專利名稱：一種適合于高速運行的永磁電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種結(jié)構(gòu)簡單、堅固，具有較強轉(zhuǎn)矩輸出能力和較高功率密度的電
機，涉及電機制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國作為世界上稀土材料儲藏量最大的國家，大力研究和推廣應用以稀土永磁電 機為代表的各種新型永磁電機，具有重要的理論意義和應用價值。無論作發(fā)電還是電動運 行，具有高效率、大轉(zhuǎn)矩(功率)密度和低損耗等特點的新型永磁電機正呈現(xiàn)出加速發(fā)展的 趨勢。過去十多年來研究熱點一直集中于以表面貼裝式、插入式和內(nèi)嵌式為代表的轉(zhuǎn)子永 磁型電機。然而，將永磁體放置于轉(zhuǎn)子的電機類型在設計和運行過程中都會產(chǎn)成一系列問 題，集中體現(xiàn)為以下五點1.對永磁體粘貼在轉(zhuǎn)子表面或插入轉(zhuǎn)子凸極之間的結(jié)構(gòu)，為了 克服高速運行所產(chǎn)生的離心力影響，通常需要制作輔助的永磁體固定裝置，增加了工藝；并 且永磁體處于定子和轉(zhuǎn)子之間，加大了氣隙長度，既增加了電機體積，又減弱了氣隙磁密， 限制出力；2.對永磁體埋入轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部的內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，會影響轉(zhuǎn)子的機械強度，并且需 要輔助磁橋，同樣會增加制作工藝和成本；3.永磁體置于轉(zhuǎn)子，不利于該類型電機的冷卻， 為了散熱往往需要進行特別的風路或其它冷卻方式設計；4.目前廣泛采用的磁鋼都是居 里溫度較低的釹鐵硼，受溫升影響導致永磁電機存在一定的退磁甚至完全失磁風險；5.若 期望利用定子電樞繞組對轉(zhuǎn)子磁鋼進行充磁或者去磁，對于轉(zhuǎn)子永磁型的結(jié)構(gòu)，定子電樞 繞組磁勢需要經(jīng)過氣隙磁阻，導致充磁成本增加甚至不可行。 因此，研究出能夠克服上述缺點的新型結(jié)構(gòu)永磁電機就成為電機工作者義不容辭 的一個關(guān)鍵任務，而目前國際上已經(jīng)出現(xiàn)的方案有三種定子永磁型結(jié)構(gòu)的電機，即單極性 的雙凸極永磁電機、雙極性的磁通切換永磁電機和雙極性的磁通反向永磁電機。其中，磁通 反向電機的結(jié)構(gòu)原理是在每個凸極定子齒上并排安裝兩塊極性相反的永磁體，其目的是為 了獲得雙極性的永磁磁鏈，但該結(jié)構(gòu)直接導致兩塊磁鋼和定子齒形成短路，漏磁嚴重，降低 了單位磁鋼的利用率。

發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型的目的是提供了一種適合于高速運行的永磁電機，使得該 電機結(jié)構(gòu)簡單、堅固，具有高度近似方波(直槽轉(zhuǎn)子)或者正弦波(斜槽轉(zhuǎn)子)的空載反電 動勢、較強的轉(zhuǎn)矩輸出能力和較大的功率密度，同時具備較強的抗去磁能力，特別適合于作 為交流調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動元件。 技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的適合于高速運行的永磁電機包括 定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子位于定子的內(nèi)部，其特征在于定子和轉(zhuǎn)子都為雙凸極結(jié)構(gòu)，在定子上設置 有集中繞組和永磁體；其中，集中繞組的任何一相的每個集中繞組線圈均位于定子鐵心槽 中，且每相集中繞組線圈為串聯(lián)或并聯(lián)連接；永磁體位于定子齒的頂部。永磁體表面貼裝在 定子齒面向氣隙的外表面，且相鄰磁鋼磁性相反。轉(zhuǎn)子為直槽或斜槽轉(zhuǎn)子。永磁體是鐵氧體或者釹鐵硼類型永磁磁鋼。 轉(zhuǎn)子也可位于定子的外部，變成外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。 有益效果由于本實用新型的電機將電樞集中繞組和永磁體都設于定子上，轉(zhuǎn)子 僅為導磁鐵心，所以本實用新型結(jié)構(gòu)非常簡單而堅固，特別適合于高速運行，而且有利于改 善該電機的冷卻條件； 由于采用了集中繞組方式，可以減小端部長度，盡可能地減小電阻和銅耗，也保證 了電機的結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度較大，效率較高； 由于定子電樞繞組和永磁體都置于定子，電樞繞組磁勢對永磁體充磁或者去磁都 很容易實行； 由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)非常簡單堅固，可以根據(jù)需要方便地采用斜槽或者轉(zhuǎn)自齒表面開虛 擬槽的方式來改善電勢波形和減小齒槽轉(zhuǎn)矩(定位力矩)，使得該類型電機的轉(zhuǎn)矩脈動較 小，特別適合于精密伺服控制領(lǐng)域及其他直趨式應用場合。 在本實用新型的一個優(yōu)選實施例中，由于轉(zhuǎn)子為直槽轉(zhuǎn)子，所以，保證了本實用新 型在采用集中繞組和轉(zhuǎn)子不斜槽的條件下，就可獲得梯形波磁鏈、高度接近方波的反電動 勢等靜態(tài)特性，完全可以替代現(xiàn)在廣泛應用的普通無刷直流電機，從而使本發(fā)明更加適合 于作為交流調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動元件。 綜上，該電機結(jié)構(gòu)上的特點導致其具有氣隙磁密較大、轉(zhuǎn)矩輸出能力較強、功率密 度較高、定位力矩較小、轉(zhuǎn)矩脈動低、電阻較小，效率較高、生產(chǎn)制作工藝簡單、轉(zhuǎn)子魯棒性 強等優(yōu)點。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。

圖1為一臺采用本發(fā)明技術(shù)設計的定子6槽/轉(zhuǎn)子4極的定子表面貼裝式雙凸極 永磁電機組成圖； 其中有定子1，永磁體2，集中繞組3，轉(zhuǎn)子4， A相第一繞組線圈311， A相第二繞 組線圈312 ;B相第一繞組線圈321、 B相第二繞組線圈322 ;C相第一繞組線圈331、 C相第 二繞組線圈332。
具體實施方式本實用新型的一種適合于高速運行的永磁電機包括定子和轉(zhuǎn)子兩個部分，根據(jù)不 同的應用場合可以采取內(nèi)轉(zhuǎn)子或外轉(zhuǎn)子兩種形式，定子和轉(zhuǎn)子都為雙凸極結(jié)構(gòu)，定子槽數(shù) Ns和轉(zhuǎn)子凸極極數(shù)Pr有多種配合，電機相數(shù)m可以為單相、兩相、三相及多相；在定子上設 置有集中繞組和永磁體；其中，任何一相的集中繞組由(Ns/m)個線圈組成，m相線圈依次相 鄰套在定子齒上。每個定子槽中為雙層繞組，即放置有分屬于不同兩相的線圈圈邊；屬于同 相的(Ns/m)個繞組線圈可以根據(jù)需要串聯(lián)/并聯(lián)/串并聯(lián)連接；每個定子齒面向氣隙的外 表面貼有一塊永磁體，永磁體材料可以是鐵氧體或者釹鐵硼，永磁體充磁方向均為徑向充 磁，Ns個定子齒下的Ns塊永磁體磁性交替相反。由于該結(jié)構(gòu)類似于轉(zhuǎn)子表面貼裝式電機， 因此將其定名為"定子表面貼裝式";轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)非常簡單，既無永磁體也無繞組，為簡單 的導磁鐵心沖片壓疊而成?？筛鶕?jù)電勢需要，制為直槽轉(zhuǎn)子(方波電勢)或斜槽轉(zhuǎn)子(正弦波電勢)。 圖1所示，本實用新型的定子6槽/轉(zhuǎn)子4極的定子表面貼裝式雙凸極永磁電機 包括定子鐵心1和轉(zhuǎn)子鐵心4，轉(zhuǎn)子4位于定子1的內(nèi)部或外部，定子1和轉(zhuǎn)子4都為雙凸 極結(jié)構(gòu)，在定子1上設置有三相集中繞組3和6塊永磁體2。 集中繞組3的A相第一繞組線圈311和第二繞組線圈312徑向相對，每個繞組線
圈套于定子1中定子凸極槽中，且上述兩個繞組線圈串聯(lián)(或并聯(lián))連接。 集中繞組3的B相第一繞組線圈321和第三繞組線圈322徑向相對，每個繞組線
圈套于定子1中定子凸極槽中，且上述兩個繞組線圈串聯(lián)(或并聯(lián))連接。 集中繞組3的C相第一繞組線圈331和第三繞組線圈332徑向相對，每個繞組線
圈套于定子1中定子凸極槽中，且上述兩個繞組線圈串聯(lián)(或并聯(lián))連接。 永磁體2是鐵氧體、釹鐵硼等其他類型的永磁磁鋼，定子1和凸極轉(zhuǎn)子4都可以采
用硅鋼片沖片壓疊制成。
權(quán)利要求一種適合于高速運行的永磁電機，包括定子(1)和轉(zhuǎn)子(4)，其特征在于轉(zhuǎn)子(4)位于定子(1)的內(nèi)部，定子(1)和轉(zhuǎn)子(4)都為雙凸極結(jié)構(gòu)，在定子(1)上設置有集中繞組(3)和永磁體(2)；其中，集中繞組(3)的任何一相的每個集中繞組線圈均位于定子(1)鐵心槽中，且每相集中繞組線圈為串聯(lián)或并聯(lián)連接；永磁體(2)位于定子(1)齒的頂部。
2. 如權(quán)利要求l所述的一種適合于高速運行的永磁電機，其特征在于，永磁體(2)表面 貼裝在定子(1)齒面向氣隙的外表面，且相鄰磁鋼磁性相反。
3. 如權(quán)利要求l所述的定子表面貼裝式雙凸極永磁電機，其特征在于，轉(zhuǎn)子(4)為直槽 或斜槽轉(zhuǎn)子。
4. 如權(quán)利要求l所述的一種適合于高速運行的永磁電機，其特征在于，永磁體(2)是鐵 氧體或者釹鐵硼類型永磁磁鋼。
5. 如權(quán)利要求l所述的一種適合于高速運行的永磁電機，其特征在于轉(zhuǎn)子(4)位于定 子(1)的外部，變成外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種適合于高速運行的永磁電機是一種結(jié)構(gòu)簡單、堅固，具有較強轉(zhuǎn)矩輸出能力和較高功率密度的電機，包括定子(1)和轉(zhuǎn)子(4)，其特征在于轉(zhuǎn)子(4)位于定子(1)的內(nèi)部，定子(1)和轉(zhuǎn)子(4)都為雙凸極結(jié)構(gòu)，在定子(1)上設置有集中繞組(3)和永磁體(2)；其中，集中繞組(3)的任何一相的每個集中繞組線圈均位于定子(1)鐵心槽中，且每相集中繞組線圈為串聯(lián)或并聯(lián)連接；永磁體(2)位于定子(1)齒的頂部。該電機具有高度近似方波(直槽轉(zhuǎn)子)或者正弦波(斜槽轉(zhuǎn)子)的空載反電動勢、較強的轉(zhuǎn)矩輸出能力和較大的功率密度，同時具備較強的抗去磁能力，特別適合于作為交流調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動元件。
文檔編號H02K3/12GK201478970SQ20092023131
公開日2010年5月19日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者張淦, 程明, 花為 申請人:東南大學