专利名称：基于软磁铁氧体的磁通可调的高速永磁电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电器设备，尤其是一种基于软磁铁氧体的磁通可调的低铁耗高速永磁电机。
二、发明背景目前，高速电机可应用于高速磨床、离心机、涡轮压缩机、真空泵、高速发电机等场合。但是电机在高速状态下，内部磁场交变频率很高，电机铁耗大、发热严重，所以多采用水冷却的结构方式，增加了电机的体积和制造成本，电机效率也不高。近年来，高速永磁电机研究和应用逐渐深入，转子上采用稀土永磁磁极产生电机的主磁场，转子损耗明显减小，但是对于高速永磁电机定子铁心的损耗并没有降低，相反由于永磁磁场的高次谐波分量会导致定子铁耗增大；另外，永磁电机的磁场不可调，使电机只能工作于恒转矩工作区，无法进行恒功率控制，调速范围有限，因此定子铁耗问题和电机弱磁问题限制了高速永磁电机的推广和应用。
因此，寻求一种低铁耗的定子铁心材料，并且在此基础上发掘一种实现电机气隙磁通可调节的方法，以此完成基于软磁铁氧体的磁通可调的低铁耗高速永磁电机的设计。
发明内容
发明目的通过科学的研究和筛选，对电机定子铁心材料和转子永磁的材料进行合理的匹配，对电机的磁路结构进行巧妙设计，发明一种在高频交变磁场中既能保证较高的磁导率和饱和磁密又能保证低铁耗，并且气隙磁通可调节的高效高速永磁电机。
该发明的基本构思高速永磁电机是由壳体、基座、转子、定子等构成。本发明采用软磁铁氧体磁环作为永磁电机的定子铁心，转子采用永磁磁环，如钕铁硼、铁氧体、钐钴等材料；在定子软磁铁氧体磁环外加铁磁材料制成的旁路铁轭，它与定子磁环沿电机轴向构成闭合磁回路，在定子磁环与旁路铁轭之间绕制直流励磁绕组。当直流励磁绕组通过直流电流时，在定子磁环与旁路铁轭中形成轴向磁场，此时定子磁环中的磁场为轴向直流励磁磁场和转子永磁磁极产生的周向主磁场的叠加，通过控制定子软磁铁氧体磁环中的轴向磁场分量改变其饱和程度，从而改变转子永磁磁场回路的等效磁阻，进而达到改变电机气隙磁通量的目的，实现一种基于软磁铁氧体的磁通可调的低铁耗高速永磁电机。
应用效果软磁铁氧体初始磁导率很高、导电率极低、铁耗极小，采用该方案的高速电机在几十万转的超高速工况下仍会有较高的效率。同时通过控制直流励磁绕组中的电流大小，可以改变定子磁环中轴向磁场分量的大小，从而改变定子磁环的饱和程度和磁导率，依此改变电机有效气隙磁通量的大小，实现电机的恒功率控制。由于软磁铁氧体材料具有极高的电阻率，即使磁环饱和时，其损耗仍然极小；同时旁路磁轭中为恒定轴向磁通，其损耗很小，可以忽略，所以上述结构的电机控制方法并不影响电机的高效性。该电机可工作于速度相对较低的恒转矩区和高转速的恒功率区，提高了电机的控制特性和调速范围。可应用于高速泵、电动工具、高速离心机、高速机床、高速磨床、医疗器械等高速运行场合。
四
图1为本发明的结构示意图。
附图标记1、电机轴 2、转子永磁磁极 3、定子绕组 4、定子软磁铁氧体磁环5、直流励磁绕组 6、旁路铁轭。
五具体实施例方式
实施例高速磨削电主轴电机，转速一般在20000～100000rpm。该高速电机，采用软磁铁氧体作为永磁电机的定子铁心、采用无齿槽定子结构，转子采用钕铁硼永磁体磁环，定子绕组均匀分布于较大的气隙中，在定子软磁铁氧体磁环外加铁磁材料制成的圆筒形旁路铁轭，它与定子磁环沿电机轴向构成闭合磁回路，在定子磁环与旁路铁轭之间绕制直流励磁绕组。当直流励磁绕组通有直流电流时，其产生的磁场经过定子软磁磁环和旁路铁轭沿电机轴向闭合，此时软磁磁环中的磁场为直流励磁轴向磁场和转子永磁产生的磁场的叠加。当增大直流励磁电流时，励磁绕组产生的轴向磁通增加，即定子磁环中的轴向磁场分量增大，使磁环饱和程度增大，磁导率减小，进而使转子永磁体产生的主磁通减小，达到弱磁调速的目的。在速度相对较低时，直流励磁电流为零，电机可以实现电机恒转矩运行，可见该电机的发明提高了电机的控制性能。同时由于软磁铁氧体磁环在高频交变磁场下，其初始磁导率很高、导电率极低、铁耗极小，使电机效率较高，可以采用空冷结构，无需水冷装置，简化了系统，减小了体积，降低了成本。
权利要求
1.一种基于软磁铁氧体的磁通可调的高速永磁电机，由壳体、基座、转子、定子构成，用软磁铁氧体作为永磁电机的定子铁心，转子采用永磁磁环，其特征为，在定子软磁铁氧体磁环外加铁磁材料制成的旁路铁轭，使它与定子磁环沿电机轴向构成闭合磁回路，在定子磁环与旁路铁轭之间绕制直流励磁绕组。
全文摘要
本发明涉及电器设备，尤其是一种基于软磁铁氧体的磁通可调的低铁耗高速永磁电机。由壳体、基座、转子、定子构成，用软磁铁氧体作为永磁电机的定子铁心，转子采用永磁磁环，在定子软磁铁氧体磁环外加铁磁材料制成的旁路铁轭，使它与定子磁环沿电机轴向构成闭合磁回路，在定子磁环与旁路铁轭之间绕制直流励磁绕组。通过控制直流励磁绕组中的电流大小，可改变定子磁环中轴向磁场分量大小，改变其饱和状态和磁导率，进而调节气隙磁场的大小，实现电机的弱磁控制。软磁铁氧体初始磁导率很高、导电率极低、铁耗极小，电机具有较高的效率。应用于高速泵、电动工具、高速离心机、高速机床、磨床、医疗器械等。
文档编号H02K1/00GK101051767SQ20061004342
公开日2007年10月10日 申请日期2006年4月4日 优先权日2006年4月4日
发明者王兴华 申请人:山东大学