專利名稱：一種適合恒功率寬調(diào)速運行的定子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，具有恒功率寬調(diào)速運行范圍和較高功率密度 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(yīng)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(yīng)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(shè)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，加大了有效氣隙長度，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殊的風(fēng)路或其它冷卻方式設(shè)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(dǎo)致永磁電機存在一定的退磁甚至完全失磁風(fēng)險。對 于轉(zhuǎn)子永磁型結(jié)構(gòu)，若利用定子電樞繞組對轉(zhuǎn)子磁鋼進行在線充磁，定子電樞繞組磁勢需 要經(jīng)過氣隙磁阻，導(dǎo)致充磁成本增加甚至不可行；5.作為調(diào)速用電機，往往要求能夠?qū)崿F(xiàn) 寬調(diào)速恒功率運行，特別是在汽車等領(lǐng)域中作為驅(qū)動元件使用。而目前的轉(zhuǎn)子永磁型電機， 在超過額定轉(zhuǎn)速后的恒功率運行范圍內(nèi)，通常是采用在電樞電流中增大無功電流分量以削 弱永磁磁場的弱磁控制算法。然而，在實際設(shè)計電機時，很難滿足理論上的無限高速恒功率 運行條件(即直軸電感Ld較小，無法保證額定電流L與直軸電感Ld的乘積等于甚至大于 直軸永磁磁鏈Ψ-)，甚至實現(xiàn)5倍以上的調(diào)速都有較大的困難。另一方面，國際上出現(xiàn)了一種新型的雙極性磁通反向永磁電機，其結(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，且通過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)子永磁型電機的主 要缺點。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，通過增加的輔助凸 極以增大直軸電感，實現(xiàn)恒功率寬調(diào)速范圍弱磁運行。
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恒功率寬調(diào)速運行的定子永磁電 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，特別適合于作為恒功率調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動元件。技術(shù)方案本實用新型適合恒功率寬調(diào)速運行的定子永磁電機，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集中繞組線圈均位于定子鐵心槽中，且每 相繞組線圈可串聯(lián)或并聯(lián)連接；永磁體位于定子，每個定子齒面向氣隙的外表面貼裝兩塊 永磁體，且同一個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型永磁磁鋼。集中繞組的第一 A相繞組線圈和第二 A相繞組線圈徑向相對，第一 B相繞組線圈 和第三B相繞組線圈徑向相對，第一 C相繞組線圈和第三C相繞組線圈徑向相對。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(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；由于在定子齒部突出了一個輔助凸極，可以明顯增加直軸電感，使得該類型電機 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)速運行范圍；同 時保證了 了電機的結(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)子齒表面開虛 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)域及其他直驅(qū)式應(yīng)用場合。在本發(fā)明的一個優(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勢等靜態(tài) 特性，完全可以替代現(xiàn)在廣泛應(yīng)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(dǎo)致其具有弱磁能力強、恒功率運行范圍寬、氣隙磁密 大、轉(zhuǎn)矩輸出能力強、功率密度高、定位力矩小、轉(zhuǎn)矩脈動低、電阻小，效率高、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為一臺采用本實用新型技術(shù)設(shè)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，定子輔助凸極4，轉(zhuǎn)子5 ;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
本實用新型的適合恒功率寬調(diào)速運行的定子永磁電機包括定子和轉(zhuǎn)子兩個部分， 根據(jù)不同的應(yīng)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 子的齒部面向氣隙方向突出一塊，稱之為輔助凸極。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；在每個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個定子 齒下有2隊塊永磁體，相鄰定子齒下的永磁體磁性交替相反。由于該結(jié)構(gòu)類似于轉(zhuǎn)子表面 貼裝式電機，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”；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(dǎo)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)。如圖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)速運行的定子永磁電機，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)的任何一相的每個集中繞組線圈均位于定子(1)鐵心槽中，且每相繞組線圈可串聯(lián)或并聯(lián)連接；永磁體(2)位于定子(1)的凸極上，每個定子齒面向氣隙的外表面貼裝兩塊永磁體(2)，且同一個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)速運行的定子永磁電機，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)速運行的定子永磁電機，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)速運行的定子永磁電機，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)速運行的定子永磁電機，其特征在于，集中繞 組(3)的第一 A相繞組線圈(311)和第二 A相繞組線圈(312)徑向相對，第一 B相繞組線 圈(321)和第三B相繞組線圈(322)徑向相對，第一 C相繞組線圈(331)和第三C相繞組 線圈(332)徑向相對。
專利摘要一種適合恒功率寬調(diào)速運行的定子永磁電機，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)的任何一相的每個集中繞組線圈均位于定子(1)鐵心槽中，且每相繞組線圈可串聯(lián)或并聯(lián)連接；永磁體(2)位于定子(1)的凸極上，每個定子齒面向氣隙的外表面貼裝兩塊永磁體(2)，且同一個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，特別適合于作為恒功率調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動元件。
文檔編號H02K1/17GK201563010SQ20092023572
公開日2010年8月25日 申請日期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 申請人:東南大學(xué)