夠縮短定子鐵芯I的兩個直腿部的長度及電機整體的軸向長度，增大電機的軸徑，增大輸出轉(zhuǎn)矩。
[0048]優(yōu)選地，電機轉(zhuǎn)軸5通過軸承6裝配在機殼內(nèi)，帶有轉(zhuǎn)子盤4的電機轉(zhuǎn)軸5通過軸承6裝配在前機殼7和后機殼8上，即在每個機殼上裝配有一個軸承6，電機轉(zhuǎn)軸5依次穿過該兩個軸承6，以保證轉(zhuǎn)子鐵芯3與定子鐵芯I的同軸精度并能靈活轉(zhuǎn)動。電機轉(zhuǎn)軸5旋轉(zhuǎn)時，帶動轉(zhuǎn)子盤4旋轉(zhuǎn)，進而帶動轉(zhuǎn)子鐵芯3旋轉(zhuǎn)。
[0049]優(yōu)選地，定子鐵芯I的個數(shù)為M*N個，其中M(例如3，4，5，6)為電機相數(shù)，N(例如1，2，3，4)為每相極對數(shù)，定子鐵芯I為非晶或納米晶軟磁合金鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯3為非晶或納米晶合金塊體，轉(zhuǎn)子盤4和機殼的材質(zhì)均為非導磁性材料。本申請中，棒體11是指不經(jīng)機械加工的零件形狀(存在圓角)，如圖7中所示;經(jīng)機械加工成長方體或正方體的是為“塊體”12，如圖8中所示。轉(zhuǎn)子鐵芯I的數(shù)量為Q，Q = P*N，其中P為不等于M的自然數(shù)，通常取M+1或M-1。圖1、圖9中，每個磁路單元包括一個定子和一個轉(zhuǎn)子鐵芯3，即軸向氣隙開關磁組電機的每個定子可以包括一個定子鐵芯，為每個定子鐵芯相對于設置一個轉(zhuǎn)子鐵芯。本發(fā)明提供的軸向氣隙開關磁阻電機，通過電機結(jié)構(gòu)和鐵心材料創(chuàng)新，具有渦流損耗小、高頻特性優(yōu)良、溫升低、效率高、結(jié)構(gòu)牢固、加工簡單、成本低等優(yōu)點，相數(shù)和極對數(shù)可靈活變換，是一種高效節(jié)能電機。優(yōu)選地，還設置有新增的定子鐵芯1、轉(zhuǎn)子鐵芯3和轉(zhuǎn)子盤4，新增的定子鐵芯I的彎曲部與原定子鐵芯I的彎曲部相鄰或接觸設置，定子繞組2通過絕緣層纏繞在兩個定子鐵芯I的彎曲部上，新增的轉(zhuǎn)子鐵芯3設置在新增的定子鐵芯I的兩個直腿部的端面外側(cè)，新增的轉(zhuǎn)子鐵芯3固定在新增的轉(zhuǎn)子盤4上，新增的定子鐵芯I的兩個直腿部的端面與新增的轉(zhuǎn)子鐵芯3之間存在軸向氣隙，即形成中間定子、兩側(cè)雙轉(zhuǎn)子鐵芯3、雙軸向氣隙的開關磁阻電機，如圖10所示。軸向氣隙開關磁組電機的每個定子可以包括兩個定子鐵芯，為每個定子鐵芯相對應設置一個轉(zhuǎn)子鐵芯，可以為兩個定子鐵芯設置一個定子繞組，具體地，兩個定子鐵芯的彎曲部背靠背設置，定子繞組通過絕緣層纏繞在兩個定子鐵芯的彎曲部上，一個定子鐵芯(或稱原定子鐵芯)的兩個直腿部端面外側(cè)布置有一個轉(zhuǎn)子鐵芯(或稱原轉(zhuǎn)子鐵芯)，另一個定子鐵芯(或稱新增的定子鐵芯)的兩個直腿部端面外側(cè)布置有另一個轉(zhuǎn)子鐵芯(或稱新增的轉(zhuǎn)子鐵芯)。
[0050]圖1、圖9、圖10中，定子鐵芯I(U型鐵芯)和I個轉(zhuǎn)子鐵芯3構(gòu)成一個磁路單元，磁力線方向是從定子鐵芯1(U型鐵芯)至轉(zhuǎn)子鐵芯3至定子鐵芯1(U型鐵芯)。圖10中，一個磁路單元包括:兩個定子和兩個轉(zhuǎn)子鐵芯3，該兩個定子的定子鐵芯I的彎曲部相鄰或接觸設置，該兩個轉(zhuǎn)子鐵芯3相對設置且位于不同的轉(zhuǎn)子盤4上，一個定子與一個轉(zhuǎn)子鐵芯3相對應設置，另一個定子與另一個轉(zhuǎn)子鐵芯3相對應設置。
[0051]優(yōu)選地，還設置有新增的定子鐵芯1，新增的定子鐵芯I的直腿部與原定子鐵芯I的直腿部相對應設置，固定有轉(zhuǎn)子鐵芯3的轉(zhuǎn)子盤4設置于兩個定子鐵芯I的直腿部的端面之間，定子繞組2通過絕緣層分別纏繞在兩個定子鐵芯I的彎曲部上或者直腿部上，兩個定子鐵芯I的直腿部的端面與轉(zhuǎn)子鐵芯3之間均存在軸向氣隙，即組成兩側(cè)雙定子、中間單轉(zhuǎn)子、雙軸向氣隙形式的開關磁阻電機，如圖11和圖12所示。軸向氣隙開關磁組電機的每個定子可以包括兩個定子鐵芯I，為每個定子鐵芯I相對應設置一個轉(zhuǎn)子鐵芯3，兩個轉(zhuǎn)子鐵芯3沿電機轉(zhuǎn)軸5的徑向依次布置，可以為每個定子鐵芯I設置四個定子繞組，具體地，兩個定子鐵芯I的直腿部相對設置，每個定子繞組2分別纏繞在一個定子鐵芯I的直腿部上，一個定子鐵芯1(或稱原定子鐵芯)的兩個直腿部端面外側(cè)布置有一個轉(zhuǎn)子鐵芯3(或稱原轉(zhuǎn)子鐵芯)，另一個定子鐵芯1(或稱新增的定子鐵芯)的兩個直腿部端面外側(cè)布置有另一個轉(zhuǎn)子鐵芯3(或稱新增的轉(zhuǎn)子鐵芯)。還可以為每個定子鐵芯I設置兩個定子繞組，具體地，兩個定子鐵芯I的直腿部相對設置，每個定子繞組2分別纏繞在一個定子鐵芯I的彎曲部上，一個定子鐵芯I(或稱原定子鐵芯)的一個直腿部端面外側(cè)和另一個定子鐵芯1(或稱新增的定子鐵芯)的一個直腿部端面外側(cè)之間設置有一個轉(zhuǎn)子鐵芯3，且與轉(zhuǎn)子鐵芯3之間分別留有軸向氣隙；一個定子鐵芯1(或稱原定子鐵芯)的另一個直腿部端面外側(cè)和另一個定子鐵芯1(或稱新增的定子鐵芯)的另一個直腿部端面外側(cè)之間設置有另一個轉(zhuǎn)子鐵芯3，且與另一個轉(zhuǎn)子鐵芯3之間分別留有軸向氣隙。圖11、12中，兩個對稱的定子鐵芯1(U型鐵芯)和兩個同一半徑上的轉(zhuǎn)子鐵芯3構(gòu)成一個磁路單元，磁力線是從左側(cè)定子鐵芯1(U型鐵芯)至上側(cè)轉(zhuǎn)子鐵芯3至右側(cè)定子鐵芯1(U型鐵芯)至下側(cè)轉(zhuǎn)子鐵芯3至左側(cè)定子鐵芯1(U型鐵芯)。圖11、圖12中每個磁路單元均包括兩個定子鐵芯I和兩個轉(zhuǎn)子鐵芯3，該兩個定子的定子鐵芯I的彎曲部相對設置，該兩個轉(zhuǎn)子鐵芯3沿轉(zhuǎn)子盤4的徑向間隔布置(即該兩個轉(zhuǎn)子鐵芯3位于轉(zhuǎn)子盤4的同一半徑上且距離圓心的距離不同)，一個定子鐵芯I的一個直腿部與另一個定子鐵芯I的一個直腿部之間設置有一個轉(zhuǎn)子鐵芯3，一個定子鐵芯I的另一個直腿部與另一個定子鐵芯I的另一個直腿部之間設置有另一個轉(zhuǎn)子鐵芯3。
[0052]本發(fā)明還公開了制備上述軸向氣隙開關磁阻電機的方法，制備定子的步驟包括:
[0053]將定子鐵芯I采用非晶或納米晶薄帶通過卷繞、模壓成型(一般卷繞為圓環(huán)形狀，圓環(huán)的中心以芯模支撐，外周以夾板固定，加壓形成矩形或長方形的環(huán)，以圖5、圖6未加工時的為例)，再經(jīng)熱處理后浸入環(huán)氧樹脂、烘干固化后沿帶材橫向切斷而成，將定子繞組2纏繞在絕緣套管上，再裝配到定子鐵芯I的兩個直腿部上組成一個定子，或者將定子繞組2通過絕緣層纏繞在在彎曲部上組成一個定子，定子通過壓入、熱裝、間隙嵌合、粘接之中的任意一種方式固定在機殼內(nèi)；
[0054]制備轉(zhuǎn)子鐵芯3的步驟包括:
[0055]將非晶或納米晶薄帶通過直接卷繞、模壓成所需尺寸的塊體，再經(jīng)熱處理后浸入環(huán)氧樹脂、烘干固化后得到轉(zhuǎn)子鐵芯3，轉(zhuǎn)子鐵芯3通過壓入、熱裝、間隙嵌合、粘接之中的任意一種方式固定在轉(zhuǎn)子盤4上。
[0056]定子鐵芯I的直腿部的端面與轉(zhuǎn)子鐵芯3之間均存在軸向氣隙，保證軸向氣隙端面的平面度。
[0057]具體制作步驟如下:
[0058]第一步，使用單層或多層非晶、納米晶薄帶卷繞成環(huán)形圓柱鐵芯，再用所需U形鐵芯的尺寸的模具和夾板將環(huán)形鐵芯支撐固定成型，再經(jīng)退火后浸入環(huán)氧樹脂粘接、烘干固化后成為固定形狀的塊體，如圖4所示。
[0059]第二步，選擇成型塊體的短邊或長邊進行縱向切割，可以得到兩種相同或不同尺寸的U形鐵芯以供各種電機型號選用。優(yōu)選的，也可根據(jù)需求，選擇成型塊體的長邊或短邊縱向切兩刀，從而得到兩個U形鐵芯和兩個棒體或塊體，同時供定、轉(zhuǎn)子鐵芯使用。整個加工過程除切口外沒有廢料，最大限度的提高了材料利用率，如圖5和圖6所示。
[0060]轉(zhuǎn)子鐵芯采用非晶、納米晶塊體或棒體，除上述方法外，還可將卷繞好的環(huán)形鐵芯直接壓制成塊體或棒體，用夾板固定成型，再經(jīng)退火后浸入環(huán)氧樹脂粘接、烘干固化后成為固定形狀的塊體?？刹捎们懈罨虿磺懈罘绞郊庸に柁D(zhuǎn)子鐵芯塊體或棒體，如圖7和圖8所不O
[0061 ]本發(fā)明所提供的優(yōu)點總結(jié)如下:
[0062]發(fā)明中所用定子鐵芯I和轉(zhuǎn)子鐵芯3不需要切割齒槽，只需縱向切割小面積的截面或者不切割，最大程度減少了再加工工序，降低了加工難度、周期和成本，又避免了非晶、納米晶帶材加工過程的重結(jié)晶及附加應力的隱患。本發(fā)明定子鐵芯I和轉(zhuǎn)子鐵芯3可以從一塊坯料上切割獲得，提高了材料利用率，適合大規(guī)模、低成本生產(chǎn)；
[0063]本發(fā)明所用U形或棒體鐵芯寬度等于非晶合金薄帶寬度，但高度和長度不受帶材幾何尺寸影響，可實現(xiàn)電機的大型化；
[0064]本發(fā)明組裝方便，可以根據(jù)不同應用場合靈活調(diào)整空間布局及繞線方式，也可以調(diào)整定子鐵芯I或轉(zhuǎn)子鐵芯3數(shù)量擴充電機的相數(shù)、體積、功率以滿足各種場合、各種功率的電機使用，拓寬了應用范圍。調(diào)整M*N的數(shù)值，比如同為24個U型定子單元，可以為3相，每相8通電時8個U型鐵芯線圈上電，也可以為4相，每相6個U型定子線圈上電。也可以在同一電機轉(zhuǎn)軸上再增加一對定、轉(zhuǎn)子極，形成多重電機結(jié)構(gòu)。
[0065]本發(fā)明定子鐵芯I采用非晶、納米晶合金，特別是優(yōu)選的選用磁導率、低損耗特性更為優(yōu)良的納米晶合金，更適合高頻、高速、高效開關磁阻電機的開發(fā)。
[0066]本專業(yè)領域內(nèi)技術人員都應熟知，對定子鐵芯某一相中的N個U型鐵芯定子極，當轉(zhuǎn)子鐵芯棒體與之完全對齊時，此相電感最大，反之最小。電感的變化率正比于電機輸出扭矩，本發(fā)明優(yōu)選的采用非晶態(tài)合金或納米晶合金，尤其是在磁導率和高頻損耗特性方面更為優(yōu)良的納米晶合金，在相等相電流情況下，可以減少線圈匝數(shù)、增大扭矩，減少電機鐵損和銅損，更適合高頻、高速、高效開關磁阻電機的開發(fā)。
[0067]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種軸向氣隙開關磁阻電機，其特征在于，包括:定子、轉(zhuǎn)子鐵芯、電機轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子盤和機殼，其中， 所述電機轉(zhuǎn)軸固定在所述機殼內(nèi)； 所述轉(zhuǎn)子盤裝配在所述電機轉(zhuǎn)軸上； 所述轉(zhuǎn)子鐵芯固定在所述轉(zhuǎn)子盤上； 所述定子固定在所述機殼內(nèi)； 所述定子與所述轉(zhuǎn)子鐵芯相對應設置，所述定子與所述轉(zhuǎn)子鐵芯之間存在軸向氣隙。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向氣隙開關磁阻電機，其特征在于，所述定子由定子鐵芯和纏繞在所述定子鐵芯上的定子繞組構(gòu)成，所述定子鐵芯為U型結(jié)構(gòu)，所述定子鐵芯通過所述定子鐵芯的彎曲部安裝在所述機殼內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸向氣隙開關磁阻電機，其特征在于，所述定子鐵芯的兩個直腿部的端面共面并垂直于所述電機轉(zhuǎn)軸的軸線，且所述定子鐵芯的兩個直腿部的端面中心連線與所述電機轉(zhuǎn)軸的軸線垂直相交，所述定子鐵芯在以電機轉(zhuǎn)軸的軸線為中心的圓周上均勻分布。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸向氣隙開關磁阻電機，其特征在于，所述定子鐵芯的兩個直腿部的端面與所述轉(zhuǎn)子鐵芯之間存在軸向氣隙。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸向氣隙開關磁阻電機，其特征在于，所述定子繞組分別纏繞在所述定子鐵芯的兩個直腿部上或者通過絕緣層纏繞在所述定子鐵芯的彎曲部上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向氣隙開關磁阻電機，其特征在于，所述電機轉(zhuǎn)軸通過軸承裝配在所述機殼內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸向氣隙開關磁阻電機，其特征在于，所述定子鐵芯的個數(shù)為M*N個，所述定子鐵芯為非晶或納米晶軟磁合金鐵芯，所述轉(zhuǎn)子鐵芯為非晶或納米晶合金塊體，所述轉(zhuǎn)子盤和所述機殼的材質(zhì)均為非導磁性材料，其中M為電機相數(shù)，且為大于等于2的自然數(shù)，N為每相極對數(shù)，且為大于等于I的自然數(shù)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軸向氣隙開關磁阻電機，其特征在于，還設置有新增的定子鐵芯、新增的轉(zhuǎn)子鐵芯和新增的轉(zhuǎn)子盤，所述新增的定子鐵芯的彎曲部與原定子鐵芯的彎曲部相鄰或者接觸設置，所述定子繞組通過絕緣層纏繞在所述兩個定子鐵芯的彎曲部上，所述新增的轉(zhuǎn)子鐵芯設置在所述新增的定子鐵芯的兩個直腿部的端面外側(cè)，所述新增的轉(zhuǎn)子鐵芯固定在所述新增的轉(zhuǎn)子盤上，所述新增的定子鐵芯的兩個直腿部的端面與所述新增的轉(zhuǎn)子鐵芯之間存在軸向氣隙。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軸向氣隙開關磁阻電機，其特征在于，還設置有新增的定子鐵芯和新增的轉(zhuǎn)子鐵芯，所述新增的定子鐵芯的直腿部與原定子鐵芯的直腿部相對應設置，所述新增的轉(zhuǎn)子鐵芯和原所述轉(zhuǎn)子鐵芯沿所述轉(zhuǎn)子盤的徑向間隔布置，所述新增的轉(zhuǎn)子鐵芯位于所述新增的定子鐵芯的直腿部與原所述定子鐵芯的直腿部之間，所述定子繞組通過絕緣層分別纏繞在所述兩個定子鐵芯的彎曲部上或者直腿部上，所述兩個定子鐵芯的直腿部的端面與所述轉(zhuǎn)子鐵芯之間均存在軸向氣隙。10.制備權(quán)利要求1至9任一項所述的軸向氣隙開關磁阻電機的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:制備所述定子的步驟和制備所述轉(zhuǎn)子鐵芯的步驟包括； 制備所述定子的步驟包括: 將所述定子鐵芯采用非晶或納米晶薄帶通過卷繞、模壓成型，再經(jīng)熱處理后浸入環(huán)氧樹脂、烘干固化后沿帶材橫向切斷而成， 將所述定子繞組纏繞在絕緣套管上，再裝配到定子鐵芯的兩個直腿部上組成一個定子，或者將所述定子繞組通過絕緣層纏繞在彎曲部上組成一個定子， 所述定子通過壓入、熱裝、間隙嵌合、粘接之中的任意一種方式固定在所述機殼內(nèi)； 制備所述轉(zhuǎn)子鐵芯的步驟包括: 將非晶或納米晶薄帶通過直接卷繞、模壓成所需尺寸的塊體，再經(jīng)熱處理后浸入環(huán)氧樹脂、烘干固化后得到所述轉(zhuǎn)子鐵芯， 轉(zhuǎn)子鐵芯通過壓入、熱裝、間隙嵌合、粘接之中的任意一種方式固定在所述轉(zhuǎn)子盤上。
【文檔編號】H02K1/14GK105827027SQ201610262829
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】盧志超, 李立軍, 李德仁, 李廣敏, 李山紅, 劉天成, 倪曉俊, 李準, 戴白楊, 高昇
【申請人】安泰科技股份有限公司