專利名稱：外轉子雙凸極永磁電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種雙凸極永磁電機，特別是涉及一種新型外轉子雙凸極永磁電機。
背景技術：
雙凸極永磁電機(簡稱DSPM)是隨著功率電子學和微電子技術的飛速發(fā)展在90 年代剛剛出現(xiàn)的一種新型機電一體化可控交流調速系統(tǒng)，是由美國著名電機專家T. A.L ipo等人于1992年首先提出的，并進行了初步的理論和實驗研究，結果顯示，DSPM系統(tǒng)的主要優(yōu)點是結構簡單、控制靈活、動態(tài)響應快、調速性能好、轉矩電流比大，可實現(xiàn)各種特殊要求的轉矩和轉速特性，功率因數(shù)接近于1，效率高。近年來，DSPM電機成為繼開關磁阻電機后又一全新的研究方向。圖1為6 / 4極轉子永磁型DSPM電機截面圖，圖2為6 / 4 極定子永磁型DSPM電機截面圖，圖3為8 / 6極定子永磁型DSPM電機截面圖。如圖1所示，6 / 4極轉子永磁型DSPM電機包含定子11、轉子12、轉軸13、電樞繞組14、以及永磁體 15。如圖2與圖3所示的6 / 4極與8 / 6極定子永磁型DSPM電機也包含定子21或31、 轉子22或32、轉軸23或33、電樞繞組M或34、以及永磁體25或35。從以上三幅圖中可以看出DSPM電機的基本結構其定、轉子均為凸極齒槽結構， 定子和轉子鐵芯由硅鋼片疊壓而成，定子上裝有集中繞組，空間相對的兩個定子齒上的繞組串聯(lián)構成一相，轉子無繞組。作為電動機運行時，其工作原理為在不同轉子位置依據(jù)一定控制邏輯，適時地在相關繞組中通入電流，便可產生一定方向的轉矩，從而使轉子連續(xù)不斷地旋轉。轉矩大小既可通過控制電流大小或導通區(qū)間來實現(xiàn)，也可以采用單拍(同一時刻只有一相繞組導通)和雙拍(任一時刻有兩相繞組同時導通)的運行方式來控制，改變電流的極性和導通順序，即可改變轉矩方向。在近年來，DSPM電機又出現(xiàn)了一種新型的結構，為外轉子DSPM電機，圖4為一種外轉子10 / 8極DSPM電機，圖5為東南大學研制的外轉子M / 16極DSPM電機。如圖4 所示，外轉子10 / 8極DSPM電機包含定子41、轉子42、轉軸43、電樞繞組44、以及永磁體 45。圖5所示的外轉子M / 16極DSPM電機包含定子51、轉子52、轉軸53、電樞繞組M、 永磁體55、以及電機支架56，定子51具有定子鐵芯211和定子凸極512，轉子52具有轉子凸極522。從以上兩幅圖上可以看出，外轉子DSPM電機與內轉子DSPM電機結構上相似，轉子與定子都是呈雙凸極結構，不同的是定轉子的相對位置。DSPM電機作為一種新型電機，由于其結合了永磁電機和開關磁阻電機的特點，具有功率密度高、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點。DSPM電機的定轉子鐵芯均為凸極齒槽結構，對于切向充磁永磁體，由于永磁體位于定子軛部并具有獨特的聚磁效應，因而，可以用相對較少的永磁材料獲得較高的氣隙磁密，大多適用于調速和伺服領域。但是該結構仍具有一定的漏磁，效率難以進一步提高。
發(fā)明內容[0007]從以上內容可以了解到，現(xiàn)有技術主要不足之處在于漏磁多，而本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種新型外轉子DSPM電機，具有漏磁少、氣隙磁密高、功率密度高等優(yōu)點。為達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種外轉子雙凸極永磁電機，包含由轉軸固定連接的定子、轉子、電樞繞組、和電機支架，定子具有定子鐵芯，定子鐵芯由定子鐵芯模塊組成，定子鐵芯模塊間夾置有切向充磁永磁體，定子鐵芯與電機支架間還置有徑向充磁輔助永磁體。所述徑向充磁輔助永磁體環(huán)繞電機支架一圈設置。與同一定子鐵芯模塊接觸的切向充磁永磁體與徑向充磁輔助永磁體極性相同。所述切向充磁永磁體塊數(shù)、徑向充磁輔助永磁體塊數(shù)與定子鐵芯模塊數(shù)相同。所述電機是導磁支架，所述切向充磁永磁體以及徑向充磁輔助永磁體均呈N、S極交替排列。
0 二 2 P^tIc外轉子雙凸極永磁電機滿足公式‘ ，其中為定子極數(shù)，為轉子
Py = Ps±2k PsP^
極數(shù)，m為相數(shù)，k為正整數(shù)。本發(fā)明所采用的技術方案的優(yōu)點是(1)本電機由于在支架上添加了徑向充磁輔助永磁體，減少了電機漏磁，提高了電機的功率密度以及氣隙磁密等；(2)本電機由于在支架上添加了徑向充磁輔助永磁體，因此支架可采用的材料范圍較廣，既可以選用導磁材料也可以選用非導磁材料；(3)本電機轉子上無永磁、無繞組、無電刷，結構簡單、免維護、效率和功率密度高、 控制靈活、調速性能好、轉矩/電流比大的優(yōu)點，可實現(xiàn)各種特殊要求的轉矩/轉速特性；(4)本電機轉子上無永磁、無繞組、無電刷，結構簡單、適用范圍廣，且對環(huán)境要求較低，可用于風力發(fā)電、汽車輪轂等應用領域。

圖1為6 / 4極轉子永磁型DSPM電機截面圖，圖2為6 / 4極定子永磁型DSPM 電機截面圖，圖3為8 / 6極定子永磁型DSPM電機截面圖；圖4為一種外轉子10 / 8極 DSPM電機，圖5為東南大學研制的外轉子M / 16極DSPM電機；附圖6是本實用新型提供的新型混合勵磁無刷爪極電機。
以下結合附圖對本發(fā)明的實施和優(yōu)點作進一步解釋。
具體實施方式
參見附圖6。本實用新型提供的新型混合勵磁無刷爪極電機包括定子和轉子兩部分，所述定子包括通過支架97固定在定子上的勵磁繞組93和永磁體910、電樞繞組92和定子鐵心91 ；所述轉子包括前爪極94、后爪極98、磁軛96及轉子軸95 ；所述定子與所述轉子之間具有氣隙。繼續(xù)參考圖6。所述永磁體910具有永磁體N極和永磁體S極，所述氣隙包含第一附加氣隙912、第一主氣隙99、第二附加氣隙913，和第二主氣隙911。所述電樞繞組92為三相電樞繞組。所述支架97為星形支架。所述轉子一端由后蓋轉子軸承座內的轉子軸承支撐，另一端由前蓋轉子軸承座內的轉子軸承支撐。所述勵磁繞組93繞在永磁體10外圈，然后該星型支架97被三個螺釘固定在定子上。所述前爪極94和后爪極98是兩塊短型爪形磁極，前后不焊接，相互分離。所述轉子軸95支撐環(huán)繞的磁軛96，即導磁鐵芯96。所述定子鐵心91均由硅鋼片疊壓而成，定子鐵心91內側為凸極齒槽結構，形成電樞齒槽。在一實施例中，轉子軸的驅動端帶有風扇和皮帶輪，其通過半圓鍵用螺母和彈簧墊圈固定。所述轉子軸向充磁的永磁體直接固定在支架上，其上再固定有產生的磁場與電勵磁磁場形成并聯(lián)結構的勵磁線圈。通過永磁體和勵磁繞組相結合，借助調節(jié)電勵磁，解決永磁發(fā)電機磁場不可調節(jié)的缺點，實現(xiàn)發(fā)電機在轉速及負載變化范圍內滿足輸出恒定電壓。混合勵磁無刷爪極電機的氣隙中的磁場由永磁體、勵磁繞組中的勵磁電流共同產生，電機的各部分被設置成使空載時氣隙中的磁通由兩部分組成，走向大體如下(1)永磁體部分磁通由所述永磁體910 N極、第一附加氣隙912、前爪極94、第一主氣隙99、定子鐵心91、第二主氣隙911、后爪極98、第二附加氣隙13、到永磁體910 S極， 形成一個磁通回路；(2)電勵磁部分磁通由所述星形支架上的勵磁繞組93、第一附加氣隙912、前爪極94、第一主氣隙9、定子鐵心91、第二主氣隙911、后爪極98、第二附加氣隙12、到星形支架97上的勵磁繞組910，形成一個磁通回路。當勵磁繞組93中勵磁電流產生的磁場方向和永磁體910的磁化方向相同時，電機中氣隙磁場增大；反之電機中的氣隙磁場減小。因此通過調節(jié)勵磁電流的大小和方向就可調節(jié)氣隙磁場，方便的控制輸出電壓。傳統(tǒng)的爪極發(fā)電機，爪極式有刷交流發(fā)電機由于電刷和滑環(huán)存在電火花問題。懸臂式無刷交流發(fā)電機、爪極式有刷發(fā)電機和勵磁線圈通過支架固定在定子上的爪極無刷交流發(fā)電機由于只是單一的勵磁線圈調節(jié)磁場，故而電機效率低。本實用新型的技術方案中，永磁體采用軸向充磁。由于永磁體和勵磁線圈通過星型支架固定在定子上，所以實現(xiàn)無刷，避免有刷產生電火花等帶來的一系列問題。由于采用了永磁體和線圈共同勵磁，可以調節(jié)勵磁電流來調節(jié)輸出電壓，兼具了輸出電壓可調節(jié)性和永磁電機的高效率于一身。勵磁線圈環(huán)繞在永磁體上，勵磁磁場的主要部分由永磁體產生，勵磁繞組可作為輔助的調節(jié)裝置，電機正常工作時勵磁繞組中的勵磁電流可為零，勵磁繞組不消耗功率，當負載變化時，適當?shù)募尤雱畲烹娏鱽碚{節(jié)氣隙磁場，因此本實用新型是一種節(jié)能型電機。本實用新型具有效率高、電機低速性能好、集線圈勵磁的電壓調節(jié)性能和高功率密度等優(yōu)點。本實用新型的混合勵磁無刷爪極電機采用永磁體與電勵磁兩種磁勢源相結合，擴大了磁場的調節(jié)范圍。由于永磁體和勵磁線圈通過星型支架固定在定子上，因此能實現(xiàn)無刷，從而能避免有刷產生電火花等帶來的一系列問題，可以廣泛用于電力工業(yè)、交通運輸業(yè)等領域。當然，以上僅是本實用新型的具體應用范例，對本實用新型的保護范圍不構成任何限制。除上述實施例外，本實用新型還可以有其它實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型所要求保護的范圍之內。
權利要求1.一種外轉子雙凸極永磁電機，包含由轉軸固定連接的定子、轉子、電樞繞組、和電機支架，定子具有定子鐵芯，定子鐵芯由定子鐵芯模塊組成，定子鐵芯模塊間夾置有切向充磁永磁體，其特征在于定子鐵芯與電機支架間還設置有徑向充磁輔助永磁體。
2.根據(jù)權利要求1所述的外轉子雙凸極永磁電機，其特征在于，所述徑向充磁輔助永磁體環(huán)繞電機支架一圈設置。
3.根據(jù)權利要求2所述的外轉子雙凸極永磁電機，其特征在于，與同一定子鐵芯模塊接觸的切向充磁永磁體與徑向充磁輔助永磁體極性相同。
4.根據(jù)權利要求3所述的外轉子雙凸極永磁電機，其特征在于，所述切向充磁永磁體塊數(shù)、徑向充磁輔助永磁體塊數(shù)與定子鐵芯模塊數(shù)相同。
5.根據(jù)權利要求1所述的外轉子雙凸極永磁電機，其特征在于，所述電機支架是導磁支架。
6.根據(jù)權利要求1所述的外轉子雙凸極永磁電機，其特征在于，所述切向充磁永磁體以及徑向充磁輔助永磁體均呈N、S極交替排列。
7.根據(jù)權利要求1所述的外轉子雙凸極永磁電機，其特征在于，該外轉子雙凸極永磁 P, 二 2mk電機滿足公式，其中為定子極數(shù)，為轉子極數(shù)，m為相數(shù)，k為正整數(shù)。
專利摘要本實用新型提供一種外轉子雙凸極永磁電機，包含由轉軸固定連接的定子、轉子、電樞繞組、和電機支架，定子具有定子鐵芯，定子鐵芯由定子鐵芯模塊組成，定子鐵芯模塊間夾置有切向充磁永磁體，其特征在于定子鐵芯與電機支架間還設置有徑向充磁輔助永磁體。本實用新型電機轉子上無永磁、無繞組、無電刷，結構簡單、適用范圍廣，且對環(huán)境要求較低，可用于風力發(fā)電、汽車輪轂等應用領域。
文檔編號H02K1/24GK202160020SQ20112012407
公開日2012年3月7日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權日2011年4月25日
發(fā)明者曹書豪, 李華平, 李鍵, 趙朝會, 陳壘, 項峰 申請人:上海電機學院