專利名稱：平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的軸向磁場(chǎng)定子永磁電機(jī)，是對(duì)傳統(tǒng)形式軸向磁場(chǎng)定子永磁電機(jī)的改進(jìn)，屬于軸向磁場(chǎng)永磁電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，消除不必要的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)(例如齒輪箱、傳速帶等)，對(duì)大轉(zhuǎn)矩、寬調(diào)速直驅(qū)電機(jī)的需求不斷增加。永磁無刷電機(jī)因其自身的高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度和高效率特性而非常適用于這種場(chǎng)合。軸向磁場(chǎng)定子永磁電機(jī)為雙凸極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其永磁體和電樞繞組均位于定子上， 這很好地解決了轉(zhuǎn)子永磁型永磁電機(jī)的永磁體固定以及溫度過高而導(dǎo)致的永磁體不可逆退磁等問題。磁通切換定子永磁電機(jī)的磁鏈和反電勢(shì)波形均為雙極性，是一種雙極性電機(jī)， 其反電勢(shì)常數(shù)大，運(yùn)行效率高。同時(shí)，磁通切換定子永磁電機(jī)還具有繞組互補(bǔ)性的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，保證電機(jī)即使采用集中繞組和直槽轉(zhuǎn)子，其空載反電動(dòng)勢(shì)的總諧波畸變率也很小，這就使得磁通切換定子永磁電機(jī)更適合無刷交流運(yùn)行。軸向磁場(chǎng)定子永磁電機(jī)，除了具有一般磁通切換定子永磁型電機(jī)和軸向磁場(chǎng)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)外，其較小的體積使得電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度更高，薄型結(jié)構(gòu)大大縮短了電機(jī)主磁路，弱磁擴(kuò)速能力更強(qiáng)，調(diào)速范圍更寬。低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)軸向磁場(chǎng)定子永磁電機(jī)是對(duì)傳統(tǒng)軸向磁場(chǎng)定子永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。 該電機(jī)通過采用增加轉(zhuǎn)子極數(shù)的方法來提升電機(jī)的轉(zhuǎn)矩能力，并減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。改進(jìn)后的低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)電機(jī)十分適用于低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的直驅(qū)系統(tǒng)中(例如風(fēng)力發(fā)電等應(yīng)用場(chǎng)合)。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型的目的是改進(jìn)磁通切換定子永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性，提出一種平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)。該電機(jī)是對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，在不增加電機(jī)體積、不額外改變電機(jī)結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性更加平穩(wěn)，同時(shí)提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度，并減少電機(jī)制造中永磁體的用量。技術(shù)方案本實(shí)用新型的平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和位于轉(zhuǎn)子兩側(cè)的第一定子、第二定子；每個(gè)定子由6塊雙齒U形鐵芯、6塊扇形永磁體和6個(gè)三相集中電樞繞組構(gòu)成，每個(gè)雙齒U形定子鐵芯的兩邊各有兩個(gè)齒，即每個(gè)雙齒U形鐵芯單元共有4個(gè)齒；每?jī)蓚€(gè)雙齒 U形鐵芯之間插入一塊扇形永磁體，電樞線圈繞在兩個(gè)雙齒U形鐵芯的齒上；定子由雙齒U 形定子鐵芯和扇形永磁體交替放置拼裝而成，兩個(gè)定子上相對(duì)應(yīng)的扇形永磁體的充磁方向相反；同一定子上相鄰永磁體的磁化方向相反，且沿著圓周切向充磁；徑向相對(duì)的兩個(gè)電樞線圈屬于同一相，將其順次串聯(lián)連接，第一集中式電樞線圈、 第二集中式電樞線圈位置相對(duì)，將兩個(gè)電樞線圈順次串聯(lián)后構(gòu)成A相電樞繞組；第三集中式電樞線圈、第四集中式電樞線圈位置相對(duì)，兩個(gè)線圈順次串聯(lián)后構(gòu)成B相電樞繞組；第五集中式電樞線圈、第六集中式電樞線圈位置相對(duì)，兩個(gè)線圈順次串聯(lián)后構(gòu)成C相電樞繞組，這樣在第一定子上便形成A相、B相、C相這三相電樞繞組；同理，第二定子上位置相對(duì)的第七集中式電樞線圈和第八集中式電樞線圈串聯(lián)連接構(gòu)成A相電樞繞組，位置相對(duì)的第九集中式電樞線圈和第十集中式電樞線圈串聯(lián)連接構(gòu)成B相電樞繞組，位置相對(duì)的第十一集中式電樞線圈和第十二集中式電樞線圈串聯(lián)連接構(gòu)成C相電樞繞組；將兩個(gè)定子上的A相、B 相、C相電樞繞組串聯(lián)或并聯(lián)連接構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的A相、B相、C相電樞繞組。轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，共有19個(gè)齒，稱為19個(gè)轉(zhuǎn)子極，各個(gè)轉(zhuǎn)子極均為扇形齒形狀，轉(zhuǎn)子極等距分布在轉(zhuǎn)子的非導(dǎo)磁圓環(huán)的外圓周上，轉(zhuǎn)子極的軸向長(zhǎng)度與非導(dǎo)磁圓環(huán)的軸向長(zhǎng)度相等，且轉(zhuǎn)子上既無永磁體也無繞組。雙齒U形鐵芯的齒和槽都是扇形的，與轉(zhuǎn)子極的扇形相一致。該電機(jī)的的定子由6個(gè)雙齒U形定子鐵芯和6個(gè)扇形永磁體組成，轉(zhuǎn)子由19個(gè)轉(zhuǎn)子極和非導(dǎo)磁圓環(huán)組成，轉(zhuǎn)子極嵌在非導(dǎo)磁圓環(huán)上構(gòu)成基本電機(jī)；將基本電機(jī)的定子單元、 轉(zhuǎn)子極進(jìn)行整數(shù)倍擴(kuò)充，可以得到定子2X 12槽/轉(zhuǎn)子19極、定子2XM槽/轉(zhuǎn)子38極、 定子2 X 36槽/轉(zhuǎn)子57極……結(jié)構(gòu)電機(jī)。有益效果1、本實(shí)用新型所提出的平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)，既保留了傳統(tǒng)型磁通切換定子永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又極大地提高了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度，減小了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)， 同時(shí)也減少了電機(jī)制造過程中永磁體的用量。2、定子采用雙齒U形鐵芯單元，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，加工制造方便，軸向磁場(chǎng)電機(jī)的薄型結(jié)構(gòu)大大縮短了電機(jī)的主磁路，增強(qiáng)了電機(jī)的弱磁擴(kuò)速能力，很適合應(yīng)用于低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的直驅(qū)系統(tǒng)中。

圖1為平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為雙齒U形定子鐵芯單元與一個(gè)單元的扇形永磁體，是定子結(jié)構(gòu)的基本組成單元，每個(gè)定子都由這樣的6個(gè)最基本單元構(gòu)成。以上的圖中有第一定子1、轉(zhuǎn)子2、電樞繞組3、永磁體4、雙齒U形鐵芯5、非導(dǎo)磁圓環(huán)6、轉(zhuǎn)子極7、第二定子8。電樞繞組3中包括A相集中式電樞繞組的四個(gè)線圈311、312、 313、314，B相集中式電樞繞組的四個(gè)線圈321、322、323、324，C相集中式電樞繞組的四個(gè)線圈 331、332、333、334。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所提出的平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)，包括兩個(gè)定子、一個(gè)轉(zhuǎn)子、集中式電樞繞組和扇形永磁體，轉(zhuǎn)子夾放在兩個(gè)定子之間，定子與轉(zhuǎn)子同軸安裝， 兩個(gè)定子與轉(zhuǎn)子之間留有相等長(zhǎng)度的空氣隙。兩個(gè)定子的結(jié)構(gòu)完全一樣，位置關(guān)于轉(zhuǎn)子對(duì)稱；每個(gè)定子由6塊雙齒U形鐵芯、6塊扇形永磁體和6個(gè)集中電樞線圈構(gòu)成，集中式電樞線圈繞在相鄰的兩塊雙齒U形鐵芯的齒上，扇形永磁體嵌放在雙齒U形鐵芯中間；定子上的永磁體沿著切向交替充磁，且兩個(gè)定子上相對(duì)應(yīng)的永磁體的磁化方向相反；每個(gè)定子上 6個(gè)集中式電樞線圈被分成A、B、C三相，同相的兩個(gè)電樞線圈順次串聯(lián)連接構(gòu)成一相，然后再將兩個(gè)定子上同一相的電樞繞組串聯(lián)構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的三相(A相、B相、C相)電樞繞組；電機(jī)的轉(zhuǎn)子為直槽結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上既沒有永磁體也沒有繞組，共有19個(gè)齒，稱為19個(gè)轉(zhuǎn)子極， 均勻設(shè)置在轉(zhuǎn)子非導(dǎo)磁圓環(huán)的外圓周上。雙齒U形定子鐵芯的齒和轉(zhuǎn)子極都是扇形結(jié)構(gòu)。平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)本身結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)使其具有很強(qiáng)的聚磁效應(yīng)，這種電機(jī)的氣隙磁密大、功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高，低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用使得電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性更加優(yōu)良。三相電樞繞組采用集中繞組形式，電樞的端部短，繞組電阻小，電機(jī)工作效率高。如圖1所示，平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)是由第一定子1、第二定子8 和轉(zhuǎn)子2組成的雙氣隙結(jié)構(gòu)電機(jī)，第一定子1、第二定子8與轉(zhuǎn)子2均為凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子2夾放在兩個(gè)第一定子1、第二定子8中間，第一定子1、第二定子8和轉(zhuǎn)子2同軸安裝，轉(zhuǎn)子2 與第一定子1、第二定子8之間留有相等厚度的空氣隙。第一定子1、第二定子8的結(jié)構(gòu)完全一樣，而且關(guān)于轉(zhuǎn)子2對(duì)稱；每一個(gè)定子都是由6個(gè)雙齒U形定子鐵芯、6塊扇形永磁體、 6個(gè)集中式電樞線圈構(gòu)成，雙齒U形定子鐵芯和扇形永磁體交替放置構(gòu)成圓盤，兩個(gè)定子上相對(duì)應(yīng)的永磁體的磁化方向相反。將定子1上的兩個(gè)線圈311、312順次串聯(lián)，構(gòu)成第一定子1上的A相電樞繞組，線圈313、314位于第二定子8上，將兩線圈順次串聯(lián)構(gòu)成第二定子8上的A相電樞繞組，將兩個(gè)定子上的A相電樞繞組串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的A相電樞繞組。同理，電機(jī)的B相和C相電樞繞組的構(gòu)成方法與A相相同。上述A、B、C三相的12個(gè)集中式電樞線圈均繞在相鄰的兩個(gè)雙齒U形定子鐵芯兩端的齒上(如圖1所示)，中間嵌入永磁體，永磁體沿著圓周方向交替充磁。轉(zhuǎn)子2為凸極結(jié)構(gòu)，共有19個(gè)扇形齒，轉(zhuǎn)子的19個(gè)齒極均勻設(shè)置在轉(zhuǎn)子2的非導(dǎo)磁圓環(huán)圓周上。轉(zhuǎn)子上既沒有永磁體也沒有繞組，轉(zhuǎn)子極和雙齒U形定子鐵芯都由高導(dǎo)磁率的硅鋼片沖制而成。第一定子1、第二定子8由雙齒U形結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁鐵芯拼裝而成。扇形永磁體是鐵氧體或者釹鐵硼永磁磁鋼。本實(shí)用新型的平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，其運(yùn)行原理與傳統(tǒng)型磁通切換定子永磁電機(jī)一致，本實(shí)用新型提出的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，有效地提高了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩密度、減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，同時(shí)也減少了電機(jī)制造中永磁體的用量。該類型電機(jī)可以應(yīng)用于需要大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速的直驅(qū)系統(tǒng)中。
權(quán)利要求1.一種平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)，其特征在于該電機(jī)包括轉(zhuǎn)子(2)和位于轉(zhuǎn)子(2)兩側(cè)的第一定子(1)、第二定子(8)；每個(gè)定子由6塊雙齒U形鐵芯(5)、6塊扇形永磁體和6個(gè)三相集中電樞繞組(3)構(gòu)成， 每個(gè)雙齒U形定子鐵芯的兩邊各有兩個(gè)齒，即每個(gè)雙齒U形鐵芯單元共有4個(gè)齒；每?jī)蓚€(gè)雙齒U形鐵芯之間插入一塊扇形永磁體(4)，電樞線圈繞在兩個(gè)雙齒U形鐵芯的齒上；定子由雙齒U形定子鐵芯(5)和扇形永磁體(4)交替放置拼裝而成，兩個(gè)定子上相對(duì)應(yīng)的扇形永磁體(4)的充磁方向相反；同一定子上相鄰永磁體的磁化方向相反，且沿著圓周切向充磁；徑向相對(duì)的兩個(gè)電樞線圈屬于同一相，將其順次串聯(lián)連接，第一集中式電樞線圈 (311)、第二集中式電樞線圈(312)位置相對(duì)，將兩個(gè)電樞線圈順次串聯(lián)后構(gòu)成A相電樞繞組；第三集中式電樞線圈(321)、第四集中式電樞線圈(322)位置相對(duì)，兩個(gè)線圈順次串聯(lián)后構(gòu)成B相電樞繞組；第五集中式電樞線圈(331)、第六集中式電樞線圈(332)位置相對(duì)，兩個(gè)線圈順次串聯(lián)后構(gòu)成C相電樞繞組，這樣在第一定子(1)上便形成A相、B相、C相這三相電樞繞組；同理，第二定子(8)上位置相對(duì)的第七集中式電樞線圈(313)和第八集中式電樞線圈(314)串聯(lián)連接構(gòu)成A相電樞繞組，位置相對(duì)的第九集中式電樞線圈(323)和第十集中式電樞線圈(3 )串聯(lián)連接構(gòu)成B相電樞繞組，位置相對(duì)的第十一集中式電樞線圈(333) 和第十二集中式電樞線圈(334)串聯(lián)連接構(gòu)成C相電樞繞組；將兩個(gè)定子上的A相、B相、C 相電樞繞組串聯(lián)或并聯(lián)連接構(gòu)成整個(gè)電機(jī)的A相、B相、C相電樞繞組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子 (2)為凸極結(jié)構(gòu)，共有19個(gè)齒，稱為19個(gè)轉(zhuǎn)子極(7)，各個(gè)轉(zhuǎn)子極均為扇形齒形狀，轉(zhuǎn)子極等距分布在轉(zhuǎn)子(2)的非導(dǎo)磁圓環(huán)(6)的外圓周上，轉(zhuǎn)子極的軸向長(zhǎng)度與非導(dǎo)磁圓環(huán)的軸向長(zhǎng)度相等，且轉(zhuǎn)子上既無永磁體也無繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)，其特征在于雙齒U 形鐵芯(5)的齒和槽都是扇形的，與轉(zhuǎn)子極(7)的扇形相一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)，其特征在于該電機(jī)的的定子由6個(gè)雙齒U形定子鐵芯(5 )和6個(gè)扇形永磁體(4)組成，轉(zhuǎn)子由19個(gè)轉(zhuǎn)子極和非導(dǎo)磁圓環(huán)組成，轉(zhuǎn)子極嵌在非導(dǎo)磁圓環(huán)上構(gòu)成基本電機(jī)；將基本電機(jī)的定子單元、轉(zhuǎn)子極進(jìn)行整數(shù)倍擴(kuò)充，可以得到定子2 X 12槽/轉(zhuǎn)子19極、定子2 X M槽/轉(zhuǎn)子38極、定子2 X 36 槽/轉(zhuǎn)子57極……結(jié)構(gòu)電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種平滑轉(zhuǎn)矩輸出的軸向磁場(chǎng)永磁無刷電機(jī)，屬于軸向磁場(chǎng)永磁電機(jī)領(lǐng)域。該電機(jī)是一種雙凸極電機(jī)，定、轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，是由兩個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子(2)構(gòu)成的雙氣隙永磁電機(jī)，第一定子(1)、第二定子(8)與轉(zhuǎn)子(2)同軸安裝，轉(zhuǎn)子(2)夾放在兩個(gè)定子之間，轉(zhuǎn)子(2)和兩個(gè)定子之間留有一定厚度的空氣隙，轉(zhuǎn)子(2)上既無永磁體也無繞組、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而可靠。每個(gè)定子都是由6個(gè)雙齒U形定子鐵芯(5)、6塊永磁體(4)和6個(gè)線圈(3)組成，定子上的永磁體沿圓周方向交替充磁。在定子齒數(shù)相等的情況下，同樣規(guī)格的電機(jī)中，采用該結(jié)構(gòu)的電機(jī)對(duì)永磁體的需求量減少很多，這樣生產(chǎn)該電機(jī)所耗費(fèi)的材料成本和生產(chǎn)花費(fèi)便得到了極大地降低。
文檔編號(hào)H02K1/14GK202085046SQ201120201919
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者林克曼, 林明耀, 趙旭鳴 申請(qǐng)人:東南大學(xué)