專利名稱：永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電機(jī)，特別是涉及一種永磁電機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，公知的永磁電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)存在較多不足電機(jī)的每個(gè)磁極內(nèi)只包含為數(shù)不多的齒槽和線圈元件，使臺(tái)階形正弦磁密波過分粗糙，含有大量的諧波，導(dǎo)致振動(dòng)和不平滑扭矩、噪音污染和電網(wǎng)污染、溫升耗能高。由于電機(jī)中每個(gè)線圈占據(jù)的槽子偏小，扣除絕緣材料體積和邊角空間后，嵌線槽滿率很低，導(dǎo)致鐵-銅環(huán)繞率很低，另外，每個(gè)線圈所環(huán)繞的鐵心均為齒槽參半的梳狀結(jié)構(gòu)而不是實(shí)心的芯柱，因而線圈的每匝長度都有一段是無效的，再者組成一個(gè)磁極的各個(gè)線圈之間不是同心匝鏈的全耦合關(guān)系，而是逐次錯(cuò)開一個(gè)齒的面積，導(dǎo)致銅-鐵環(huán)繞率很低。這種結(jié)構(gòu)偏離了變壓器結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則，限制了鐵損、銅損的降低和能效的提高；電機(jī)的繞組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，極數(shù)越多，制造難度越大，制造成本高；電機(jī)轉(zhuǎn)子上的電刷滑環(huán)、永磁體、爪極、隔磁套等零部件不僅制造成本高，而且也限制了動(dòng)力平衡、牢固度指標(biāo)的提高；電機(jī)為了克服諧波，定子、轉(zhuǎn)子齒數(shù)需要回避某些不良比值，不同尺寸規(guī)格的電機(jī)需要選擇不同種類的繞組圖樣，因而較難按照幾何相似性原理進(jìn)行真正意義上的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)等等。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是，提供一種永磁電機(jī)，使它能夠解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，使電機(jī)具有較好的氣隙正弦磁密波，較小的諧波，較高的鐵-銅、銅-鐵環(huán)繞率，繞組結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低等。
本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)永磁電機(jī)，包括同軸裝配的定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由帶有轉(zhuǎn)子齒和轉(zhuǎn)子槽的多層硅鋼片疊壓制成，定子有至少兩塊永磁體和至少兩塊多層硅鋼片疊壓體，永磁體和多層硅鋼片疊壓體交替排列，每塊多層硅鋼片疊壓體上有兩個(gè)定子齒，兩定子齒之間有一個(gè)移相槽，移相槽內(nèi)設(shè)置電樞線圈。定子上的移相槽數(shù)與相數(shù)相同。定子上的移相槽數(shù)也可與相數(shù)的倍數(shù)相同。電樞線圈設(shè)置在2塊相鄰多層硅鋼片疊壓體的移相槽內(nèi)，1個(gè)電樞線圈環(huán)繞2個(gè)定子齒和1塊永磁體；或者1個(gè)電樞線圈設(shè)置在1個(gè)移相槽內(nèi)，電樞線圈環(huán)繞移相槽的槽底軛部。轉(zhuǎn)子齒形的齒端邊緣的中段至軸心的距離大于齒端邊緣中段以外部分至軸心的距離，定子齒形齒端邊緣的中段至軸心的距離小于齒端邊緣中段以外部分至軸心的距離。定子和轉(zhuǎn)子齒形的齒端曲線也可是以軸心為圓心的同心圓弧。轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)等于定子上移相槽的個(gè)數(shù)；轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)也可等于定子上移相槽的個(gè)數(shù)加上移相槽個(gè)數(shù)除以電機(jī)相數(shù)的商。
本實(shí)用新型的積極效果在于采用集中參數(shù)的齒槽結(jié)構(gòu)，每一對夾有永磁體的定子齒就是獨(dú)立的一相，與其它相之間不存在共用齒槽，能夠?qū)崿F(xiàn)在本實(shí)用新型所述特定形狀的定子齒和轉(zhuǎn)子齒之間的氣隙內(nèi)形成正弦磁密波，減少了諧波，使噪音降低、溫升減少，改善了振動(dòng)和不平滑扭矩，提高了效率；每一個(gè)電樞線圈就是獨(dú)立的一相，每一個(gè)移相槽相當(dāng)于現(xiàn)有電機(jī)中若干個(gè)小槽的總和，節(jié)省了導(dǎo)線，減少了銅損。槽的空間大，絕緣材料和剩余邊角所占空間的比例就顯著降低，嵌線操作自由度提高，更便于處理排線失序、扭絞滑脫、強(qiáng)直強(qiáng)彎等問題，能夠使用盡可能短、粗的銅線緊排密繞，可使鐵心占空比和銅線占空比均顯著提高，實(shí)現(xiàn)了最高的鐵-銅、銅-鐵環(huán)繞率，使銅損、鐵損降至較低水平；由于本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)子上既無繞組，又無永磁體，更無勵(lì)磁繞組、電刷滑環(huán)、爪極、隔磁套等結(jié)構(gòu)，所以制造成本低，而且轉(zhuǎn)子具有極好的動(dòng)平衡性能和牢固度，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)壽命長。本實(shí)用新型如圖1所示轉(zhuǎn)子是7齒，可以做成6相電機(jī)，或根據(jù)需要并成3相電機(jī)等。本實(shí)用新型制造方便，充磁充分，裝配容易，磁性能利用率高，空間利用率高，并便于設(shè)置阻尼環(huán)，特別適應(yīng)于高性能永磁材料。本實(shí)用新型在發(fā)電機(jī)狀態(tài)下的突出效果是等效極對數(shù)p很容易多于相近尺度的永磁轉(zhuǎn)子或勵(lì)磁轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)，較慢轉(zhuǎn)速下可達(dá)到較高頻率，可以輸出較高電壓和較大的電功率；電樞繞組的感抗能起到穩(wěn)壓作用，在轉(zhuǎn)速變化較大范圍時(shí)對同一負(fù)載保持穩(wěn)壓供電；多相電機(jī)對整流器件的功率等級可降低要求；起動(dòng)扭矩小，平滑輕松等。本實(shí)用新型作為發(fā)電機(jī)狀態(tài)下的上述效果，可使本實(shí)用新型廣泛應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車輛作為車燈發(fā)電機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在這些場所下動(dòng)力機(jī)轉(zhuǎn)速偏低且變化不定，應(yīng)用本實(shí)用新型可解決因現(xiàn)有發(fā)電機(jī)性能不足導(dǎo)致車燈偏暗、電瓶虧電等長期以來較難解決的問題。


圖1是倍相簡并式三相電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是六相相量圖；圖3是簡并后的三相相量圖；圖4是倍極式三相電機(jī)定轉(zhuǎn)子展開示意圖；圖5是二相電機(jī)定轉(zhuǎn)子展開示意圖；圖6是單相電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是內(nèi)定子/外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是軸向氣隙結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是永磁體和阻尼環(huán)立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1是定子，2是轉(zhuǎn)子，3是轉(zhuǎn)子齒，4是轉(zhuǎn)子槽，5是永磁體，6是多層硅鋼片疊壓體，7是阻尼環(huán)，8是定子齒，9是移相槽，10是正弦齒形，11是正弦氣隙，12是電樞線圈，13是相磁極，14是槽底軛部，15是外定子，16是內(nèi)轉(zhuǎn)子，17是內(nèi)定子，18是外轉(zhuǎn)子，19是徑向氣隙，20是軸向氣隙，τ是極距機(jī)械角，α是定子齒、轉(zhuǎn)子齒機(jī)械角，φ是移相槽機(jī)械角；a，b，c，d，e，f，A，B，C，A1，B1，C1，A2，B2，C2是輸出/輸入端子，Ua，Ub，Uc，Ud，Ue，Uf，UA，UB，UC是電壓相量。
具體實(shí)施方式
對照附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的永磁體可采用釹鐵硼、釤鈷合金或鈰鈷銅鐵、鐵氧體等永磁材料，其外圍可套一個(gè)阻尼環(huán)7。本實(shí)用新型所述硅鋼片可采用鐵氧體、玻莫合金、電工鐵等其它軟磁材料替代。本實(shí)用新型的永磁電機(jī)，包括同軸裝配的定子和轉(zhuǎn)子，可以是外定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，也可以是內(nèi)定子和外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；也可以是軸向氣隙結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子由帶有轉(zhuǎn)子齒和轉(zhuǎn)子槽的多層硅鋼片疊壓制成，定子有至少兩塊永磁體和至少兩塊多層硅鋼片疊壓體，多層硅鋼片疊壓體呈U形體，永磁體和多層硅鋼片疊壓體交替排列，每塊多層硅鋼片疊壓體上有兩個(gè)定子齒，兩定子齒之間有一個(gè)移相槽，移相槽內(nèi)設(shè)置電樞線圈。定子上的移相槽數(shù)與相數(shù)相同。定子上的移相槽數(shù)也可以與相數(shù)的倍數(shù)相同。1個(gè)電樞線圈設(shè)置在2塊相鄰多層硅鋼片疊壓體的移相槽內(nèi)，電樞線圈環(huán)繞2個(gè)定子齒和1塊永磁體，這種結(jié)構(gòu)通常稱為環(huán)齒式繞組。也可將1個(gè)電樞線圈設(shè)置在1個(gè)移相槽內(nèi)，電樞線圈環(huán)繞移相槽的槽底軛部，這種結(jié)構(gòu)通常稱為環(huán)軛式繞組。轉(zhuǎn)子齒形的齒端邊緣的中段至軸心的距離大于齒端邊緣中段以外部分至軸心的距離。定子齒形齒端邊緣的中段至軸心的距離小于齒端邊緣中段以外部分至軸心的距離，這兩種齒形通稱為正弦齒形10。定子和轉(zhuǎn)子齒形的齒端曲線也可以是以軸心為圓心的同心圓弧。轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)，等于定子上移相槽的個(gè)數(shù)。轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)也可以等于定子上移相槽的個(gè)數(shù)加上移相槽個(gè)數(shù)除以電機(jī)相數(shù)的商。
下面給出幾種本實(shí)用新型的具體設(shè)計(jì)1、圖1所示為一臺(tái)六相電機(jī)，然后簡并對稱相，成為三相電機(jī)。
取設(shè)計(jì)參數(shù)組1、相數(shù)m＝3；2、倍相系數(shù)km＝2；3、倍極系數(shù)kp＝1(，2，3......)；4、永磁體個(gè)數(shù)Zm＝kmkpm＝6；5、定子齒數(shù)Z1＝2Zm＝12；
6、轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z2＝Zm+kp＝7；7、等效極對數(shù)p＝Z2＝7；8、極距機(jī)械角 9、τe＝2π＝360°；10、齒機(jī)械角 11、齒電角αe＝π＝180°；12、移相槽機(jī)械角 13、移相槽電角 按此數(shù)據(jù)清單制作定轉(zhuǎn)子，六相輸入或輸出電壓Ua、Ub、Uc、Ud、Ue、Uf的相量圖見圖2，簡并輸出/輸入端子成為三相后的輸出/輸入電壓Ua、Ub、Uc的相量圖見圖3。該電機(jī)等效極對數(shù)p＝7，相當(dāng)于現(xiàn)有的14極同步電機(jī)，當(dāng)輸入50Hz的三相電流時(shí)，可以得到同步轉(zhuǎn)速為n1＝428.6rpm；當(dāng)用3000rpm的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以發(fā)出頻率為f1＝350Hz的三相電，如果取倍極系數(shù)kp＝2，3，4等等，可得到本電機(jī)的派生系列產(chǎn)品p＝14，21，28等等，對應(yīng)的n2＝214.3rpm，n3＝142.9rpm，n4＝107.1rpm；f2＝700Hz，f3＝1050Hz；f4＝1400Hz。
2、圖4所示是另一種三相電機(jī)，kp＝2，取設(shè)計(jì)參數(shù)組m＝3；km＝1；kp＝2(，4，6)；Zm＝6；Z1＝12；Z2＝8；p＝8；τ＝45°；τe＝360°；α＝22.5°；αe＝180°； φe＝120°；圖4給出本電機(jī)定轉(zhuǎn)子展開示意圖，三相輸出/輸入端子為A1+A2；B1+B2，C1+C2。p＝8相當(dāng)于16極同步電機(jī)，50Hz時(shí)同步轉(zhuǎn)速為375rpm，3000rpm時(shí)發(fā)電頻率為400Hz。本例kp不可取奇數(shù)，當(dāng)取kp＝4，6，......時(shí)，可得到p＝16，24，......等系列產(chǎn)品。在同一系列中，隨著kp的增大，τ、α、φ成比例減小，但τe、αe、φe是恒定不變的，再與例1比較，不同系列的φe不一樣，但任何系統(tǒng)中的τe、αe都是不變的。在例2中，雖然也是令A(yù)1A2、B1B2、C1C2各自串聯(lián)分3路輸出，但不是相簡并。
3、圖5所示是二相電機(jī)定轉(zhuǎn)子展開示意圖，二相輸出/輸入端子為A1+A2；B1+B2。設(shè)計(jì)參數(shù)組m＝2；km＝2；kp＝1(，2，3......)；Zm＝4；Z1＝8；Z2＝8＝p；τ＝72°；τe＝360°；α＝36°；φ＝18°；φe＝90°；本電機(jī)工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)同步轉(zhuǎn)速為600rpm，3000rpm發(fā)電時(shí)頻率為250Hz。二相電機(jī)的重要意義在于大量無三相電的場合下應(yīng)用，例如家用電器、簡單電動(dòng)工具等，只要將單相電源經(jīng)電容裂相就可驅(qū)動(dòng)。
4、圖6所示是單相電機(jī)。當(dāng)相數(shù)m＝1時(shí)，多相電機(jī)退化為單相電機(jī)。如果設(shè)置移相槽，則有φe＝180°。但由于180°的相差非常容易實(shí)現(xiàn)，僅是繞組端子正接反接而已，故本例不設(shè)移相槽，不過嵌線槽還是要有的。
取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組m＝1，km＝2，kp＝1(，2，3...)，Zm＝2，Z1＝4，Z2＝Zm＝2＝p，τ＝180°，α＝90°；φ＝0°。
本實(shí)用新型各實(shí)施例中的電樞線圈都可以象圖中A1、A2那樣繞在移相槽槽底軛部，形成環(huán)軛式繞組；也可以象B1、B2那樣繞在兩個(gè)定子齒和一塊永磁體組成的相磁極上，形成環(huán)齒式繞組，兩種方法只選一種。
本實(shí)用新型所述的實(shí)施例不僅被限于本實(shí)施例之中。
權(quán)利要求1.永磁電機(jī)，包括同軸裝配的定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由帶有轉(zhuǎn)子齒和轉(zhuǎn)子槽的多層硅鋼片疊壓制成，其特征在于定子有至少兩塊永磁體和至少兩塊多層硅鋼片疊壓體，永磁體和多層硅鋼片疊壓體交替排列，每塊多層硅鋼片疊壓體上有兩個(gè)定子齒，兩定子齒之間有一個(gè)移相槽，移相槽內(nèi)設(shè)置電樞線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電機(jī)，其特征在于定子上的移相槽數(shù)與相數(shù)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電機(jī)，其特征在于定子上的移相槽數(shù)與相數(shù)的倍數(shù)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的永磁電機(jī)，其特征在于電樞線圈設(shè)置在2塊相鄰多層硅鋼片疊壓體的移相槽內(nèi)，1個(gè)電樞線圈環(huán)繞2個(gè)定子齒和1塊永磁體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的永磁電機(jī)，其特征在于1個(gè)電樞線圈設(shè)置在1個(gè)移相槽內(nèi)，電樞線圈環(huán)繞移相槽的槽底軛部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子齒形的齒端邊緣的中段至軸心的距離大于齒端邊緣中段以外部分至軸心的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電機(jī)，其特征在于定子齒形的齒端邊緣的中段至軸心的距離小于齒端邊緣中段以外部分至軸心的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電機(jī)，其特征在于定子和轉(zhuǎn)子齒形的齒端曲線是以軸心為圓心的同心圓弧。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、6、7或8所述的永磁電機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)等于定子上移相槽的個(gè)數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、6、7或8所述的永磁電機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)等于定子上移相槽的個(gè)數(shù)加上移相槽個(gè)數(shù)除以電機(jī)相數(shù)的商。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種永磁電機(jī)，包括同軸裝配的定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由帶有轉(zhuǎn)子齒和轉(zhuǎn)子槽的多層硅鋼片疊壓制成，其特征在于定子有至少兩塊永磁體和至少兩塊多層硅鋼片疊壓體，永磁體和多層硅鋼片疊壓體交替排列，每塊多層硅鋼片疊壓體上有兩個(gè)定子齒，兩定子齒之間有一個(gè)移相槽，移相槽內(nèi)設(shè)置電樞線圈。使它能夠解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，使電機(jī)具有較好的氣隙正弦磁密波，較小的諧波，較高的鐵－銅、銅－鐵環(huán)繞率，繞組結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低等。
文檔編號(hào)H02K21/00GK2759034SQ20042009946
公開日2006年2月15日 申請日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者高桂本, 王緒一, 常騰, 梁尚誠, 張秀文, 裴鳳芹, 梁絢 申請人:高桂本, 王緒一, 常騰, 梁尚誠, 張秀文, 裴鳳芹, 梁絢