一种纳米晶定子铁芯五相电机

1.本发明涉及一种纳米晶定子铁芯五相电机，属于永磁电机技术领域。


背景技术：

2.高速电机具有功率密度大、动态响应快、传动效率高等特点，在精密加工、新能源以及航空航天等领域的应用越来越广泛。然而，高速电机铁芯内磁通变化频率提高会导致铁芯损耗急剧增大，寻求高性能、低损耗的铁磁材料成为促进高速电机性能提升和技术变革的重要方向。纳米晶作为一种新材料，它可以用于制造更高速度和更小体积的电机铁芯，纳米晶合金带材具有硅钢、合金、铁氧体的优点。大的饱和磁通密度可有效解决一般铁芯材料因饱和效应造成的电机过热、绕组绝缘老化和电感量下降等一系列问题。高磁导率意味着：1、使用较少绕组的圈数、节省材料、降低电机体积；2、低损耗特性，尤其是电机工作在高频范围，可有效降低铁损引起的温升；3、铁芯磁导率高，降低了激磁功率，使用较少绕组的圈数、减小了铜损、提高了电机的效率；4、工作磁感高，功率密度大，减小铁芯体积；5、电机的过载能力强，纳米晶材料的高磁感能够承受当过载发生时，由于磁感增高产生发热烧坏电机。但由于纳米晶带材薄而硬，难以切割成型，为了满足电机平稳、精准、可靠地的运行，需要设计采用纳米晶铁芯的特殊结构电机，提高电机的高速运行性能。


技术实现要素：

3.发明目的：针对上述现有技术，提出一种纳米晶定子铁芯五相电机，解决常规定子铁芯引起的定子铁芯损耗大和纳米晶材料难以切割无法应用在电机技术领域的问题。
4.技术方案：一种纳米晶定子铁芯五相电机，包括转子和五个定子模块，五个定子铁芯模块沿转子的圆周均匀布设，形成五边形结构；每个所述定子模块包括两个定子齿模块以及一个永磁体，永磁体设置在两个定子齿模块之间；所述定子齿模块采用纳米晶材料；所述定子齿模块上开有定子槽，定子槽内嵌有绕组；所述转子的表面沿圆周均匀分布有倾斜设置的转子齿。
5.进一步的，根据电机相数的不同，所述定子齿模块为不对称或对称结构。
6.进一步的，所述转子齿的横截面为扇形结构。
7.进一步的，定子齿模块由纳米晶合金带层压并用丙烯酸树脂浸渍以形成块芯，然后使用放电加工将块铁芯切割形成。
8.有益效果：纳米晶铁芯不仅拥有较强的饱和磁感应强度，而且具有磁导率大、轻薄、温度稳定性能好等优点，是一种绿色高效节能的核心材料，可降低常规定子铁芯的铁耗，特别对于高速、极高速电机，纳米晶材料作为铁芯可以极大提升电机效率，实现高效节能。同时纳米晶材料薄脆的特性使得定子铁芯难以切割成常规铁芯的形状，而且复杂的加工过程会使纳米晶材料电磁性能会受到严重影响本发明所提出的纳米晶定子铁芯五相电机；将纳米晶合金带层压并用丙烯酸树脂浸渍以形成块芯，然后使用放电加工将层压块铁芯切割成u型定子齿模块，然后通过定子模块组合成五边形的结构，形成纳米晶定子铁芯五
相电机，该结构电机使得纳米晶铁芯模块加工简单易于实现，且不影响纳米晶材料的高性能。
附图说明
9.图1为一种纳米晶定子铁芯五相电机的二维结构示意图；
10.图2为对称定子齿模块的结构示意图；
11.图3为转子的结构示意图；
12.图4为空载反电动势图；
13.图5为定子齿采用纳米晶和b35a250铁芯材料，电机运行在转速为10000r/min状态下铁芯损耗图。
具体实施方式
14.下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
15.如图1所示，一种纳米晶定子铁芯五相电机，包括五个定子铁芯模块1和一个转子2，五个定子铁芯模块沿转子2的圆周均匀布设，形成五边形结构。每个定子铁芯模块1包括两个定子齿模块4以及一个永磁体7，永磁体7设置在两个定子齿模块4之间。定子齿模块4采用纳米晶材料，定子齿模块4上开有定子槽5，定子槽5内嵌有绕组6。转子2的表面沿圆周均匀分布有倾斜设置的转子齿3。
16.根据电机相数的不同，定子齿模块4为不对称或对称结构。如图2所示，定子齿模块4为u型结构，两个齿间的开槽宽度x1和深度x2可由公式(1)和公式(2)表示。
[0017][0018][0019]
上式中，l1为定子齿模块的长度，l2为定子齿模块的宽度。定子齿模块由纳米晶合金带层压并用丙烯酸树脂浸渍以形成块芯，然后使用放电加工将块铁芯切割形成。
[0020]
如图3所示，转子2的表面沿圆周均匀分布若干转子齿3，转子的横截面为扇形结构，其个数x3可由公式(3)表示，并且转子齿3的齿平行线与转子轴线平行线之间的夹角为θ。由于定子的五边形结构，导致定转子之间气隙周向分布大小不一致，通过转子齿斜极解决了五边形定子结构导致气隙不均匀，磁导随周向位置变化较大，空载反电动势正弦度低的问题。需要指出的是转子齿3的个数x3不能等于电机极数的整数倍。
[0021]
x3＝2ps+k
ꢀꢀ
(3)
[0022]
上式中，ps为电机的极对数，k为整数。
[0023]
本实施例中，定子为五边形结构，相邻定子铁芯模块1的中心线互差72
°
；转子共有12个转子齿，每个转子齿沿轴线倾斜角度θ为12
°
。如图4为定子齿采用纳米晶材料空载反电动势，空载反电动势谐波畸变率低于5％。如图5所示电机10000r/min时，定子齿采用纳米晶材料的电机定子铁芯损耗为1.3w，定子齿采用宝钢b35a250材料的电机定子铁芯损耗为3.1w，铁芯损耗过高从而导致运行过热、效率降低，本发明采用纳米晶材料的定子齿铁芯损耗减小了58％。
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本发明的纳米晶定子铁芯五相电机通过对定子形状进行设计，并将纳米晶材料应用在定子齿，不仅解决了电机高速状态下铁芯损耗大的问题，而且提高了电机运行的安全性。因此，该结构电机具有损耗小、过载能力强的特点，可实现高效电机的设计要求。
[0025]
需要说明的是，本发明的电机可以相应拓展为其它多相电机，比如六相、七相定子模块，还可根据相数扩充，得到12个、14个等。
[0026]
以上所述仅是本发明的优越实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种纳米晶定子铁芯五相电机，其特征在于，包括转子(2)和五个定子模块(1)，五个定子铁芯模块(1)沿转子(2)的圆周均匀布设，形成五边形结构；每个所述定子模块(1)包括两个定子齿模块(4)以及一个永磁体(7)，永磁体(7)设置在两个定子齿模块(4)之间；所述定子齿模块(4)采用纳米晶材料；所述定子齿模块(4)上开有定子槽(5)，定子槽(5)内嵌有绕组(6)；所述转子(2)的表面沿圆周均匀分布有倾斜设置的转子齿(3)。2.根据权利要求1所述的纳米晶定子铁芯五相电机，其特征在于，根据电机相数的不同，所述定子齿模块(4)为不对称或对称结构。3.根据权利要求1或2所述的纳米晶定子铁芯五相电机，其特征在于，所述转子齿(3)的横截面为扇形结构。4.根据权利要求1或2所述的纳米晶定子铁芯五相电机，其特征在于，所述定子齿模块(4)由纳米晶合金带层压并用丙烯酸树脂浸渍以形成块芯，然后使用放电加工将块铁芯切割形成。

技术总结
本发明公开了一种纳米晶定子铁芯五相电机，包括定子模块和转子，定子为五边形结构，每一个边由若干定子齿模块和永磁体组成，定子齿模块为U型结构，定子齿模块采用纳米晶材料，开槽嵌有绕组。转子沿圆周均匀分布若干转子齿，转子齿沿径向为扇形结构，并且与转子轴线倾斜一定角度，解决气隙磁场不均匀的问题。定子五边形的结构解决了纳米晶材料难以加工为常规电机定子铁芯的问题，采用纳米晶定子铁芯材料的电机在高速运转可有效降低铁芯损耗，提高了电机的工作效率。电机的工作效率。电机的工作效率。


技术研发人员：张蔚 赵建维 徐晓斌 钱锋 韩向涛 蒲云豪
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2022.06.01
技术公布日：2022/8/16