一种双凸极电机的制作方法

本发明属于永磁电机领域，尤其是涉及一种双凸机电机。

背景技术

双凸极永磁电机是一种将永磁体安装在定子轭上的定子型永磁电机，与传统的转子型永磁电机相比，双凸极电机具有转子机械强度高、结构简单、永磁体退磁风险小等优点，赢得了广泛的关注。

然而，双凸极电机的永磁体尺寸与定子槽尺寸存在着相互制约。在定子内外径不变的情况下，增大永磁体尺寸会导致定子槽面积减小，反之亦然，这导致双凸极电机的转矩密度较低。

在现有改进后的双凸极电机结构中，永磁体的一部分被嵌入定子槽中，以缓解该问题。如公开号为cn103490579a的中国专利文献公开了一种新型多相双凸机永磁电机，包括：定子铁芯、电枢绕组、永磁体和转子铁芯，其中，定子铁芯由多个分段定子铁芯组成，分段定子铁芯具有多个以一定的间隔分布的定子凸极，相邻的定子凸极构成定子槽，电枢绕组线匝嵌入于定子槽中，电枢绕组中相邻的线匝段之间跨越三个及以上定子凸极，分段定子铁芯轭部之间有一个间隔，形成轭部槽，永磁体固定于轭部槽中，转子为凸极结构，无永磁体，无线圈绕组。

上述结构在一定程度上缓解了嵌入永磁体后定子槽面积减小的问题，但这仍然会导致嵌有永磁体的定子槽面积小于其它定子槽，为保证三相绕组所产生的铜耗相等，所有定子槽的有效槽面积均等于最小的定子槽面积。因此这种结构的电机的转矩密度依旧较低。

通过调整定子齿的位置，可以解决上述各定子槽面积不相等的问题。然而，这一方面会导致定子齿顶在定子内圆上分布不均匀，使得在空载情况下磁阻会随转子的转动而发生显著改变，增大电机的齿槽转矩，从而增大电机的转矩脉动；另一方面也会使三相绕组的轴线在空间上分布变得极不均匀，增大电机的三相不平衡性。

技术实现要素：

本发明提供了一种双凸机电机，可以较好的解决增大永磁体尺寸而导致的有效定子槽面积减小的问题，从而提高电机的转矩密度。

一种双凸极电机，包括定子、转子、永磁体和电枢绕组，定子和转子上分别设有定子齿和转子齿，所述定子的轭部与定子齿构成定子槽，所述的永磁体位于定子槽中，一端嵌于定子的轭部；所述定子齿的齿顶均匀分布在定子的内圆上，与永磁体相邻的定子齿的齿身弯曲，使得嵌有永磁体的定子槽与剩余定子槽的面积相等或相接近。

本发明的技术方案保证定子齿的齿顶均匀分布在定子的内圆上，同时增加了定子槽的有效槽面积。当嵌有永磁体的定子槽与剩余定子槽的面积相等或相接近时，可以提高电机的转矩密度。

作为优选，嵌有永磁体的定子槽与剩余定子槽的面积相等。面积相等时，电机的转矩密度最高。

所述电枢绕组以集中绕组的形式绕制在每一个定子齿上，并按照匝链磁通变化规律相同的原则分成三相。

所述定子的外轮廓可以为圆形，也可以为多边形。当定制的外轮廓为多边形时，其边数与永磁体数相同；此时，永磁体固定于多边形角上的定子轭处，除永磁体附近区域外，其它各处定子轭厚度均相同。

作为优选，所述定子齿的齿身弯曲方式为折线，所述定子齿的齿顶中心线与齿身中心线存在一个夹角。折线的弯曲方式在实际生产过程中易于控制精度，保证嵌有永磁体的定子槽与剩余定子槽的面积相等。

所述定子齿的齿身弯曲方式还可以采用圆弧过渡，可根据永磁体的尺寸调整圆弧的弯曲弧度。

所述定子槽内永磁体两侧可以增设聚磁定子齿，使得永磁体磁通先经过定子轭再经过定子齿，与绕在定子齿上的电枢绕组全部匝链，有助于减小漏磁。

所述定子槽内永磁体两侧也可以增设散热装置，以增强永磁体的散热能力，提高电机所允许的铜耗上限，有助于增大电流，提高电机的转矩密度。

作为优选，相邻的永磁体间隔三个定子齿。

定子齿数ns、转子齿数nr和永磁体数nm满足：

其中，k为正整数。

本发明通过保持定子齿齿顶均匀分布的前提下，使齿身弯曲，从而使嵌有永磁体的定子槽与剩余定子槽的面积相等。相比于现有的同尺寸双凸极电机，可以应用更大尺寸的永磁体，而且可以得到更大的有效定子槽面积，有利于增大电枢绕组导线的截面积，降低绕组电阻，增大允许通入的电流，从而提升了电机的转矩密度。

附图说明

图1为本发明电机的定子外轮廓为圆形时的截面示意图；

图2为本发明电机的定子外轮廓为多边形时的截面示意图；

图3为本发明电机边定子齿的齿身位置变化示意图；

图4为本发明电机边定子齿的齿身角度变化示意图；

图5为现有双凸极永磁体电机的截面示意图；

图6为定子外轮廓为圆形时本发明电机与现有电机的转矩波形对比图。

图中：1为定子，2为转子，3为永磁体，4为电枢绕组，11为中定子齿，12为边定子齿，13为聚磁定子齿。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本实施例及附图只阐述了本发明电机具有12个定子齿、8个转子齿、4块永磁体时的情况，但本发明也适用于其它定转子齿数、永磁体数的双凸极永磁电机。

如图1所示，一种双凸极电机，包括定子1、转子2、永磁体3、电枢绕组4，定子1上设有定子齿，定子齿间隔布置，定子齿之间形成定子槽。永磁体3位于定子槽中，其端部固定于定子槽底部的定子轭上。相邻的永磁体3间隔三个定子齿，与永磁体相邻的定子齿为边定子齿12，两个边定子齿12之间为中定子齿11。

定子齿包括齿顶和齿身，中定子齿11的齿顶中心线与齿身中心线重合；边定子齿12的齿顶中心线与齿身中心线存在一个夹角。齿顶均匀分布在定子1的内圆上，中定子齿11与边定子齿12的齿顶中心线相交于定子1内圆的圆心。

由于边定子齿12的齿顶中心线与齿身中心线存在一个夹角，边定子齿12的齿身弯曲，使得嵌有永磁体3的定子槽与剩余定子槽的面积相等。其中，嵌有永磁体3的定子槽面积为永磁体3两侧槽面积之和。

定子槽内永磁体3两侧可以增设聚磁定子齿13，也可以增设散热装置。

当定子的外轮廓为多边形时，多边形的边数与永磁体数相同。如图2所示，除永磁体附近区域外，各处定子轭厚度均相同。

要保证每个定子槽的面积相同需根据永磁体的尺寸大小调整边定子齿的齿身位置与角度。当永磁体尺寸增大后，嵌有永磁体的定子槽面积减小，小于其它定子槽面积。此时，可以对边定子齿的齿身位置或角度进行调整。

如图3所示，保持边定子齿12的齿顶不变，边定子齿12的齿顶中心线与齿身中心线的夹角度数不变，将边定子齿12的齿身沿虚线向中定子齿11一侧移动，如图中虚线所示，使得所有定子槽的面积相等。如图4所示，保持边定子齿12的齿顶不变，齿身角度发生变化，使得齿身向中定子齿11一侧移动，如图中虚线所示，使得所有定子槽的面积再次相等。

如图5所示，现有双凸极永磁电机的永磁体一部分嵌入定子槽中，导致嵌有永磁体的定子槽面积远小于其它定子槽面积。为保证三相绕组产生的铜耗相同，各定子槽的有效面积均等于最小的定子槽面积，使得其功率密度较低。

选择定子外轮廓均为圆形的同尺寸的本发明新结构的电机与现有传统结构的电机进行对比测试，在最优尺寸参数与相同铜耗情况下得到稳态转矩波形对比图，如图6所示，可以看出，本发明电机的稳态转矩高于现有电机，平均转矩比现有电机大25％。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明的解释说明，并不是对本发明进行限制，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所述的具体内容，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、替换和改变等，均包含在本发明的保护范围内。