专利名称：多相式永磁直流调速电机的制作方法
技术领域：
本发明多相式永磁直流调速电机，属于永磁电机类的产品，具体涉及一种为了解决动力调速和变功率输出，而推出的适用现代数字控制技术的直流永磁调速电机.。
背景技术：
随着现代化工业的进步，电机的应用范围是广泛和需求巨大的，但是现有技术所提供的电机或永磁电机不能满足一些特殊需要，如需要直接驱动的设备上，如电动车的驱动轮和电梯卷扬机；一些专用机械中，如汽车，纺织机，航天器，；许多精密仪器设备中，作辅助元件等等都急需工作方式更灵活、对电源要求更弹性、速度可以无级变化和损耗相对最小的新型电机，所以使人们不得不开发新技术和设备来满足工业生产的需要。
发明内容
本发明多相式永磁直流调速电机的目的在于为解决上述现有技术中急需解决的问题，从而提供一种由直流电驱动的，圆柱形的转子被置于电机的外壳和对称的定子铁芯及固定轴固定装于电机的中心的，工作方式更灵活，对电源要求更弹性，速度可以无级变化，损耗相对最小的多相式永磁直流调速电机的技术方案。.
本发明多相式永磁直流调速电机，其特征在于是一种电机的外壳是旋转的，内部的铁芯和轴是固定的直流调速电机，该电机将圆柱形的转子置于电机的外壳和对称的定子铁芯及固定轴则固定装于电机的中心，由直流电驱动。例如每对极下定子上有六相绕组，间隔和匝数一致，每二相绕组的电气中心夹角为60度。转子上内侧有嵌入式的燕尾型(亦可是瓦型，矩形等)稀土永磁体一付或套筒式的铁氧体磁极。根据指令，控制和保护回路开通电力开关管，调整转动方向和输出功率，测量和保护元件分布在系统中，联系至控制回路。外壳转子是由直流电驱动每对极下定子气隙中的磁场转动的。上述多相式永磁直流调速电机，其特征在于所述的有每对极下定子上可以有多相绕组的相数为三，四，六或九相。上述多相式永磁直流调速电机，其特征在于所述的铁氧体为整体式的压铸结构，并使用压铸过程取向工艺，以增强磁极方向的磁场强度。上述多相式永磁直流调速电机，其特征在于所述的采用嵌入式的燕尾型(亦可是瓦型，矩形等)稀土永磁体时，为了降低成本，充分发挥高磁材料的磁性能，采用钕铁硼磁材。也可用其它永磁材料。上述多相式永磁直流调速电机，其特征在于所述的稀土永磁体的内侧面积和厚度，依据电机设计而定，转子的铁芯使用矽钢片叠压、铸铁件或冲压件。.
本发明多相式永磁直流调速电机的优点在于其系统可以根据指令，控制和保护回路可以开通电力开关管，调整转动方向和输出功率。测量和保护元件，分布在系统中，联系至控制回路。自动化程度高，损耗小，成本低，使用范围广。由于本电机使用直流电驱动，相对于一般的交流变频控制电机，它有如下的优点一控制设备简单，比交流变频设备少三分之一，更可靠；调速范围广，如0至4000转，启动电流小；不需要机械式的变速设备；减少交-直-交电源转换的无功功率45%，减低损耗20%以上；可广泛使用在变速，变轴功率的非恒速使用环境，如电动车，电梯，皮带机，船只等。例如，它如果用在皮带机上，它就可以直接带动皮带，免去了机械变速箱，降低成本，损耗和造价！
本文将以一对极的外旋式六相式绕组永磁直流电机为例作说明.
一 电机结构
I.外部的转子结构
a.如果用铁氧体或混有稀土永磁材料的加强铁氧体时，它可是如下的形式一 图I为转子铁氧体示意图 其中，(a)—铁氧体磁环筒；
(b) _转子的铁质铁芯；
(C)—磁环与铁芯的合成效果.· 铁氧铁为整体式的压铸结构，并使用压铸过程取向工艺。以增强磁极方向的磁场强度。b.如果采用稀土永磁时，如钕铁硼磁材，是为了降低成本，充分发挥高磁材料的磁性能，
图2为外部的稀土永磁体示意图 其中，(a)—有燕尾的一对稀土永磁铁；
(b)—有燕尾槽的转子铁芯(可用矽钢片垒压)；
(C)----转子的外壳；
(d )—稀土永磁体和铁芯的合成效果 C.当电机的核定功率，电压，极对数等确定后，可以求得永磁体的表面磁通密度为 B = K(/S )= K/ (RL) =KC/
其中，一每一对磁极下气隙的磁通量；
S---每一对磁极下每个永磁体在气隙中的表面积；
R —转子的内半径(含磁体部分)；
L —转子铁芯的轴向长度；
C ---永磁体气隙中面积系数；
K---电机气隙磁通系数；
---永磁体的扇形夹角。由永磁材料的磁能积和B-H曲线,可以确定永磁体在径向方向上的最小厚度。2.定子绕组 其电气小跨距示意图如下- 图3中心的定子六相式绕组
图中每二相绕组的电气中心夹角为60度。定子铁芯为矽钢片垒压制成，与一般电机的结构类似。3.工作原理
当通过适当安排绕组的绕向和匝数，并让直流电流依序通过(1-4) — (2-5) — (3-6)—(4-1)— (5-2) — (6-3)穿过绕组时，电机定子绕组会在气隙中产生 一个顺时针旋转的磁场。在其驱动下，电机的转子也将顺时针旋转。工作的基本原理如下一 图4外旋式电机工作示意图转子的转速将与气隙磁场在同一方向，亦以同步速度旋转。可以调节定子的电流的导通频率，电流大小和方向，改变转子的转速，转向和输出功率。二.电机控制电路
为了使电机正常运行，引入必要的电力电子设备是必须的。这个电路包括直流电源，中心的定子绕组，开关电力管，监测元件，转速和位置监测，保护和控制回路，指令控制部分等部件。其开关简化图如下一 图5.直流电力主系统图
其中，1，2，3，4，5，6——定子的绕组及序号；
la, 2a, 3a, 4a, 5a, 6a ----定子绕组正向导通电力开关管；
lb, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b ----定子绕组反向导通电力开关管；
lc, 2c, 3c, 4c, 5c, 6c ----定子绕组开关管的控制线；
Wi ----转子位置和转速监测设备；
Ii电源电压监测；
Vi ——电源电流监测。a类和b类电力管，可以是晶闸管，场效应管等一般电力开关管。转子监测可以是电容，激光，或摩尔元件等方法。
具体实施例方式 实施方式I :圆柱形的转子被置于电机的外壳，对称的定子铁芯及固定轴则固定装于电机的中心，由直流电驱动。每对极下定子上有六相绕组，间隔和匝数一致，每二相绕组的电气中心夹角为60度。转子上内侧有嵌入式的燕尾型(或瓦型，矩型)钕铁硼磁材的稀土永磁体。根据指令，控制和保护回路开通电力开关管，调整转动方向和输出功率，测量和保护元件分布在系统中。每对极下定子上有多相绕组的相数为6相，定子的铁芯使用矽钢片叠 压。转子的铁芯使用矽钢片(铸铁件或冲压件)叠压。当电机的核定功率，电压，极对数等确定后，可以求得永磁体的表面磁通密度为
B = K(/S )= K/ (RL) =KC/
其中，一每一对磁极下气隙的磁通量；
S---每一对磁极下每个永磁体在气隙中的表面积；
R —转子的内半径(含磁体部分)；
L —转子铁芯的轴向长度；
C ---永磁体气隙中面积系数；
K---电机气隙磁通系数；
---永磁体的扇形夹角。由永磁材料的磁能积和B-H曲线,确定永磁体在径向方向上的最小厚度。为了使电机正常运行，引入必要的电力电子设备是必须的。它们又分为电力开关回路和控制回路。这个电路包括直流电源，中心的定子绕组，开关电力管，监测元件，转速和位置监测，保护和控制回路，指令控制部分等部件。实施方式2 :每对极下定子上有多相绕组的相数为9相，转子的铁芯使用矽钢片(铸铁件或冲压件)叠压，其它同实施方式I。
实施方式3 :每对极下定子上有多相绕组的相数为3相，转子的铁芯使用铸铁件(矽钢片或冲压件)，其它同实施方式I。实施方式4 :每对极下定子上有多相绕组的相数为4相，转子的铁芯使用冲压件(铸铁件或矽钢片)，其它同实 施方式I。
权利要求
1.多相式永磁直流调速电机，其特征在于是一种电机的外壳是旋转的，内部的铁芯和轴是固定的直流调速电机，该电机将圆柱形的外壳转子置于电机的外壳，与其对称的定子铁芯及固定轴装于电机的中心；其所述的定子铁芯上可以设有若干对极，其每对极下设有多相绕组，间隔和匝数一致，每二相绕组的电气中心夹角的度数随绕组相数变化来确定；其所述的外壳转子上内侧每对极下设有嵌入式的燕尾型、瓦型或矩形稀土永磁体一付或套筒式、瓦型或矩型的铁氧体磁极，控制和保护回路开通电力开关管，调整转动方向和输出功率，其外壳转子是由直流电驱动每对极下定子气隙中的磁场转动的。
2.按照权利要求I所述多相式永磁直流调速电机，其特征在于所述的每对极下定子设有多相绕组的相数可为二，三、四、六或九相。
3.按照权利要求I所述多相式永磁直流调速电机，其特征在于所述的铁氧体为整体式的压铸结构，并使用压铸过程取向工艺，以增强磁极方向的磁场强度。
4.按照权利要求I所述多相式永磁直流调速电机，其特征在于所述的稀土永磁体的内侧面积和厚度，依据电机设计而定，可以是形状为瓦型，矩型或燕尾型；转子的铁芯可使用矽钢片叠压、铸铁件或冲压件。
全文摘要
一种多相式永磁直流调速电机，属于永磁电机类的产品，具体涉及一种为了解决动力调速和变功率输出,而推出的适用现代数字控制技术的直流永磁调速电机.。其特征在于该电机的结构为一个圆柱形的转子被置于电机的外壳,对称的定子铁芯及固定轴则固定装于电机的中心，由直流电驱动。电机可是多极式的。每对极下定子上有多相绕组，每组间隔和匝数一致。转子上内侧有嵌入式的稀土永磁体一付或套筒式的铁氧体磁极。根据指令，控制和保护回路可以开通电力开关管，调整转动方向和输出功率。测量和保护元件，分布在系统中，联系至控制回路。该电机自动化程度高，损耗小，成本低，使用范围广。
文档编号H02K1/27GK102710041SQ20121011122
公开日2012年10月3日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日
发明者席慧, 杜欣慧, 程开业 申请人:太原理工大学