專(zhuān)利名稱(chēng)：一種適合恒功率寬調(diào)速運(yùn)行的定子永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固，具有恒功率寬調(diào)速運(yùn)行范圍和較高功率密度 的電機(jī)，涉及電機(jī)制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)作為世界上稀土材料儲(chǔ)藏量最大的國(guó)家，大力研究和推廣應(yīng)用以稀土永磁電 機(jī)為代表的各種新型永磁電機(jī)，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。無(wú)論作發(fā)電還是電動(dòng)運(yùn) 行，具有高效率、大轉(zhuǎn)矩(功率)密度和低損耗等特點(diǎn)的新型永磁電機(jī)正呈現(xiàn)出加速發(fā)展的 趨勢(shì)。過(guò)去十多年來(lái)研究熱點(diǎn)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(jī)。然而，將永磁體放置于轉(zhuǎn)子的電機(jī)類(lèi)型在設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)成一系列問(wèn) 題，集中體現(xiàn)為以下五點(diǎn)1.對(duì)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(yùn)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，加大了有效氣隙長(zhǎng)度，既增加了電機(jī)體積，又減弱了氣隙磁 密，限制出力；2.對(duì)永磁體埋入轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部的內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，會(huì)影響轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，并且 需要輔助磁橋，同樣會(huì)增加制作工藝和成本；3.永磁體置于轉(zhuǎn)子，不利于該類(lèi)型電機(jī)的冷 卻，為了散熱往往需要進(jìn)行特殊的風(fēng)路或其它冷卻方式設(shè)計(jì)；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(dǎo)致永磁電機(jī)存在一定的退磁甚至完全失磁風(fēng)險(xiǎn)。對(duì) 于轉(zhuǎn)子永磁型結(jié)構(gòu)，若利用定子電樞繞組對(duì)轉(zhuǎn)子磁鋼進(jìn)行在線(xiàn)充磁，定子電樞繞組磁勢(shì)需 要經(jīng)過(guò)氣隙磁阻，導(dǎo)致充磁成本增加甚至不可行；5.作為調(diào)速用電機(jī)，往往要求能夠?qū)崿F(xiàn) 寬調(diào)速恒功率運(yùn)行，特別是在汽車(chē)等領(lǐng)域中作為驅(qū)動(dòng)元件使用。而目前的轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)， 在超過(guò)額定轉(zhuǎn)速后的恒功率運(yùn)行范圍內(nèi)，通常是采用在電樞電流中增大無(wú)功電流分量以削 弱永磁磁場(chǎng)的弱磁控制算法。然而，在實(shí)際設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，很難滿(mǎn)足理論上的無(wú)限高速恒功率 運(yùn)行條件(即直軸電感Ld較小，無(wú)法保證額定電流L與直軸電感Ld的乘積等于甚至大于 直軸永磁磁鏈Ψ-)，甚至實(shí)現(xiàn)5倍以上的調(diào)速都有較大的困難。另一方面，國(guó)際上出現(xiàn)了一種新型的雙極性磁通反向永磁電機(jī)，其結(jié)構(gòu)原理是在 每個(gè)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，且通過(guò)將永磁體和電樞繞組都置于定子，就可以完全克服上述的轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)的主 要缺點(diǎn)。但該結(jié)構(gòu)直接導(dǎo)致兩塊磁鋼和定子齒形成短路，漏磁嚴(yán)重，降低了單位磁鋼的利用 率。本發(fā)明目的就是在雙極性磁通反向永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，改變磁鋼極性和定子齒形， 提出了一種新型結(jié)構(gòu)的帶輔助凸極的定子表面貼裝式雙凸極永磁電機(jī)，通過(guò)增加的輔助凸 極以增大直軸電感，實(shí)現(xiàn)恒功率寬調(diào)速范圍弱磁運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型的目的是提供了一種適合恒功率寬調(diào)速運(yùn)行的定子永磁電 機(jī)，使得該電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)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(dòng)勢(shì)、較強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩輸出能力和較大的功率密度，同時(shí)具備較強(qiáng)的抗去磁能力，特別適合于作為恒功率調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)元件。技術(shù)方案本實(shí)用新型適合恒功率寬調(diào)速運(yùn)行的定子永磁電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子， 轉(zhuǎn)子位于定子的內(nèi)部或外部，定子和轉(zhuǎn)子都為雙凸極結(jié)構(gòu)，在定子上設(shè)置有集中繞組、永磁 體和輔助凸極；其中，集中繞組的任何一相的每個(gè)集中繞組線(xiàn)圈均位于定子鐵心槽中，且每 相繞組線(xiàn)圈可串聯(lián)或并聯(lián)連接；永磁體位于定子，每個(gè)定子齒面向氣隙的外表面貼裝兩塊 永磁體，且同一個(gè)齒下面的兩塊磁鋼極性相同，相鄰定子齒下面的磁鋼磁性相反。輔助凸極位于定子齒中部，以增加直軸電感。轉(zhuǎn)子為直槽或斜槽轉(zhuǎn)子。永磁體是 鐵氧體、釤鈷或者釹鐵硼等其他類(lèi)型永磁磁鋼。集中繞組的第一 A相繞組線(xiàn)圈和第二 A相繞組線(xiàn)圈徑向相對(duì)，第一 B相繞組線(xiàn)圈 和第三B相繞組線(xiàn)圈徑向相對(duì)，第一 C相繞組線(xiàn)圈和第三C相繞組線(xiàn)圈徑向相對(duì)。有益效果由于本實(shí)用新型的電機(jī)將電樞集中繞組和永磁體都設(shè)于定子上，轉(zhuǎn)子 僅為導(dǎo)磁鐵心，所以本發(fā)明結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單而堅(jiān)固，特別適合于高速運(yùn)行，而且有利于改善該 電機(jī)的冷卻條件；由于在定子齒部突出了一個(gè)輔助凸極，可以明顯增加直軸電感，使得該類(lèi)型電機(jī) 在同樣的額定電流和永磁磁鏈的條件下，提高了弱磁能力，拓寬了恒功率調(diào)速運(yùn)行范圍；同 時(shí)保證了 了電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度較大，效率較高；由于采用了集中繞組方式，可以減小端部長(zhǎng)度，盡可能地減小電阻和銅耗，也保證 了電機(jī)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(shì)對(duì)永磁體充磁或者去磁都 很容易實(shí)行；由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單堅(jiān)固，可以根據(jù)需要方便地采用斜槽或者轉(zhuǎn)子齒表面開(kāi)虛 擬槽的方式來(lái)改善電勢(shì)波形和減小齒槽轉(zhuǎn)矩(定位力矩)，使得該類(lèi)型電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較 小，特別適合于精密伺服控制領(lǐng)域及其他直驅(qū)式應(yīng)用場(chǎng)合。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，由于轉(zhuǎn)子為直槽轉(zhuǎn)子，所以，保證了本發(fā)明在采用 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(dòng)勢(shì)等靜態(tài) 特性，完全可以替代現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的普通無(wú)刷直流電機(jī)，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(dòng)元件。綜上，該電機(jī)結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)導(dǎo)致其具有弱磁能力強(qiáng)、恒功率運(yùn)行范圍寬、氣隙磁密 大、轉(zhuǎn)矩輸出能力強(qiáng)、功率密度高、定位力矩小、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低、電阻小，效率高、生產(chǎn)制作工藝 簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)子魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為一臺(tái)采用本實(shí)用新型技術(shù)設(shè)計(jì)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(jī)組成圖；其中有定子1，永磁體2，集中繞組3，定子輔助凸極4，轉(zhuǎn)子5 ;A相 第一繞組線(xiàn)圈311，A相第二繞組線(xiàn)圈312 ；B相第一繞組線(xiàn)圈321、B相第二繞組線(xiàn)圈322 ； C相第一繞組線(xiàn)圈331、C相第二繞組線(xiàn)圈332。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的適合恒功率寬調(diào)速運(yùn)行的定子永磁電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)部分， 根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)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 子的齒部面向氣隙方向突出一塊，稱(chēng)之為輔助凸極。定子槽數(shù)Ns和轉(zhuǎn)子凸極極數(shù)&有多 種配合，電機(jī)相數(shù)m可以為單相、兩相、三相及多相；在定子上設(shè)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(gè)線(xiàn)圈組成，m相線(xiàn)圈依次相鄰套在定子齒上。每個(gè)定子 槽中為雙層繞組，即放置有分屬于不同兩相的線(xiàn)圈圈邊；屬于同相的(Ns/m)個(gè)繞組線(xiàn)圈可 以根據(jù)需要串聯(lián)/并聯(lián)/串并聯(lián)連接；在每個(gè)定子齒面凸出部分的兩側(cè)貼有兩塊極性相同 的永磁體，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(gè)定子 齒下有2隊(duì)塊永磁體，相鄰定子齒下的永磁體磁性交替相反。由于該結(jié)構(gòu)類(lèi)似于轉(zhuǎn)子表面 貼裝式電機(jī)，且又有一凸出輔助磁極，因此將其定名為“帶輔助凸極的定子表面貼裝式雙凸 極永磁電機(jī)”；轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，既無(wú)永磁體也無(wú)繞組，為簡(jiǎn)單的導(dǎo)磁鐵心沖片壓疊 而成?？筛鶕?jù)電勢(shì)需要，制為直槽轉(zhuǎn)子(方波電勢(shì))或斜槽轉(zhuǎn)子(正弦波電勢(shì))。如圖1所示，本實(shí)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(jī)包括定子鐵心1和轉(zhuǎn)子鐵心5，轉(zhuǎn)子5位于定子1的內(nèi)部或外部，定子1和轉(zhuǎn)子5都為雙 凸極結(jié)構(gòu)，在定子1上設(shè)置有三相集中繞組3、輔助凸極4和6塊永磁體2。集中繞組3的A相第一繞組線(xiàn)圈311和第二繞組線(xiàn)圈312徑向相對(duì)，每個(gè)繞組線(xiàn) 圈套于定子1中定子凸極槽中，且上述兩個(gè)繞組線(xiàn)圈串聯(lián)(或并聯(lián))連接。集中繞組3的B相第一繞組線(xiàn)圈321和第三繞組線(xiàn)圈322徑向相對(duì)，每個(gè)繞組線(xiàn) 圈套于定子1中定子凸極槽中，且上述兩個(gè)繞組線(xiàn)圈串聯(lián)(或并聯(lián))連接。集中繞組3的C相第一繞組線(xiàn)圈331和第三繞組線(xiàn)圈332徑向相對(duì)，每個(gè)繞組線(xiàn) 圈套于定子1中定子凸極槽中，且上述兩個(gè)繞組線(xiàn)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(lèi)型的永磁磁鋼，定子1和凸極轉(zhuǎn)子5都可以采 用硅鋼片沖片壓疊制成。
權(quán)利要求一種適合恒功率寬調(diào)速運(yùn)行的定子永磁電機(jī)，包括定子(1)和轉(zhuǎn)子(5)，轉(zhuǎn)子(5)位于定子(1)的內(nèi)部或外部，其特征在于定子(1)和轉(zhuǎn)子(5)都為雙凸極結(jié)構(gòu)，在定子(1)上設(shè)置有集中繞組(3)、永磁體(2)和輔助凸極(4)；其中，集中繞組(3)的任何一相的每個(gè)集中繞組線(xiàn)圈均位于定子(1)鐵心槽中，且每相繞組線(xiàn)圈可串聯(lián)或并聯(lián)連接；永磁體(2)位于定子(1)的凸極上，每個(gè)定子齒面向氣隙的外表面貼裝兩塊永磁體(2)，且同一個(gè)齒下面的兩塊磁鋼極性相同，相鄰定子齒下面的磁鋼磁性相反。
2.如權(quán)利要求1所述的適合恒功率寬調(diào)速運(yùn)行的定子永磁電機(jī)，其特征在于，輔助凸 極(4)位于定子(1)的凸極上，以增加直軸電感。
3.如權(quán)利要求1所述的適合恒功率寬調(diào)速運(yùn)行的定子永磁電機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)子(5) 為直槽或斜槽轉(zhuǎn)子。
4.如權(quán)利要求1所述的適合恒功率寬調(diào)速運(yùn)行的定子永磁電機(jī)，其特征在于，永磁體 (2)是鐵氧體、釤鈷或者釹鐵硼永磁磁鋼。
5.如權(quán)利要求1所述的適合恒功率寬調(diào)速運(yùn)行的定子永磁電機(jī)，其特征在于，集中繞 組(3)的第一 A相繞組線(xiàn)圈(311)和第二 A相繞組線(xiàn)圈(312)徑向相對(duì)，第一 B相繞組線(xiàn) 圈(321)和第三B相繞組線(xiàn)圈(322)徑向相對(duì)，第一 C相繞組線(xiàn)圈(331)和第三C相繞組 線(xiàn)圈(332)徑向相對(duì)。
專(zhuān)利摘要一種適合恒功率寬調(diào)速運(yùn)行的定子永磁電機(jī)，其中，定子(1)和轉(zhuǎn)子(5)都為雙凸極結(jié)構(gòu)，在定子(1)上設(shè)置有集中繞組(3)、永磁體(2)和輔助凸極(4)；其中，集中繞組(3)的任何一相的每個(gè)集中繞組線(xiàn)圈均位于定子(1)鐵心槽中，且每相繞組線(xiàn)圈可串聯(lián)或并聯(lián)連接；永磁體(2)位于定子(1)的凸極上，每個(gè)定子齒面向氣隙的外表面貼裝兩塊永磁體(2)，且同一個(gè)齒下面的兩塊磁鋼極性相同，相鄰定子齒下面的磁鋼磁性相反。該電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)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(dòng)勢(shì)、較強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩輸出能力和較大的功率密度，同時(shí)具備較強(qiáng)的抗去磁能力，特別適合于作為恒功率調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)元件。
文檔編號(hào)H02K1/17GK201563010SQ20092023572
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者張淦, 程明, 花為 申請(qǐng)人:東南大學(xué)