專利名稱：具有聚磁作用的永磁同步電機的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種交流同步電機，特別是涉及一種具有聚磁作用的永磁同步電機。
背景技術(shù)：
永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Machine, PMSM)由于沒有厲力磁繞組和勵磁裝置，不消耗勵磁功率，還可以省去滑環(huán)和電刷，所以與電勵磁電機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、功率密度高、損耗少、形狀和尺寸靈活多樣等顯著優(yōu)點，應用范圍極為廣泛。傳統(tǒng)的永磁同步電機按永磁體在轉(zhuǎn)子上的位置不同可以分為表面式和內(nèi)置式兩種結(jié)構(gòu)。定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙是均勻的，定子繞組采用分布式繞組使電機的氣隙磁通更好的接近正弦分布。附圖1所示的是典型的表面徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，永磁體貼在轉(zhuǎn)子表面，直接面向氣隙，漏磁系數(shù)較小。附圖2所示的是典型的內(nèi)置徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，永磁體外表面與定子內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，其直軸電抗和交軸電抗是不等的，類似于凸極電機。 附圖1和2均采用徑向磁路結(jié)構(gòu)，在徑向結(jié)構(gòu)中，一對極的兩塊永磁體是串聯(lián)的，一塊永磁體截面對每極氣隙提供磁通，兩塊永磁體對磁路提供磁勢，因此，電機氣隙磁感應強度近似等于永磁體工作點的磁感應強度。圖3所示的是內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，相鄰兩塊永磁體是并聯(lián)的，由兩塊永磁體截面通過磁極向氣隙提供磁通，只有一塊永磁體向磁路提供磁勢，其氣隙磁感應強度可能大于永磁體工作點的磁感應強度，是一種聚磁結(jié)構(gòu)形式。圖4所示的是本申請人申請的另一中國專利“采用集中繞組的新型永磁同步電機”(申請?zhí)?00910(^4368. 5)，采用集中繞組，轉(zhuǎn)子為偏心圓弧設計，相對于徑向結(jié)構(gòu)而言，氣隙磁密度較高，電機效率有所提高。采用如附圖1所示的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電機，轉(zhuǎn)子的重量較大、轉(zhuǎn)動慣量大，其采用的瓦片形和弧形永磁體的形狀復雜，加工費時，加工成本高；并且，電樞反應直接作用于永磁體上，容易引起不可逆的退磁；轉(zhuǎn)子表面無法安裝啟動繞組，無異步啟動能力，不能用于異步啟動永磁同步電機，且電機的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩較小。采用如附圖2所示的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電機，雖然其直軸電抗和交軸電抗不相等，屬于凸極電機，具有較高的電磁功率，但是為了是氣隙磁通更好的接近正弦分布，定子采用分布式繞組。而使用分布式繞組具有以下缺點(1)分布式繞組端部較長、浪費大量銅；(2)漏抗較大；(3)下線困難，結(jié)構(gòu)復雜。采用圖3和圖4所示的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電機，雖然都具有一定的聚磁作用，但其轉(zhuǎn)軸側(cè)漏磁大，且轉(zhuǎn)軸側(cè)需采用非導磁襯套來隔磁，轉(zhuǎn)軸材料為非導磁材料，具有以下缺點(1)重量大；(2)結(jié)構(gòu)復雜；(3)對轉(zhuǎn)軸材料要求高。因此，我們需要一種結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、對轉(zhuǎn)軸材料要求低、電機性能好的永磁同步電機。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種具有聚磁作用的永磁同步電機，其減少了端部漏磁，取消了非導磁襯套，拓寬了轉(zhuǎn)軸材料的選擇范圍，簡化了電機結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了電機性能，并且下線容易、結(jié)構(gòu)簡單、制造周期短、重量輕。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
一種具有聚磁作用的永磁同步電機，包含定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子間具有氣隙，所述定子包含定子鐵心和定子繞組，所述轉(zhuǎn)子包含轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸，和永磁磁鋼，所述定子繞組為集中式繞組，所述轉(zhuǎn)子為偏心圓弧形的轉(zhuǎn)子，所述永磁磁鋼端部直接相連，磁鋼寬度取極限值，所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間的氣隙為非均勻氣隙。所述定子有九個槽，定子繞組為分數(shù)槽繞組。所述永磁磁鋼為徑向磁鋼。所述偏心圓弧形的轉(zhuǎn)子是指，所述轉(zhuǎn)子外形為由若干個圓弧組成的蓮花瓣式，所述圓弧的圓心0’偏離定子圓心0。本發(fā)明的有益效果是
(1)通過對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的改進，優(yōu)化了氣隙磁密的分布，利用非均勻氣隙使氣隙磁通更好地接近正弦波形；
(2)所采用偏心的圓弧形轉(zhuǎn)子具有重量小、轉(zhuǎn)動慣量小的優(yōu)點，因此電機具有更好的起動性能；
(3)采用集中式繞組具有端部短、用銅量少、漏抗小、效率高、下線方便、制造周期短、結(jié)構(gòu)簡單、繞組端部不重疊、發(fā)生匝間短路故障概率低的優(yōu)點；
(4)永磁磁鋼端部直接相連，有效地減少了端部漏磁，同時，使得轉(zhuǎn)軸側(cè)無需安裝隔磁襯套，并降低了對轉(zhuǎn)軸材料的要求；
(5)通過采用內(nèi)置式切向轉(zhuǎn)子的磁路結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)子表面的渦流損耗大大減少，同時減少了永磁材料的成本；并且，內(nèi)置式切向轉(zhuǎn)子使交軸電感大于直軸電感，提高了電機的同步牽入能力、過載能力和功率密度，使電機在機械結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性方面的設計具有更大的自由度；
(6)進一步采用分數(shù)槽繞組，使等效的每極每相槽數(shù)增加，從而削弱高次諧波的影響； 另一方面，采用分數(shù)槽繞組的重要意義在于它可以有效地削弱齒諧波，從而保證使電機的氣隙磁通更好的接近正弦分布；
(7)轉(zhuǎn)子的直軸電抗和交軸電抗是不等的，所以本發(fā)明的新型永磁同步電機類似于凸極電機，由功角特性可知，本發(fā)明具有更大的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩。


附圖1-4分別是現(xiàn)有永磁同步電機的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖5是本發(fā)明的定子和轉(zhuǎn)子的平面結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖6是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子平面結(jié)構(gòu)示意圖。其中
10.定子11.定子鐵心
12.定子繞組20.轉(zhuǎn)子21.轉(zhuǎn)子鐵心22.轉(zhuǎn)軸
23.永磁磁鋼30.氣隙,
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
給予詳細闡釋。請參考圖5，本發(fā)明一種具有聚磁作用的永磁同步電機，采用內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，包含定子10和轉(zhuǎn)子20，定子10和轉(zhuǎn)子20間具有氣隙30，所述定子10包含定子鐵心 11和定子繞組12，所述轉(zhuǎn)子20包含轉(zhuǎn)子鐵心21、轉(zhuǎn)軸22和永磁磁鋼23。請繼續(xù)參考圖5，所述定子10具有九個槽，相應定子繞組12可以被進一步設置為分數(shù)槽繞組，這樣可以使等效的每極每相槽數(shù)增加，從而削弱高次諧波的影響；另一方面， 采用分數(shù)槽繞組的重要意義還在于它可以有效地削弱齒諧波，從而保證電機的氣隙磁通更好的接近正弦分布。請繼續(xù)參考圖5，所述定子繞組12為集中式繞組，使電機能有效利用銅，具有端部短、用銅量少、漏抗小、效率高、下線方便、制造周期短、結(jié)構(gòu)簡單、繞組端部不重疊、發(fā)生匝間短路故障概率低的優(yōu)點。請繼續(xù)參考圖5，所述定子10和所述轉(zhuǎn)子20之間的氣隙30為非均勻氣隙，削弱了電樞反應，使氣隙磁通更好地接近正弦波形。請參考圖6，所述轉(zhuǎn)子20為偏心轉(zhuǎn)子，外形為由若干個圓弧組成的蓮花瓣式，所述圓弧的圓心0’相對于定子圓心0發(fā)生偏離，兩者有一定偏移。請繼續(xù)參考圖6，所述永磁磁鋼23為徑向磁鋼，端部直接相連，磁鋼寬度取極限值，有效地減少了端部漏磁，提高了氣隙磁密，使得轉(zhuǎn)軸側(cè)無需安裝隔磁襯套。因此，無論轉(zhuǎn)軸是采用導磁材料還是非導磁材料，電機的氣隙磁密度和每極磁通都有所提高，從而降低了對轉(zhuǎn)軸材料的要求。本發(fā)明采用內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)，使氣隙磁密度提高，有效地提高了電機的出力，改善電機的性能。本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子的直軸電抗和交軸電抗不等，可以提高電機的同步牽入能力、過載能力和功率密度。由功角特性公式
權(quán)利要求
1.一種具有聚磁作用的永磁同步電機，包含定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子間具有氣隙，所述定子包含定子鐵心和定子繞組，所述轉(zhuǎn)子包含轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸和永磁磁鋼，其特征在于，所述定子繞組為集中式繞組，所述轉(zhuǎn)子為偏心圓弧形的轉(zhuǎn)子，所述永磁磁鋼端部直接相連，磁鋼寬度取極限值，所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間的氣隙為非均勻氣隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有聚磁作用的永磁同步電機，其特征在于，所述定子有九個槽，定子繞組為分數(shù)槽繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有聚磁作用的永磁同步電機，其特征在于，所述永磁磁鋼為徑向磁鋼。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有聚磁作用的永磁同步電機，包含定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子間具有氣隙，所述定子包含定子鐵心和定子繞組，所述轉(zhuǎn)子包含轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸和永磁磁鋼，所述定子繞組為集中式繞組，所述轉(zhuǎn)子為偏心轉(zhuǎn)子，所述永磁磁鋼端部直接相連，所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間的氣隙為非均勻氣隙。本發(fā)明的積極效果是(1)通過對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的改進，優(yōu)化了氣隙磁密度的分布，利用非均勻氣隙使氣隙磁通更好地接近正弦波形；(2)永磁磁鋼端部直接相連，有效地減少了端部漏磁，同時，使得轉(zhuǎn)軸側(cè)無需安裝隔磁襯套，并降低了對轉(zhuǎn)軸材料的要求，轉(zhuǎn)軸采用導磁材料和非導磁材料均可。
文檔編號H02K21/14GK102255460SQ201110165580
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者張迪, 曹書豪, 李鍵, 趙朝會, 陳壘, 項峰 申請人:上海電機學院