專利名稱：Halbach雙凸極電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的Halbach雙凸極電機(jī)屬電機(jī)類的交/直流電機(jī)。
背景技術(shù)：
1979年，美國著名學(xué)者Klaus Halbach針對永磁體的構(gòu)造提出了一種新穎的設(shè)計-Halbach列，如圖1所示。隨后各國學(xué)者對Halbach列及其應(yīng)用進(jìn)行了大量研究英國Sheffield大學(xué)的華裔學(xué)者Z.Q.Zhu系統(tǒng)的整理了Halbach電機(jī)的各種理論，建立了一套完整的Halbach電機(jī)設(shè)計方法；美國的Ohio state大學(xué)利用有限元對Halbach電機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計；Massachusetts劍橋科技學(xué)院分析了Halbach列與普通永磁體結(jié)構(gòu)的異同點(diǎn)，指出了Halbach列在表面貼裝式永磁電機(jī)中的優(yōu)越性，詳細(xì)闡述了Halbach電機(jī)力矩的產(chǎn)生；瑞典的蘇黎世大學(xué)、韓國的Chungnam大學(xué)、日本的大阪省大學(xué)、南非的CAPE Town大學(xué)等都對Halbach電機(jī)做了深入的研究。綜合上述研究，Halbach電機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)(1)功率密度大。相對于普通永磁體結(jié)構(gòu)，由于Halbach列分解后的切向磁場與徑向磁場的相互重疊使得氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度大幅度提高，可有效的減小電機(jī)的體積，提高電機(jī)的功率密度。(2)定、轉(zhuǎn)子不再需要斜槽。在Halbach電機(jī)中，由于氣隙磁場正弦分布，諧波含量小，定、轉(zhuǎn)子無需斜槽。(3)Halbach列自屏蔽效應(yīng)，對于外磁場的Halbach電機(jī)，轉(zhuǎn)子可采用非鐵芯材料；對內(nèi)磁場的Halbach電機(jī)，殼體不需導(dǎo)磁材料，甚至可不需要外殼，以減輕電機(jī)的體積重量。并使電機(jī)有較低的轉(zhuǎn)動慣量。(4)永磁體利用率高。由于Halbach列分向磁化的結(jié)果，導(dǎo)致其永磁體工作點(diǎn)較高，一般均超過0.9，提高了永磁體的利用率。(5)可使用集中式繞組。在Halbach電機(jī)中由于其磁場正弦分布，諧波磁場較小，可采用集中式繞組提高導(dǎo)電材料利用率。
雙凸極永磁電機(jī)(Doubly salient permanent magnet motor，簡稱DSPM)是隨著功率電子學(xué)和微電子學(xué)的飛速發(fā)展在90年代出現(xiàn)的一種新型的機(jī)電一體化交流調(diào)速電機(jī)。由雙凸極永磁電機(jī)、功率變換器、位置傳感器和控制器四部分組成。主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活。按永磁體安放位置不同，雙凸極永磁電機(jī)可分為定子永磁型和轉(zhuǎn)子永磁型，定子永磁型又有切向結(jié)構(gòu)和徑向結(jié)構(gòu)兩種，如圖2所示。
目前，應(yīng)用較多的是定子永磁型雙凸極永磁電機(jī)，它與內(nèi)磁場Halbach電機(jī)相比較，結(jié)構(gòu)上明顯存在兩點(diǎn)缺陷(1)切向結(jié)構(gòu)永磁體向外漏磁較大；(2)徑向結(jié)構(gòu)必須有定子導(dǎo)磁殼體。限制了電機(jī)的氣隙磁密提高，功率重量比較低。利用內(nèi)磁場Halbach環(huán)形陣列的優(yōu)點(diǎn)來解決定子永磁型雙凸極永磁電機(jī)的兩個缺陷正是本發(fā)明的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種高氣隙磁密和高電機(jī)功率密度的新結(jié)構(gòu)雙凸極電機(jī)。
本發(fā)明的Halbach雙凸極電機(jī)，包括內(nèi)磁場halbach陣列、定子鐵芯、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子位置傳感器和其他附件構(gòu)成。定子鐵芯為凸極齒槽結(jié)構(gòu)，由硅鋼片迭成，鐵芯槽中有集中三相繞組。其外面貼有環(huán)形內(nèi)磁場halbach陣列。轉(zhuǎn)子鐵芯是凸極齒槽結(jié)構(gòu)，由硅鋼片疊壓而成，無繞組；轉(zhuǎn)子可是直齒，也可以是斜齒。
本發(fā)明的Halbach雙凸極電機(jī)不需要?dú)んw作磁場的通路，電機(jī)內(nèi)部的磁場較強(qiáng)，而電機(jī)外部的磁場相對較弱?？梢允?相電機(jī)也可以是多相電機(jī)。三相電機(jī)為6K/4K結(jié)構(gòu)，K為正整數(shù)，可為1～20或更多，如K等于1，為6/4結(jié)構(gòu)，即定子鐵芯6個齒，轉(zhuǎn)子鐵芯4個齒；K等于2，為12/8結(jié)構(gòu)，即定子鐵芯12個齒，轉(zhuǎn)子鐵芯8個齒。
本發(fā)明的Halbach雙凸極電機(jī)與現(xiàn)有雙凸極電機(jī)相比，主要技術(shù)特點(diǎn)是采用內(nèi)磁場halbach陣列作為磁源，電機(jī)具有氣隙磁密大、功率重量比高、氣隙大、電樞反應(yīng)小、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是halbach列的形式示意圖；圖2是雙凸極永磁電機(jī)示意3是本發(fā)明的三相6/4結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
圖4是本發(fā)明三相6K/4K結(jié)構(gòu)電動運(yùn)行時電樞繞組連接方式示意圖；圖5是本發(fā)明三相6K/4K結(jié)構(gòu)發(fā)電運(yùn)行時電樞繞組連接方式示意圖。
上述圖中的符號名稱A-X、B-Y、C-Z--Halbach雙凸極電機(jī)三相繞組。
具體實(shí)施例方式
由于不同相數(shù)的Halbach雙凸極電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，下面僅以圖3所示三相6/4結(jié)構(gòu)Halbach雙凸極電機(jī)為例，闡述本發(fā)明的電機(jī)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的Halbach雙凸極電機(jī)的定子鐵芯組件1、2與轉(zhuǎn)子3均由硅鋼片疊壓而成。三相電機(jī)為6K/4K結(jié)構(gòu)，即定子齒數(shù)6K，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為4K，K＝1，2，3……20。定子鐵心由2K個相同的鐵芯組件組成，每個組件有三個齒，共6K個齒沿圓周均勻分布，齒頂寬為π/6K孤度。轉(zhuǎn)子4K個齒，齒頂寬也為π/6K孤度，也可稍大于π/6K孤度；轉(zhuǎn)子可以是直齒，也可以是斜齒。如三相6/4結(jié)構(gòu)為兩相同定子鐵芯組件對稱放置，每個組件有三個齒，共6個齒沿圓周均勻分布，齒頂寬為π/6孤度。轉(zhuǎn)子4個齒，齒頂寬也為π/6孤度，也可稍大于π/6孤度。
本發(fā)明的Halbach雙凸極電機(jī)定子鐵芯外表面貼有一層內(nèi)磁場Halbach陣列磁鋼4，其極對數(shù)相應(yīng)為K，如三相6/4結(jié)構(gòu)其極對數(shù)為1，三相12/8結(jié)構(gòu)其極對數(shù)為2。其N、S極分別與定子鐵心組件的中心線對齊。
本發(fā)明的Halbach雙凸極電機(jī)定子齒上套裝集中電樞繞組5、6、7。作電動機(jī)用時，定子電樞繞組的連接方式如圖4所示，即相同相位定子齒上的電樞繞組串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成一相，組成A-X，B-Y和C-Z三相繞組，三相繞組再通過功率管按常規(guī)雙凸極電動機(jī)控制策略輸入直流電。
本發(fā)明的Halbach雙凸極電機(jī)作發(fā)電機(jī)用時，不需要轉(zhuǎn)子位置傳感器，定子電樞繞組的連接方式如圖5所示。三相繞組經(jīng)二極管整流輸出直流電。轉(zhuǎn)子合理的斜齒，可輸出接近正旋的三相交流電。
權(quán)利要求
1.一種halbach雙凸極電機(jī)，包括定子鐵芯組件與轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊壓而成的凸極齒槽結(jié)構(gòu)，在定子鐵心槽中繞有定子電樞繞組，轉(zhuǎn)子可以是直齒，也可以是斜齒，其特征在于定子鐵芯外表面貼有一層內(nèi)磁場Halbach陣列磁鋼(4)，極對數(shù)為K(K可為1～20)，定子鐵芯組件數(shù)為2K，N、S極分別與定子鐵心組件的中心線對齊。
全文摘要
一種halbach雙凸極電機(jī)，其定子鐵芯組件(1)、(2)與轉(zhuǎn)子(3)均由硅鋼片疊壓而成，三相電機(jī)為6K/4K結(jié)構(gòu)，即定子齒數(shù)6K，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為4K，K＝1，2，3……。定子鐵心由2K個相同的鐵芯組件組成，每個組件有三個齒，共6K個齒沿圓周均勻分布，齒頂寬為π/6K弧度。轉(zhuǎn)子4K個齒，齒頂寬也為π/6K弧度，也可稍大于π/6K弧度；轉(zhuǎn)子可以是直齒，也可以是斜齒。其特點(diǎn)是在定子鐵心表面貼有一層內(nèi)磁場Halbach陣列磁鋼4。三相繞組通過功率管按常規(guī)雙凸極電動機(jī)控制策略輸入直流電。本發(fā)明的雙凸極電機(jī)是一種氣隙磁密大、功率重量比高、氣隙大、電樞反應(yīng)小、過載能力強(qiáng)的新型雙凸極電機(jī)。
文檔編號H02K1/14GK1645713SQ20051003763
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者嚴(yán)仰光, 朱德明, 孟小利, 趙朝會 申請人:南京航空航天大學(xué)