CN101888161B - 集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机。它涉及电机领域，它解决铜耗大、复杂和成本高和相与相之间控制精度的问题；以及每一相绕组通电产生的磁通所经过的磁路较长而使定子铁耗较大的缺点。定子的相电枢铁心由k个具有n个齿和磁轭段铁心单元组成；n个齿沿轴向排列，齿之间连有磁轭段；铁心单元排列在机壳内，并运动方向叠加排列形成具有齿孔和组合齿槽的相单元铁心；线圈穿过齿孔绕成相电枢绕组；转子的转子轭为环面上设置有凸台的转子轭，永磁体阵列设置在转子轭上，凸台位于组合齿槽内，当电机为m相电机时，则有im个相单元，相邻两个相电枢绕组轴线之间的夹角为[(j-1)+1/m]×180°电角度。它既可作为电动机使用，也可作为发电机使用。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，具体涉及一种永磁同步电机。
背景技术
传统的轴向磁场永磁同步电机的结构如图21所示。该电机为双定子结构，绕组为分布绕组，组成绕组所需要线圈的数量多，绕组的各相绕组端部相互交叉，绕组端部长，铜耗大；绕组绝缘复杂，制造成本高。由于相与相之间都存在磁耦合，这一方面会因互感的存在影响电流的控制精度；另一方面也会因每一相绕组通电产生的磁通所经过的磁路较长而使定子铁耗较大，从而限制了电机效率的进一步提高。
发明内容
本发明为了解决现有电机为双定子结构铜耗大、绕组绝缘复杂和制造成本高和相与相之间存在磁耦合影响电流的控制精度的问题；以及每一相绕组通电产生的磁通所经过的磁路较长而使定子铁耗较大的缺点，而提出了一种集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机。
本发明的集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机由机壳、定子和转子组成；定子由若干个相单元组成；每个相单元由若干个相单元铁心和相电枢绕组组成；每个相单元铁心由k个铁心单元组成，每个铁心单元由n个齿和磁轭组成；所述的n个齿沿轴向排列，所述的n个齿之间连接有磁轭；k个铁心单元沿圆周方向依次等间隔排列在机壳内，并且k个铁心单元在轴向叠加排列形成相单元铁心的齿孔和组合齿槽；线圈穿过相单元铁心的齿孔绕成一相相电枢绕组；转子由永磁体阵列和转子轭组成，转子轭为环面上设置有凸台的转子轭，永磁体阵列设置在所述的转子轭上，所述转子轭的凸台位于组合齿槽内；当电机为m相电机时，则有i×m个相单元，相邻两个相电枢绕组之间为[(j-1)+1/m]×180°电角度，其中j、k、m、i、n均为自然数，n≥2。
本发明采用特殊的集成绕组电枢结构，构成一种集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机，消除了相间互感，提高了电机的电流及电磁转矩控制精度；线圈数量少，加工工艺简单、成本低，且铜耗小、效率高；电机设计简单，转矩增加容易，可实现模块化。该电机既可以作为电动机使用，也可以作为发电机使用。
附图说明
图1是永磁体为扇形永磁体并嵌入在转子轭61上时主视图；图2是图1的轴向剖视图；图3是永磁体为扇形永磁体并嵌入贯穿转子轭61时主视图；图4是图3的轴向剖视图；图5是永磁体为扇形永磁体和瓦片形永磁体并嵌入在转子轭61上时主视图；图6是图5的轴向剖视图；图7是永磁体为扇形永磁体和瓦片形永磁体并固定在转子轭61上时主视图；图8是图7的轴向剖视图；图9至图12是铁心单元5的结构示意图；图13至图15是转子的结构示意图；图16和图18是具体实施方式三的结构示意图；图19是本发明的集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机为三相电机的主视图；图20是图19的A-A剖视图；图21是图19的B-B剖视图；图22是图19的C-C剖视图；图23是现有的电机的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图8，以及图19说明本实施方式，本实施方式它由机壳1、定子和转子6组成；转子由永磁体阵列和转子轭61组成；定子由若干个相单元2组成；每个相单元2由若干个相单元铁心3和相电枢绕组4组成；每个相单元铁心3由k个铁心单元5组成，每个铁心单元5由n个齿和磁轭组成；所述的n个齿沿轴向排列，所述的n个齿之间连接有磁轭；k个铁心单元5沿圆周方向依次等间隔排列在机壳1内，并且k个铁心单元5在轴向叠加排列形成相单元铁心3的齿孔71和组合齿槽72；线圈41穿过相单元铁心3的齿孔71绕成一相相电枢绕组4；转子6由永磁体阵列和转子轭61组成，转子轭61为环面上设置有凸台的转子轭，永磁体阵列设置在所述的转子轭61上，所述转子轭61的凸台位于组合齿槽72内；当电机为m相电机时，则有i×m个相单元2，相邻两个相电枢绕组4之间为[(j-1)+1/m]×180°电角度，其中j、k、m、i、n均为自然数，n≥2。当电机为单相电机时，沿圆周方向相邻两个铁心单元之间的齿距τt与沿圆周方向永磁体的极距τp之间满足关系τt＝τp。电机为三相电机时，沿运动方向相邻两个铁心单元之间的中心距τt与沿运动方向永磁体的极距τp之间满足关系3nτt＝(3n±1)τp，n为自然数。当电机为三相电机时，每个相单元2的结构相同，相邻两个相单元2之间相差120°电角度；所述的相单元2中的每个相单元铁心3结构相同，相电枢绕组4为环形绕组。
具体实施方式二、结合图1至图12说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于相单元铁心3中每个铁心单元5为带有一个齿槽的铁心单元，带有一个齿槽的铁心单元由一个长齿51、一个短齿52、一个短垂直磁轭段53、一个长垂直磁轭段54和一个水平磁轭段55组成；所述的长齿51与短齿52沿横截面的轴向排列，所述的长齿51与短齿52之间均依次连接有短垂直磁轭段53、水平磁轭段55和长垂直磁轭段54，所述的长齿51侧面上部与所述的短垂直磁轭段53的一侧侧面下部相连，所述的短垂直磁轭段53的另一侧侧面上部与所述的水平磁轭段55一端相连，所述的水平磁轭段55的另一端与所述的长垂直磁轭段54的一侧侧面上部相连，所述的长垂直磁轭段54的另一侧侧面与所述的短齿52的一个侧面位于同一垂直面上，并且长垂直磁轭段54的底面与所述的短齿52的上部相连；铁心单元5的长齿51、短齿52、短垂直磁轭段53、长垂直磁轭段54和水平磁轭段55构成的半封闭空间为齿槽73；设定铁心单元5的一个端面为正面，则与之相对的另一个端面为背面，相单元铁心3中每相邻两个铁心单元5的正面与正面相对或背面与背面相对；即为相单元铁心3中每相邻两个铁心单元5中任意一个铁心单元相对于另一个铁心单元沿所在的机壳1径向中轴线翻转180°；相单元铁心3中k个铁心单元5的齿槽73叠加形成两个齿孔71和一个组合齿槽72。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三、结合图16至图18说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二不同点在于相单元铁心3中每个铁心单元5是由两个带有一个齿槽的铁心单元沿轴向合并组成的带有两个齿槽的铁心单元，所述的带有两个齿槽的铁心单元有两种合并结构，一种合并结构为两个带有一个齿槽的铁心单元的两个长齿侧面合并连接组成一个带有两个齿槽的铁心单元，另一种合并结构为两个带有一个齿槽的铁心单元的两个短齿侧面合并连接组成一个带有两个齿槽的铁心单元，即为所述的两个带有一个齿槽的铁心单元是由两个长齿侧面合并连接或由两个短齿侧面合并连接；相单元铁心3中每相邻两个铁心单元5中任意一个带有两个齿槽的铁心单元中的一个带有一个齿槽的铁心单元相对于另一个带有两个齿槽的铁心单元的位于同一圆周方向上的一个带有一个齿槽的铁心单元沿中轴线翻转180°；所述两种合并结构的带有两个齿槽的铁心单元依次相间排列为一个相单元铁心3，所述的相单元铁心3中k个带有两个齿槽的铁心单元的齿槽73叠加形成四个齿孔71和两个组合齿槽72。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式四、结合图1至图8、图9和图10说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二或三不同点在于线圈41穿过相单元铁心3的齿孔71，并缠绕在水平磁轭段55上形成一相相单元绕组4或线圈41穿过相单元铁心3的齿孔71，并缠绕在长垂直磁轭段54上形成一相相单元绕组4或线圈41穿过相单元铁心3的齿孔71，并缠绕在短垂直磁轭段53上形成一相相单元绕组4。其它组成和连接方式与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五、结合图1至图8，以及图14和图15说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同点在于永磁体阵列是固定在转子轭61上或永磁体阵列是嵌入在转子轭61上。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六、结合图1、图2和图13说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五不同点在于永磁体阵列由扇形永磁体63组成，扇形永磁体63的充磁方向为厚度方向充磁，n个扇形永磁体63沿圆周方向依次间隔排列组成一个放射状永磁体圈形阵列，所述的放射状永磁体圈形阵列中每相邻两块扇形永磁体63的充磁方向相反；所述的放射状永磁体圈形阵列分别设置在转子轭的凸台两个侧面上，并每个侧面上只设置有一个放射状永磁体圈形阵列；所述的转子轭的凸台上的两行永磁体阵列的充磁方向相同。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。永磁体阵列的平板形永磁体磁场垂直于齿高方向。
具体实施方式七、结合图3、图4和图13说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五不同点在于所述的永磁体阵列由扇形永磁体63组成，扇形永磁体63的充磁方向为沿厚度方向充磁，n个扇形永磁体63沿动子的运动方向依次间隔排列组成一行运动方向永磁体阵列，所述的运动方向永磁体阵列中每相邻两块扇形永磁体63的充磁方向相反；所述的运动方向永磁体阵列沿动子运动方向嵌入在转子轭的凸台内，并贯穿倒转子轭的凸台。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。永磁体阵列的平板形永磁体磁场垂直于齿高方向。
具体实施方式八、结合图5、图6、图7、图8、图14和图15说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五不同点在于永磁体阵列由瓦片形永磁体62和扇形永磁体63组成；扇形永磁体63和扇形永磁体63的充磁方向均为厚度方向充磁；n个扇形永磁体63沿圆周方向依次间隔排列组成一个放射状永磁体圈形阵列，所述的放射状永磁体圈形阵列中每相邻两块扇形永磁体63的充磁方向相反；所述的放射状永磁体圈形阵列分别设置在转子轭的凸台两个侧面上，并每个侧面上只设置有一个放射状永磁体圈形阵列，所述的两个放射状永磁体圈形阵列充磁方向相同；n个瓦片形永磁体62沿圆周方向依次间隔排列组成一个圆环状永磁体圈形阵列，所述的圆环状永磁体圈形阵列中每相邻两块瓦片形永磁体62的充磁方向相反；所述的圆环状永磁体圈形阵列设置在转子轭61外表面上，并且在凸台所分割的两个表面上各设置有一个圆环状永磁体圈形阵列，所述的两个圆环状永磁体圈形阵列的充磁方向相反。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。永磁体阵列中的扇形永磁体63磁场垂直于齿高方向，瓦片形永磁体62磁场沿齿高方向。
具体实施方式六和八中的铁心单元数与转子永磁体磁极数相等，每相相单元铁心3的铁心单元5沿圆周方向依次均匀排列；每个相单元绕组由两个环形线圈构成，两个环形线圈嵌放在铁心单元的齿孔内。本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
具体实施方式九、本实施方式中的集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机的相单元铁心3由九个铁心单元5构成，九个铁心单元5沿圆周方向依次等间隔排列，每相邻两个铁心单元5的齿及磁轭段沿轴向的排列次序相反。线圈41为跑道形，绕在由九个铁心单元5形成的相单元铁心3的短垂直磁轭段53上。永磁体为扇形，轴向充磁，永磁体磁场垂直于齿高方向。当电机为m相电机时，整个电机由i×m个相单元构成，相邻两个相单元沿圆周方向相差180°×j/m电角度，m、i和j均为自然数。
Claims (10)
1.集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机，它由机壳(1)、定子和转子(6)组成；其特征在于定子由若干个相单元(2)组成；每个相单元(2)由若干个相单元铁心(3)和相电枢绕组(4)组成；每个相单元铁心(3)由k个铁心单元(5)组成，每个铁心单元(5)由n个齿和磁轭组成；所述的n个齿沿轴向排列，所述的n个齿之间连接有磁轭；k个铁心单元(5)沿圆周方向依次等间隔排列在机壳(1)内，并且k个铁心单元(5)在圆周方向叠加排列形成相单元铁心(3)的齿孔(71)和组合齿槽(72)；线圈(41)穿过相单元铁心(3)的齿孔(71)绕成一相相电枢绕组(4)；转子(6)由永磁体阵列和转子轭(61)组成，转子轭(61)为环面上设置有凸台的转子轭，永磁体阵列设置在所述的转子轭(61)上，所述转子轭(61)的凸台位于组合齿槽(72)内；当电机为m相电机时，则有i×m个相单元(2)，相邻两个相电枢绕组(4)之间为[(j-1)+1/m]×180°电角度，其中j、k、m、i、n均为自然数，n≥2。
2.根据权利要求1所述的集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机，其特征在于相单元铁心(3)中每个铁心单元(5)为带有一个齿槽的铁心单元，带有一个齿槽的铁心单元由一个长齿(51)、一个短齿(52)、一个短垂直磁轭段(53)、一个长垂直磁轭段(54)和一个水平磁轭段(55)组成；所述的长齿(51)与短齿(52)沿横截面的轴向排列，所述的长齿(51)与短齿(52)之间均依次连接有短垂直磁轭段(53)、水平磁轭段(55)和长垂直磁轭段(54)，所述的长齿(51)侧面上部与所述的短垂直磁轭段(53)的一侧侧面下部相连，所述的短垂直磁轭段(53)的另一侧侧面上部与所述的水平磁轭段(55)一端相连，所述的水平磁轭段(55)的另一端与所述的长垂直磁轭段(54)的一侧侧面上部相连，所述的长垂直磁轭段(54)的另一侧侧面与所述的短齿(52)的一个侧面位于同一垂直面上，并且长垂直磁轭段(54)的底面与所述的短齿(52)的上部相连；铁心单元(5)的长齿(51)、短齿(52)、短垂直磁轭段(53)、长垂直磁轭段(54)和水平磁轭段(55)构成的半封闭空间为齿槽(73)；设定铁心单元(5)的一个端面为正面，则与之相对的另一个端面为背面，相单元铁心(3)中每相邻两个铁心单元(5)的正面与正面相对或背面与背面相对；相单元铁心(3)中k个铁心单元(5)的齿槽(73)叠加形成两个齿孔(71)和一个组合齿槽(72)。
3.根据权利要求2所述的集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机，其特征在于相单元铁心(3)中每个铁心单元(5)是由两个带有一个齿槽的铁心单元沿轴向合并组成的带有两个齿槽的铁心单元，所述的带有两个齿槽的铁心单元有两种合并结构，一种合并结构为两个带有一个齿槽的铁心单元的两个长齿侧面合并连接组成一个带有两个齿槽的铁心单元，另一种合并结构为两个带有一个齿槽的铁心单元的两个短齿侧面合并连接组成一个带有两个齿槽的铁心单元，所述两种合并结构的带有两个齿槽的铁心单元依次相间排列为一个相单 元铁心(3)，所述的相单元铁心(3)中k个带有两个齿槽的铁心单元的齿槽(73)叠加形成四个齿孔(71)和两个组合齿槽(72)。
4.根据权利要求2或3所述的集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机，其特征在于线圈(41)穿过相单元铁心(3)的齿孔(71)，并缠绕在水平磁轭段55上形成一相相单元绕组(4)。
5.根据权利要求2或3所述的集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机，其特征在于线圈(41)穿过相单元铁心(3)的齿孔(71)，并缠绕在长垂直磁轭段54上形成一相相单元绕组(4)。
6.根据权利要求2或3所述的集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机，其特征在于线圈(41)穿过相单元铁心(3)的齿孔(71)，并缠绕在短垂直磁轭段(53)上形成一相相单元绕组(4)。
7.根据权利要求1所述的集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机，其特征在于永磁体阵列是固定在转子轭(61)上或嵌入转子轭(61)。
8.根据权利要求1、2、3或7所述的集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机，其特征在于永磁体阵列由扇形永磁体(63)组成，扇形永磁体(63)的充磁方向为厚度方向充磁，n个扇形永磁体(63)沿圆周方向依次间隔排列组成一个放射状永磁体圈形阵列，所述的放射状永磁体圈形阵列中每相邻两块扇形永磁体(63)的充磁方向相反；所述的放射状永磁体圈形阵列分别设置在转子轭的凸台两个侧面上，并每个侧面上只设置有一个放射状永磁体圈形阵列；所述的转子轭的凸台上的两行永磁体阵列的充磁方向相同。
9.根据权利要求1、2、3或7所述的集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机，其特征在于所述的永磁体阵列由扇形永磁体(63)组成，扇形永磁体(63)的充磁方向为沿厚度方向充磁，n个扇形永磁体(63)沿转子的运动方向依次间隔排列组成一行运动方向永磁体阵列，所述的运动方向永磁体阵列中每相邻两块扇形永磁体(63)的充磁方向相反；所述的运动方向永磁体阵列沿转子运动方向嵌入在转子轭的凸台内，并贯穿到转子轭的凸台。
10.根据权利要求1、2、3或7所述的集成绕组结构轴向磁场永磁同步电机，其特征在于永磁体阵列由瓦片形永磁体(62)和扇形永磁体(63)组成；瓦片形永磁体(62)和扇形永磁体(63)的充磁方向均为厚度方向充磁；n个扇形永磁体(63)沿圆周方向依次间隔排列组成一个放射状永磁体圈形阵列，所述的放射状永磁体圈形阵列中每相邻两块扇形永磁体(63)的充磁方向相反；所述的放射状永磁体圈形阵列分别设置在转子轭的凸台两个侧面上，并每个侧面上只设置有一个放射状永磁体圈形阵列，两个放射状永磁体圈形阵列充磁方向相同；n个瓦片形永磁体(62)沿圆周方向依次间隔排列组成一个圆环状永磁体圈形阵列，所述 的圆环状永磁体圈形阵列中每相邻两块瓦片形永磁体(62)的充磁方向相反；所述的圆环状永磁体圈形阵列设置在转子轭(61)外表面上，并且在凸台所分割的两个表面上各设置有一个圆环状永磁体圈形阵列，两个圆环状永磁体圈形阵列的充磁方向相反。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120418 Termination date: 20220211 |
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