[发明专利]复合励磁非晶合金轴向磁通电机

说明书

一种混合磁极磁场可控型轴向磁通电机，包括两个非晶合金定子和一个置于两定子中间的转子；定子部分的定子铁心沿径向分为三部分，分别为永磁区域定子铁心、隔磁区域和电励磁区域定子铁心；永磁区域电枢绕组设置在永磁区域定子铁心上；电励磁区域电枢绕组设置在电励磁区域定子铁心上；转子部分的转子支架上嵌有永磁体和铁磁极，分别与电励磁区域定子铁心和永磁区域定子铁心轴向对应。具有制造简单、损耗小、功率密度高、弱磁扩速范围广的优点。

技术领域

本发明属于轴向磁通电机领域，主要涉及一种复合励磁非晶合金轴向磁通电机。

背景技术

非晶合金带材作为一种新型的软磁材料，具有优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高强度、高硬度与高电阻率等特性，厚度仅有0.025mm。与传统硅钢片相比，非晶合金尤其是在高频段具有非常小的铁心损耗，因此非晶合金带材非常适用于高速高频电机。传统的非晶合金轴向磁通永磁同步电机采用的都是双转子单定子的永磁结构，这种结构的电机转子表面贴有永磁体，定子两边套有电枢绕组，具有功率密度高、转矩密度大和效率高等诸多优点。但是由于永磁材料的固有特性，非晶合金轴向磁通永磁同步电机内气隙磁场基本保持恒定，且传统的永磁结构的轴向磁通电机一般多采用表贴式磁极结构，这种结构的气隙大、电感小、交直轴电感基本相等，使得存在着励磁调节困难、弱磁调速范围比较窄、永磁体容易退磁等诸多问题，已经成为了制约该电机发展的一个瓶颈。使得非晶合金轴向磁通永磁同步电机的应用受到了很大的约束。

为了追求电机的高功率转矩密度、高效率和磁场可以控制的效果，许多研究人员提出了采用混合励磁形式的不同种类拓扑结构来解决传统永磁同步电机磁场难以调节、不利于弱磁扩速等问题，但均仍旧存在不同程度的缺陷：

（1）中国专利CN201310301385 .0提出了一种双定子盘式混合励磁电机包括两个定子、永磁体、三相集中电枢绕组、单相集中励磁绕组和转子。定子与转子同轴安装，转子放于两个定子之间。永磁体、电枢绕组和电励磁绕组都位于定子，转子上既无永磁体又无绕组，结构简单。气隙磁场由电励磁绕组产生的电励磁磁场和永磁体产生的永磁磁场共同构成，通过改变电励磁电流实现气隙磁场的调节。结构上保留了盘式磁通切换永磁电机紧凑、简单、适于高速运行的特点，无需额外增加电机体积就可以实现混合励磁功能，保证了该结构电机具有较强的转矩输出能力和较高的功率密度。但是其永磁体位于定子，拼装式定子铁心增加了工艺和装配的难度，且电励磁磁路经永磁体，增大了励磁绕组的铜耗。

（2）中国专利CN201310203116 .0提出一种磁悬浮轴承盘式混合励磁双凸极风力发电机，针对现有磁悬浮风力发电机系统存在的结构过于复杂、自身能耗大、不适用于中小风机等问题。采取的技术方案包括转子、两个发电机定子、两个永磁环、三个磁悬浮轴承定子、风叶和转子轴；所述磁悬浮轴承定子上绕有磁悬浮轴承控制绕组；风叶装在转子轴的一端，转子装在转子轴的另一端，风叶和转子与转子轴同步转动；两个永磁环分别与两个发电机定子相连同时与磁悬浮轴承定子相连；永磁环嵌于磁悬浮轴承定子和发电机定子之间；磁悬浮轴承定子均匀分布在转子的外周并且转子的外周伸入到磁悬浮轴承定子内；所述磁悬浮轴承定子与转子的两个平面之间留有气隙。

（3）中国专利CN201610317337 .4提出了一种混合励磁轴向磁通调制式复合结构电机，目的是为了解决现有的混合励磁电机输出转矩小的问题。所述转轴依次穿过永磁外定子、一号调磁环、内定子、二号调磁环和电励磁外定子，且永磁外定子、内定子和电励磁外定子均通过轴承与转轴转动连接，调磁环转子与转轴固定连接，永磁外定子与一号调磁环之间、一号调磁环与内定子之间、内定子与二号调磁环之间、以及二号调磁环和电励磁外定子之间均留有间隙；永磁体采用Halbach结构90°充磁方式进行充磁；一号调磁环和二号调磁环均由调磁铁块和环氧树脂非导磁材料沿圆周方向间隔排列组成。但其结构较为复杂，且Halbach结构增加了制作工艺上的难度。