專利名稱：永磁體內(nèi)嵌于定子上轉(zhuǎn)子為凸極的永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種定子永磁無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)，屬于電機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
與電勵(lì)磁電機(jī)相比，永磁電機(jī)尤其是稀土永磁電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、功率密 度高和效率高的優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用范圍及其廣泛，幾乎遍及國(guó)防、航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日 常生活的各個(gè)領(lǐng)域。 一般永磁電機(jī)把永磁體置于轉(zhuǎn)子表面或者內(nèi)部，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)子不易散 熱，轉(zhuǎn)子上的過高溫升可能會(huì)造成安裝于轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生不可逆退磁。近年來，出現(xiàn)了 一類將永磁體置于定子上的永磁電機(jī)，主要包括雙凸極永磁電機(jī)(Doubly salient permanent magnet machine, DSPM machine)、磁通切換永磁電機(jī)(Flux switching permanent magnet machine, FSPM machine)以及磁通反向電機(jī)(Flux reversal machine, FRM),這類電機(jī)都 采用了定、轉(zhuǎn)子雙凸極的結(jié)構(gòu)，因此，電機(jī)一方面保留了開關(guān)磁阻電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又 克服了開關(guān)磁阻電機(jī)功率密度、效率和功率因數(shù)較低的缺點(diǎn)。這類將永磁體和電樞繞組均置 于定子側(cè)的電機(jī)，是一種與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)不同結(jié)構(gòu)的定子永磁型電機(jī)，這類電機(jī)既有 和開關(guān)磁阻電機(jī)相同的簡(jiǎn)單凸極轉(zhuǎn)子，又可根據(jù)需要設(shè)置冷卻介質(zhì)，用以對(duì)電樞繞組和永磁 體同時(shí)進(jìn)行冷卻散熱，從而提高了電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性和降低成本。
和開關(guān)磁阻電機(jī)相類似，雙凸極結(jié)構(gòu)的定子永磁型電機(jī)運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和 振動(dòng)，特別是為了提高電機(jī)的功率密度，定子永磁型電機(jī)的氣隙處磁感應(yīng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)得比較高， 從而在凸極定子和凸極轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)大得多的定位轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)， 運(yùn)行中產(chǎn)生較大噪聲和振動(dòng)，限制了電機(jī)的推廣使用；其次，為了與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)如 永磁同步電機(jī)、無刷直流電機(jī)相競(jìng)爭(zhēng)，還有必要進(jìn)一步提高電機(jī)的功率密度。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實(shí)用新型提出了永磁體內(nèi)嵌于定子上，轉(zhuǎn)子為凸極的永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)。一 方面電機(jī)采用的簡(jiǎn)單凸極轉(zhuǎn)子具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、適合高速運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，另一方面定子上 內(nèi)置永磁體，電樞繞組嵌放于定子槽內(nèi)，氣隙和定子槽的交界處適當(dāng)留有用于嵌線的槽口， 這個(gè)結(jié)構(gòu)安排使得電機(jī)氣隙面可以用于產(chǎn)生工作轉(zhuǎn)矩的區(qū)域增大，提高電機(jī)的輸出功率，同 時(shí)可以適當(dāng)降低氣隙磁場(chǎng)的磁密，從而減小凸極效應(yīng)，降低電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
技術(shù)方案本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的永磁體內(nèi)嵌于電機(jī)的定子，永磁體外側(cè)有 附加氣隙，永磁體內(nèi)側(cè)有鐵心連接橋，定子沖片通過鐵心連接橋成為一個(gè)整體；定子極和氣 隙交界面具有極靴，使定子槽和氣隙交界處形成很小的槽開口，槽開口尺寸為滿足電樞繞組 嵌線之需，為2-3倍單股導(dǎo)線直徑；轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，若干凸極在轉(zhuǎn)子上均勻分布，電機(jī)轉(zhuǎn) 子無繞組、無永磁、無電刷和滑環(huán)。
電樞繞組為集中式繞組，每個(gè)定子極套有一個(gè)線圈，線圈的兩邊分別位于定子極兩側(cè)的 定子槽內(nèi)，每個(gè)定子槽內(nèi)有兩個(gè)線圈的邊，線圈數(shù)量和定子極數(shù)相等；對(duì)三相電機(jī)，將面
3對(duì)面定子極上的兩個(gè)線圈串聯(lián)起來組成一相電樞繞組；對(duì)單相電機(jī)，所有線圈順向串聯(lián)起來 組成單相電樞繞組。
單相電機(jī)的定子極數(shù)和轉(zhuǎn)子極數(shù)相等，三相電機(jī)為定子6極和轉(zhuǎn)子5極或?yàn)榇苏麛?shù)倍。 在本實(shí)用新型中所述的定子內(nèi)永磁電機(jī)，永磁體具有接近于真空的低磁導(dǎo)率，因而具 有很強(qiáng)的隔磁作用，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的凸極將會(huì)引起定、轉(zhuǎn)子之間氣隙處的磁阻發(fā)生周 期性的變化，從而引起氣隙磁場(chǎng)分布的周期變化。定子內(nèi)永磁電機(jī)巧妙利用了永磁體的隔磁 作用來設(shè)計(jì)電機(jī)內(nèi)部磁路，使氣隙磁場(chǎng)的周期變化在電樞繞組匝鏈的磁鏈變化最大化，從而 產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。
在本實(shí)用新型中所述的定子內(nèi)永磁電機(jī)，定子槽開口尺寸的設(shè)計(jì)只需滿足電樞繞組嵌 線的要求，實(shí)際取2-3倍于單股導(dǎo)線直徑。 一個(gè)小的定子槽開口使得相同永磁磁通在氣隙處 形成較小的磁感應(yīng)強(qiáng)度(定轉(zhuǎn)子極正對(duì)時(shí))，從而改善電機(jī)的定位力矩和由其引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 及振動(dòng)；適當(dāng)提高氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可以增加電樞繞組匝鏈的磁鏈，增大電機(jī)的輸出功率。
在本實(shí)用新型中所述的定子內(nèi)永磁電機(jī)，永磁體位于靜止不動(dòng)的定子內(nèi)部，便于采用 空氣、水、油等不同介質(zhì)進(jìn)行冷卻設(shè)計(jì)，可同時(shí)對(duì)位于定子槽內(nèi)的電樞繞組、定子鐵心和永 磁體冷卻，防止高溫引起永磁體的不可逆退磁；電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)不同的冷卻條件來選取電 機(jī)的熱負(fù)荷參數(shù)，最大程度上拓展電機(jī)的功率輸出。
有益效果
1、 永磁體位于定子內(nèi)部，永磁體內(nèi)側(cè)的鐵心連接橋使電機(jī)定子鐵心保持為一個(gè)整體， 方便電機(jī)制造和提高電機(jī)定子剛性度；永磁體、電樞繞組都位于靜止不動(dòng)的定子，便于采用 空氣、水、油等不同介質(zhì)進(jìn)行冷卻設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)位于定子槽內(nèi)的電樞繞組、定子鐵心和永磁 體冷卻，電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)良好的冷卻條件選取更高的熱負(fù)荷，提高電機(jī)的單位體積功率輸 出。
2、 電樞繞組為集中式繞組，端部端，銅耗低，制作嵌線方便。
3、 定子極與氣隙交界處具有極靴，使安放定子繞組的定子槽在氣隙交界處收縮成為很 小的槽開口， 一方面可以減小電機(jī)的齒頂氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度，降低永磁電機(jī)的定位力矩和轉(zhuǎn) 矩脈動(dòng)，另一方面通過適當(dāng)提高電機(jī)氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度，增加電樞繞組匝鏈的磁鏈，從而增 大電機(jī)的功率。
4、 轉(zhuǎn)子為極其簡(jiǎn)單的凸極結(jié)構(gòu)，無繞組、無電刷、無永磁，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適用于高速、 高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高可靠性的場(chǎng)合。


圖1是本實(shí)用新型三相定子內(nèi)永磁電機(jī)的縱截面圖，其中有定子1，轉(zhuǎn)子2,電樞繞 組3，永磁體4，定子槽5，定子槽開口6，極靴7，鐵心連接橋8，附加氣隙9，氣隙10，定 子極ll。
圖2是本實(shí)用新型單相定子內(nèi)永磁電機(jī)的縱截面圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖1為一臺(tái)三相定子6極/轉(zhuǎn)子5極定子內(nèi)永磁電機(jī)的截面圖。定子1上有6個(gè)均勻分布的定子極ll,定子極11和氣隙10交界處有極靴7,使定子槽5與氣隙10交界處形成很小 的槽開口6;永磁體4內(nèi)嵌于定子1上，永磁體4外側(cè)為附加氣隙9，起著隔磁的作用，永磁 體4內(nèi)側(cè)為鐵心連接橋8,鐵心連接橋8的存在使得定子沖片連接為一個(gè)整體；轉(zhuǎn)子2上有5 個(gè)均勻分布的凸極；用厚度為0. 5nun的硅鋼片按圖1所示的形狀沖成定子沖片和轉(zhuǎn)子沖片， 用足夠的沖片疊壓成定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心；在每個(gè)定子極ll上套一個(gè)線圈，將面對(duì)面定子極 11的2個(gè)線圈串聯(lián)起來構(gòu)成一相繞組，6個(gè)定子極11上的線圈共組成三相電樞繞組。
圖2為單相定子6極/轉(zhuǎn)子6極定子內(nèi)永磁電機(jī)的截面圖。定子1上有6個(gè)均勻分布的 定子極ll，定子極頂有極靴7，定子槽與氣隙交界處為槽開口；永磁體4內(nèi)嵌于定子上，永 磁體4外側(cè)為起隔磁作用的附加氣隙9,永磁體4內(nèi)側(cè)為鐵心連接橋8，鐵心連接橋8使定子 沖片成為一個(gè)整體；轉(zhuǎn)子2上有6個(gè)均勻分布的凸極；在每個(gè)定子極ll上套一個(gè)線圈，將定 子極11上的6個(gè)線圈串聯(lián)起來構(gòu)成單相繞組。
本實(shí)用新型的特征是定子永磁體4內(nèi)嵌于定子1,定子極11與氣隙10交界處具有極靴 7，使安放電樞繞組3的定子槽5在氣隙交界處形成很小的槽開口 ，為滿足繞組嵌線的需要， 該槽開口的尺寸取為導(dǎo)線直徑的2-3倍。電樞繞組3為集中式繞組，每一定子極11上安放一 個(gè)集中繞組。轉(zhuǎn)子2為簡(jiǎn)單的凸極結(jié)構(gòu)，由硅鋼片沖制迭壓而成，無繞組、無永磁、無電刷。 定子內(nèi)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生氣隙磁阻的周期性變化，從而使電樞繞組匝鏈的永磁磁鏈 發(fā)生周期性變化，該周期性變化的永磁磁鏈可在電樞繞組中感應(yīng)出空載反電勢(shì)，空載氣隙磁 場(chǎng)是由定子內(nèi)部的永磁體產(chǎn)生，電樞繞組通入電流之后只是改變了永磁磁鏈在不同定子極之 間的分布，故該電機(jī)屬于永磁電機(jī)范疇。定子內(nèi)永磁電機(jī)的功率密度高、效率高，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，能適用于從低速到高速的寬廣速度范圍，調(diào)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，永磁體和電 樞繞組均位于定子，故電機(jī)的冷卻設(shè)計(jì)較為方便簡(jiǎn)單，可靠性高，能適應(yīng)各種惡劣的氣候和 工作環(huán)境。三相電機(jī)可以用于寬廣變速范圍的大輸出轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如各種類型的電動(dòng)機(jī) 車、艦艇、機(jī)床等，單相電機(jī)適合用于發(fā)電機(jī)場(chǎng)合，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)、航空發(fā)電機(jī)。該電機(jī)技 術(shù)的推廣應(yīng)用，將有力促進(jìn)我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
權(quán)利要求1、一種永磁體內(nèi)嵌于定子上轉(zhuǎn)子為凸極的永磁電機(jī)，其特征在于永磁體(4)內(nèi)嵌于電機(jī)的定子(1)，永磁體(4)外側(cè)有附加氣隙(9)，永磁體(4)內(nèi)側(cè)有鐵心連接橋(8)，定子沖片通過鐵心連接橋(8)成為一個(gè)整體；定子極(11)和氣隙(10)交界面具有極靴(7)，使定子槽(5)和氣隙(10)交界處形成很小的槽開口(6)，轉(zhuǎn)子(2)為凸極結(jié)構(gòu)，若干凸極在轉(zhuǎn)子上均勻分布，電機(jī)轉(zhuǎn)子無繞組、無永磁、無電刷和滑環(huán)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁體內(nèi)嵌于定子上轉(zhuǎn)子為凸極的永磁電機(jī)，其特征在于電樞繞組(3)為集中式繞組，每個(gè)定子極(11)套有一個(gè)線圈，線圈的兩邊分別位于定子極兩側(cè)的定子槽內(nèi)，每個(gè)定子槽內(nèi)有兩個(gè)線圈的邊，線圈數(shù)量和定子極數(shù)相等；對(duì)三相電機(jī)，將面對(duì)面定子極上的兩個(gè)線圈串聯(lián)起來組成一相電樞繞組；對(duì)單相電機(jī)，所有線圈順向串聯(lián)起來組成單相電樞繞組。
3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的永磁體內(nèi)嵌于定子上轉(zhuǎn)子為凸極的永磁電機(jī)，其特征在于單相電機(jī)的定子極數(shù)和轉(zhuǎn)子極數(shù)相等，三相電機(jī)為定子6極和轉(zhuǎn)子5極或?yàn)榇苏麛?shù)倍。
專利摘要一種永磁體內(nèi)嵌于定子上轉(zhuǎn)子為凸極的永磁電機(jī)是關(guān)于一種定子永磁無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)，永磁體(4)內(nèi)嵌于電機(jī)的定子(1)，電樞繞組(3)為集中式繞組，每個(gè)定子極(11)套有一個(gè)線圈，線圈的兩邊分別位于定子極兩側(cè)的定子槽內(nèi)，每個(gè)定子槽內(nèi)有兩個(gè)線圈的邊，線圈數(shù)量和定子極數(shù)相等；對(duì)三相電機(jī)，將面對(duì)面定子極上的兩個(gè)線圈串聯(lián)起來組成一相電樞繞組；對(duì)單相電機(jī)，所有線圈順向串聯(lián)起來組成單相電樞繞組。一方面電機(jī)采用的簡(jiǎn)單凸極轉(zhuǎn)子具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、適合高速運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，另一方面使得電機(jī)氣隙面可以用于產(chǎn)生工作轉(zhuǎn)矩的區(qū)域增大，提高電機(jī)的輸出功率，同時(shí)可以適當(dāng)降低氣隙磁場(chǎng)的磁密，從而減小凸極效應(yīng)，降低電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
文檔編號(hào)H02K1/24GK201365146SQ200920036999
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者張建忠, 明 程 申請(qǐng)人:東南大學(xué)