磁隔离相内部永磁铁旋转电的制造方法
【专利摘要】一种磁隔离相定子包括具有两个侧部的定子相区段和在各个侧部上的磁无效隔离区，该隔离区防止永磁场由定子的定子相区段和定子的另一个定子相区段共用。磁隔离相内部永磁铁旋转电机包括磁隔离相的定子、转子，以及限定转子-定子界面的定子与转子之间的气隙，转子具有平行地布置的具有相对的磁极的两个或二的倍数个永磁铁，以引导磁通量穿过转子极、穿过转子-定子界面的气隙，以及穿过定子极。
【专利说明】磁隔离相内部永磁铁旋转电机
[0001]相关申请
本申请享有于2011年I月11日提交的名称为Independent Phase InteriorPermanent Magnet Generator的美国申请第61/431，779号的优先权,本文通过引用完全合并其全部内容。本文通过引用完全合并于2010年10月19日提交的名称为ParallelMagnetic Circuit Motor的美国专利申请公布第2011/0089775号。
[0002]联邦资助的研究或开发 不适用。
[0003]光盘附件 不适用。
【背景技术】
[0004]在具有转子和定子的常规永磁铁(PM)旋转电机中，转子磁铁一般安装在转子背铁的表面上，且产生由气隙磁阻减小的等于一个永磁铁的磁极面区域的面积的气隙通量密度。此外，磁铁以两个永磁铁面向三个定子极的方式来位于转子上，以适应常规的三相叠绕电动机/交流发电机或发电机设计。由于经由三个极共用来自用该常规设计中的永磁铁的通量，故减弱了在增加气隙通量密度方面的效果。此外，如果此类常规设计的一个极短路，则三个极全部都短路，这将引起机器锁定。这未提供容错设计，且一个相的任何不平衡都将使其它相扭曲。
[0005]由于稀土永磁铁材料成本上涨，旋转电机设计者正寻找将减少稀土材料的使用量而不牺牲功率密度的解决方案。实现该目标的常规方法为增加定子齿的数目，该定子齿产生它们占用的在360度[2pi弧度]内的转矩。
[0006]一种此类机器拓扑为单相永磁同步电动机。单相永磁[PM]同步电动机/发电机的缺点在于，所有的转子齿和定子齿都以相同的时间或角间隔进行对准和失准，同时产生它们的最小和最大转矩(电动机)或功率(发电机)值。因此，平均功率(机械功率/转矩或电力)低于期望的最佳转矩或功率。
[0007]多相永磁电机将产生较高的平均转矩或功率，因为各个相将以不同的角间隔有助于转矩或功率。然而，分布式或叠绕式永磁多相机器将具有在角间隔内不产生转矩或功率的一个或多个定子齿，因为一个以上的齿形成定子极。这减少了在2pi弧度内的产生转矩或功率的齿的数目。此外，分布式或叠绕式永磁多相机器中的相共用相同的通量源(即，永磁铁)，这限制了储存在给定相的磁场中的可用能量的量，因为该能量由电机的所有相共用。集中卷绕的多相电机增加了产生转矩或功率的齿的数目，但没有解决相共用相同的通量源(即，永磁铁)的问题。
【发明内容】
[0008]磁隔离相定子具有带有两个侧部的定子相区段和磁无效的各侧部上的隔离区。定子相区段具有限定定子极的两个或多个的定子齿、定子齿之间的绕组槽，以及围绕各个定子齿卷绕的相绕组。
[0009]另一个磁隔离相定子具有两个或多个的定子相区段，该定子相区段由至少一个隔离区磁性地与彼此隔离。隔离区为磁无效区或磁无效区域。各个定子相区段具有限定定子极的两个或多个的定子齿和围绕各个定子齿卷绕的相绕组，其中绕组槽在定子齿之间。在一方面，相绕组为集中绕组。
[0010]磁隔离相内部电永磁铁旋转电机包括磁隔离相定子、转子，以及限定转子-定子界面的定子与转子之间的气隙。转子具有布置成具有相对的磁极(例如，磁铁的北极面向另一个磁铁的北极，或磁铁的南极面向另一个磁铁的南极)的两个或二的倍数的永磁铁，本文中将其称为平行布置。转子中的永磁铁的相对的磁极引导磁通量通过转子极、通过转子-定子界面的气隙，以及通过定子极。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为矩形永磁铁的尺寸的示意图。
[0012]图2为常规转子上的磁铁的示意图。
[0013]图3为常规转子的示意图。
[0014]图4为以平行布置的转子的磁铁的示意图。
[0015]图5为磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
[0016]图6至图7为磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
[0017]图8为图6至图7的磁隔离相内部永磁铁旋转电机的隔离区的示意图。
[0018]图9为磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
[0019]图10为磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
[0020]图11为具有弧形节段的磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
[0021]图12为磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
[0022]图13为绘出没有磁桥的转子的示意图。
[0023]图14至图15为转子中的可饱和的磁桥的示意图。
[0024]图16为磁隔离相内部永磁铁电机的接线示意图。
[0025]图17为磁隔离相内部永磁铁旋转电机中的磁极性的示意图。
[0026]图18至图19为创造磁隔离相内部永磁铁旋转电机中的一个或多个隔离区的示意图。
[0027]图20至图21为创造磁隔离相内部永磁铁旋转电机中的一个或多个隔离区的示意图。
[0028]图22至图23为创造磁隔离相内部永磁铁旋转电机中的一个或多个隔离区的示意图。
[0029]图24为镜像的磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
[0030]图25为镜像的磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
[0031]图26为镜像的磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
[0032]图27至图30为发电机操作的示意图。
[0033]图31至图32为发电机操作中的电压图表。
[0034]图33为磁隔离相内部永磁铁旋转电机中的定子的改变了尖端的定子极的示意图。
[0035]图34至图37为电动机操作的示意图。
[0036]图38至图40绘出了具有连接永磁铁之间的转子极区段的弧形磁桥的转子。【具体实施方式】
[0037]本公开内容的磁隔离相的定子具有两个或多个的定子相区段(也被称为是部分)，该定子相区段由至少一个隔离区磁性地与彼此隔离。隔离区为磁无效区或磁无效区域，如，具有磁无效材料的一个或多个孔口和/或一个或多个区域。各个定子相区段具有限定定子极的两个或多个的定子齿和围绕各个定子齿卷绕的集中相绕组，其中绕组槽在定子齿之间。
[0038]磁隔离相内部永磁铁旋转电机(MIP-1PM-ERM)包括上述定子、转子，以及限定转子-定子界面的定子与转子之间的气隙。转子具有布置成具有相对的磁极(例如，磁铁的北极面向另一个磁铁的北极，或磁铁的南极面向另一个磁铁的南极)的两个或二的倍数个永磁铁，本文中将其称为平行布置。转子中的永磁铁的相对的磁场引导磁通量通过转子极、通过转子-定子界面的气隙，以及通过定子极。例如，机器可构造为电动机或发电机。例如，电动机可构造为轮毂电动机或其它电动机。在另一个实例中，机器为风力发电机或风力涡轮机。
[0039]MIP-1PM-ERM具有用于多相永磁铁机器的最大的转子与定子的有效面积(定子极与转子极的比例)，这是很令人期望的。该机器的转子与定子的有效面积接近单相永磁铁同步旋转电机的转子与定子的有效面积，且同样通过磁性地隔离各相解决了相共用相同通量源的问题。即，如果相区段的一个极或整个相区段短路，则其它相区段未短路且将继续操作。这提供了容错设计。此外，一个相区段中的任何不平衡都不会使其它相区段扭曲。当与常规的内部永磁铁机器相比时，MIP-1PM-ERM使用了少百分之五十的稀土永磁铁材料，而增加了百分之三十的功率密度，其中两个机器都具有相同的外部尺寸或体积。
[0040]图1绘出了矩形永磁铁的尺寸，该尺寸包括其长度(Lm)、宽度(Wm)，以及深度(Dm)。等式I示出了使由永磁铁产生的通量密度与图1中示出的永磁铁的尺寸相关的双曲线函数。
【权利要求】
1.一种系统，包括: 磁隔离相定子，所述定子包括具有两个侧部的定子相区段和在各个侧部上的磁无效隔离区，所述隔离区防止永磁场由所述定子相区段和另一个定子相区段共用。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定子相区段具有限定定子极的两个或多个的定子齿、在所述定子齿之间的绕组槽，以及围绕各个定子齿卷绕的相绕组。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统包括磁隔离相内部永磁铁旋转电机，所述旋转电机包括所述定子、转子，以及限定转子-定子界面的所述定子与所述转子之间的气隙，所述转子包括平行地布置的具有相对的磁极的两个或二的倍数个永磁铁，以引导磁通量穿过所述转子极、穿过所述转子-定子界面的气隙，以及穿过所述定子极。
4.一种系统,包括: 磁隔离相定子，所述定子包括至少两个磁隔离的定子相区段，所述定子相区段由至少一个磁无效的隔离区与彼此磁隔离，所述至少一个磁无效的隔离区防止永磁场在所述磁隔离的定子相区段之间共用。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述定子相区段具有限定定子极的两个或多个的定子齿、在所述定子齿之间的绕组槽，以及围绕各个定子齿卷绕的相绕组。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统包括磁隔离相内部永磁铁旋转电机，所述旋转电机包括所述定子、转子，以及限定转子-定子界面的所述定子与所述转子之间的气隙，所述转子包括平行地布置的具有相对的磁极的两个或二的倍数个永磁铁，以引导磁通量穿过所述转子极、穿过所述转子-定子界面的气隙，以及穿过所述定子极。
【文档编号】H02K1/00GK103597712SQ201280012847
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年1月11日 优先权日:2011年1月11日
【发明者】C.J.弗林 申请人:Qm 电力公司