一种环形轭部电枢绕组高功率密度混合励磁永磁电动机的制作方法_3

文档序号:10171260阅读:来源:国知局
11.主气隙,12.附加气隙。
【具体实施方式】
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[0049]下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
[0050]一种环形轭部电枢绕组高功率密度混合励磁永磁电动机,它包括定子、转子、主气隙和附加气隙,所述定子包括永磁体、定子轭、定子齿、定子槽和定子绕组;转子包括转子齿和转子槽;所述定子轭包括定子槽轭和定子背轭,定子槽轭位于定子槽底部靠近外圆周方向,定子槽轭和定子背轭之间设有永磁体,永磁体不随转子转动,安装方便,有利于散热,消除了普通单相永磁电机由于永磁体随转子旋转而产生的机械应力损坏和永磁体散热不良等缺点,所述永磁体为平行充磁或者径向充磁,每块永磁体既可以由一整块永磁体充磁而成,也可以由多块宽度较窄的永磁体拼接而成,永磁体的极弧宽度可以相同,也可以不同,所述同一个定子槽轭上的永磁体的充磁方向相同,相邻两个定子槽轭部上的永磁体的充磁方向相反;所述定子槽包括电枢绕组所在槽(电枢槽)和励磁绕组所在槽(励磁槽),所述电枢槽和励磁槽沿圆周交替间隔排列,所述电枢槽内安放有一套电枢绕组,励磁槽内安放有一套励磁绕组,电机运行时,只需要控制一套电枢绕组的电流大小和方向,励磁绕组通方向不变的直流电流,电枢电流磁场,励磁电流磁场和永磁体产生的磁场相互作用使得定子齿上的磁通相互增强或者抵消,定子磁场在某个方向上连续开通或者关断,利用定子和转子间磁阻变化产生转矩;所述定子齿和转子齿之间设有主气隙;励磁绕组所在槽底部的定子槽轭部断开,设附加气隙,附加气隙不增加电机的外径尺寸;相邻两块永磁体产生的一部分磁通经过主气隙进入转子形成主磁通,另一部分不经过主气隙进入转子而经过该附加气隙闭合形成漏磁通,由于永磁体产生的总磁通量是一定的,通过调节励磁绕组内电流的大小可以调节该漏磁通的大小,进而调节经过主气隙进入到转子中的主磁通的大小,以此实现调节励磁的作用。
[0051]电机定子齿的个数ns满足:ns = 2*n,其中η是大于等于2的自然数。
[0052]电机转子齿的个数nr和电机定子齿的个数ns满足:nr = ns/2。
[0053]永磁体的块数npm和电机定子齿的个数ns满足:npm/m = 0.5*ns,m为大于等于1的自然数。
[0054]定子槽内只安放有一套电枢绕组或者励磁绕组,定子槽内不需要相间绝缘,槽利用率高,绕组下线工艺简单,制造成本低。
[0055]励磁绕组产生的磁通经过附加气隙、定子齿、主气隙和转子齿形成闭合回路,励磁绕组产生的磁通不经过永磁体,与永磁体产生的磁通形成并联关系,减小了励磁磁通对应回路的磁阻,同样励磁电流可产生较大的励磁磁通,不仅有效提高了弱磁效率,而且避免了永磁体由于励磁磁通穿过永磁体引起永磁体反向磁化而产生的磁性能下降等不可逆退磁的风险,增强了电机的可靠性。
[0056]永磁体与定子背轭铁芯和定子槽轭铁芯均紧密接触。
[0057]附加气隙可以为各处宽度相同的均匀气隙,也可以为各处宽度不同的非均匀气隙,可以改变附加气隙的宽度或者采用上下不等宽气隙结构得到不同的增磁和弱磁特性,以此满足不同应用场合的需要。
[0058]电枢绕组从一个电枢槽穿入,然后向外径方向沿定子背轭外表面穿出,形成一个线圈,电枢绕组围绕定子槽轭,永磁体和定子背轭缠绕,每个电枢槽内的电枢绕组为一套线圈,共形成4套电枢线圈,4套线圈可以相互并联或者串联;
[0059]励磁绕组从一个励磁绕组所在槽穿入,从相邻的励磁槽穿出,相邻两个励磁槽内的绕组组成一个励磁线圈,每个励磁线圈横跨两个定子齿距,相邻两个励磁绕组所在槽内绕组的电流大小相同,方向相反。
[0060]电机的永磁体的极弧宽度可以通过根据永磁体的磁能积或者剩磁密度灵活确定,可以根据电机的设计气隙磁密确定永磁体的剩磁密度,再通过改变永磁体的极弧系数来确定永磁体的磁能积,而现有永磁电机由于极弧系数受到极数的限制,通常只有采用高性能永磁体才能满足设计磁密的需要。
[0061 ] 永磁体既可以是高磁能积的永磁材料如钕铁硼也可以是低磁能积的永磁材料如铁氧体或者铝镍钴制成。
[0062]转子为对称凸极转子,阶梯型转子或者涡轮状转子。
[0063]本实用新型电机运行时励磁磁场可以调节,通过调节励磁绕组F的电流可以调节电机气隙内的磁通密度,本实用新型电机励磁绕组安放在附加气隙的下面,两者并排放置,励磁绕组产生的磁通直接经过附加气隙,定子齿,主气隙和转子齿形成闭合回路,励磁磁通不经过永磁体,与永磁体产生的磁通形成并联关系,这不仅有效提高了弱磁效率,而且避免了永磁体由于反向磁化而产生的磁性能下降等不可逆退磁的风险,本实用新型电机的永磁体选择灵活,既可以选择高磁能积的永磁体,也可以选择铁氧体等低磁能积的永磁体,因为可以通过电机的设计气隙磁密确定永磁体的剩磁密度,再通过改变永磁体的极弧系数来确定永磁体的磁能积,而现有永磁电机由于极弧系数受到极数的限制,通常只有采用高性能永磁体才能满足设计磁密的需要。
[0064]由于附加气隙宽度的不同会显著改变电机磁路的磁阻,影响永磁体之间的漏磁通,进而影响电机的增磁和弱磁效果,因此,可以改变附加气隙的宽度或者采用上下不等宽气隙结构,通过改变电机的附加气隙宽度可以得到不同的电机特性,以此满足不同应用场合的需要。
[0065]如图1所示,电机为混合励磁永磁电机,定子上只有一套定子电枢绕组A和一套励磁绕组F,而且电机每个槽内只安放有一套绕组,槽内不需要相间绝缘,电机绕组下线工序简单,整个成本低于现有的各类三相感应电机和永磁电机,由于槽内不需相间绝缘,槽满率高;本实用新型电机电枢槽内安放有电枢绕组,电枢绕组从一个电枢槽穿入,然后向外径方向经过定子背轭穿出,形成一个线圈,电枢绕组围绕定子槽轭、永磁体和定子背轭缠绕,每个电枢槽内的电枢绕组为一套线圈,所有线圈可以相互串联或者并联;本实用新型电机永磁体固定于定子上,不随转子转动,安装方便,有利于散热,消除了普通单相永磁电机由于永磁体随转子旋转而产生的机械应力损坏,永磁体散热不良等缺点;本实用新型电机的功率密度高,材料利用率高,同样设计功率的电机,本实用新型电机节省材料用量,降低成本;本实用新型电机运行时只有一套电枢绕组A通交流电流,而励磁绕组F通以方向不变的直流电流,因此电机的控制电路只需两个电力电子功率开关器件,如IGBT或者M0SFET。
[0066]如图2所示,现有各类感应电动机以及永磁电机定子上均有三相及以上的电枢绕组,需要至少6个电力电子功率开关器件。因此,本实用新型电机的控制系统所需开关器件少,成本低,结构简单。此外,由于功率开关器件个数少,降低了电机控制电路中功率开关器件发生故障的可能性,可靠性提高。
[0067]实施例一:
[0068]如图3所示,电机定子齿数为8,转子齿数为4,永磁体块数为4,本实施方式包括定子,转子,主气隙和附加气隙,定子包括定子铁芯,永磁体和定子槽,定子铁芯包括定子齿1,定子背轭2和定子槽轭3,定子铁芯由高导磁率铁磁材料制成,定子铁芯上设有定子槽,定子槽包括电枢槽4和励磁槽5,电枢槽4和励磁槽5交替间隔排列,电枢槽4内安放有电枢绕组6,电枢绕组6从一个电枢槽4穿入,然后向外径方向沿定子背轭2外表面穿出,形成一个线圈,电枢绕组6围绕定子槽轭3,永磁体8和定子背轭2缠绕,每个电枢槽内的电枢绕组为一套线圈,共形成4套线圈,4套线圈可以相互串联或者并联,励磁槽5内安放有励磁绕组7,励磁绕组7从一个励磁槽5穿入,从相邻的另一个励磁槽5穿出,形成一个线圈,使得每相邻两个励磁槽内的电流大小相同,方向相反;定子槽轭3和定子背轭2之间安放有弧形永磁体8,永磁体8采用低磁能积的铁氧体永磁体材料,永磁
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