[实用新型]轴向磁通旋转感应电机及用于轴向磁通旋转电机的定子

说明书

本公开的实施例涉及轴向磁通旋转感应电机及用于轴向磁通旋转电机的定子，所述转子将软磁性复合材料用于转子芯。第一实施例涉及一种用于旋转电机的转子，所述转子平行于转子的轴传输磁通。转子包括转子绕组和多个芯。转子绕组由一块实心导电材料组成，所述实心导电材料包括多个空腔。每个芯放置在相应空腔中并且包含高阻性的各向同性铁磁粉末。

技术领域

本实用新型总体上涉及旋转电机，例如马达和发电机。

背景技术

已知以各种不同的类型和几何形状存在的旋转电机(诸如马达和发电机)。例如，一些旋转电机依赖于磁极件的永磁体。由于性能原因，这些永磁体通常包括稀土元素，例如钕、钐、铈、铽、镨、钆和镝。永磁同步电机通常是理想的，因为它们表现出高的起动转矩，高效率和高功率密度。

然而，高性能永久旋转电机所依赖的稀土金属主要仅由世界上少数地区的矿场生产。用于磁铁的稀土元素会显著增加电机的成本，并且开采它们的过程几乎总是对环境造成破坏。稀土元素在供应链中引入了漏洞。最后，加热时，存在稀土元素可能会失去它们的磁性能的风险。

永磁旋转电机的替代物是感应旋转电机。感应电机不依赖于永磁体。取而代之的是，感应电机使用通过改变电流产生的感应磁场进行操作。感应电机的芯可以简单地是铁或其它可导磁的材料。尽管感应电机避免了对稀土的需求，但是由于广泛可用的感应电机的较低的功率密度和较低的起动转矩，因此该广泛可用的感应电机被认为不适用于许多应用。

通常，旋转电机存在两种几何形状：径向和轴向。径向磁通马达垂直于马达轴传输磁通。利用这些径向磁通马达，转子(该马达中旋转的部件)和定子(该马达中保持固定的部件)两者往往都是圆柱形的，并且彼此同心。例如，定子可以包围转子并且朝向转子向内传输磁通。该磁通向转子施加转矩，使其转动。一个示例是常规的鼠笼式马达。

相反，轴向磁通马达平行于马达轴传输磁通。代替作为同心圆柱体，在轴向磁通马达中，转子和定子可以是彼此平行且垂直于马达轴安装的盘。定子通过转子施加磁通，从而产生转矩。在Pyrhonen等人在标题为“Axial Flux Induction Electric Machine(轴向磁通感应电机)”的美国专利公开第2008/0001488号中公开了这种轴向磁通马达的示例。

通常，轴向磁通马达倾向于比具有相同功率的径向磁通马达更紧凑。换句话说，轴向磁通几何形状倾向于产生更高的功率密度。在包括轴向长度在内的所有其它条件都相等的情况下，增加径向磁通马达的半径可以按照半径差的平方来增加功率输出。相反，在所有其它条件都相等的情况下，增加轴向磁通马达的半径可以按照半径差的立方来增加功率输出。结果是，与使用等效功率的径向电机相比，使用更少的材料可以实现更大的功率输出。

在电动汽车中，由于永磁电机的高功率密度、优异的起动转矩和紧凑的尺寸，常规上使用永磁电机。永磁马达通常被认为比感应马达提供更大的起动转矩，因为永磁体已经被励磁。但是，由于(例如根据法拉第定律)在定子线圈中感应的反电动势(back EMF)(电磁通)，永磁马达在给定励磁电压下的转矩与转子转速成反比。更具体地说，虽然永磁(PM)马达的效率最初随转速(从零开始)提高，但是一旦接近额定速度，由于缺少(来自反电动势的)转矩和增加铁损(磁滞和涡电流损)，效率将急剧下降。因此，在高速下，永磁电机的效率会急剧下降，这可能导致电力浪费和转矩受限。这是转矩随速度变化的 (几乎)线性损失，然而，这是在牵引电机应用(例如电动汽车)中永磁马达的主要设计限制。实际上，由于这个原因，一些电动车辆使用一对马达：用于低行驶速度的永磁马达和用于高行驶速度的感应马达。

常规上，感应电机被认为具有较差的起动转矩。尽管在高转速下感应电机通常比永磁马达更优选，但是常规上，难以设计出在锁定的转子状态下提供大约40％的满载转矩的感应电机。部分原因是感应电机在高转差率下倾向于表现不佳。