CN102118072B - 一种自增速永磁直驱电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自增速永磁直驱电机包括电机定子和电机转子;所述电机定子包括设有线槽的定子铁心(1)、嵌入定子铁心(1)线槽内的电枢绕组(2)、定子极靴(3)以及安装于定子极靴(3)表面的永磁体(4);所述电机转子包括转子铁心(6)和转子凸极(7);电机定子和电机转子之间设有气隙(5);电机包括内转子结构或者外转子结构。本发明利用电机特殊的结构,通过调制电机的气隙磁阻分布,使电机定子内永磁磁通的旋转速度成倍于电机转子的转速,实现自增速的效果,该电机适用于低速直驱应用场合,具有功率密度高,额定转矩大等特点。

Description

一种自增速永磁直驱电机
技术领域
[0001] 本发明涉及一种新型自增速永磁电机,具体是适用于低速场合的直驱永磁电机,本发明涉及电工、电机领域。
背景技术
[0002] 根据电机设计原理,在额定功率确定的情况下,转子旋转速度越高,电机的体积、重量和制造成本就越小。在很多诸如风力发电、电动汽车驱动等低速场合,通常利用体积庞大的齿轮箱等机械装置进行变速驱动,以兼顾高速电机的设计要求与低转速大转矩需要之间的矛盾。而大量机械装置的使用将不可避免的带来噪声、机械损耗以及需要定期维护等问题,并将明显增加结构的复杂性以及体积和重量。
[0003] 直驱电机可以直接用于低速工况,省去了额外的齿轮箱等中间转换装置,大大简化了系统结构,减小整个系统的体积和重量,同时,系统的可靠性、效率和功率密度等必将·得到有效地提高,因此,直驱电机逐渐成为国内外学者的研究热点。但是,由于直驱电机运行速度低,通常传统直驱电机具有体积大,定子和转子均有很多对极等特点,给电机制造和安装带来很大的困难,制造成本较高。
发明内容
[0004] 技术问题:本发明针对现有技术的不足进行设计,提出了一种自增速永磁直驱电机,目的在于提高低速大转矩应用情况下电机系统的功率密度,简化系统结构,提高运行效率。
[0005] 技术方案:为解决上述技术问题,本发明提供的自增速永磁直驱电机由电机定子和电机转子构成,该电机定子包括设有线槽的定子铁心、嵌入定子铁心线槽内的电枢绕组、定子极靴以及安装于定子极靴表面的永磁体;永磁体沿电机径向充磁,永磁体沿着电机气隙的圆周依次排列。所述电机转子包括转子铁心和转子凸极;电机定子和电机转子之间设有气隙;所述电机定子固定不动,电机转子作旋转运动。该自增速永磁直驱电机包括内转子结构或外转子结构。所述的每个极靴上的永磁体沿电机径向充磁,且相邻永磁体充磁方向相反,构成N-S交替充磁结构,使气隙内的磁通密度成类正弦分布。所述的永磁体布满整个内转子结构电机定子内表面,或外转子结构定子外表面,设计成闭口槽结构;所述的永磁体贴装于极靴表面,设计成开口槽结构,且每个定子极靴的宽度与永磁体的极距之比为大于I的自然数或分数。
[0006] 所述电枢绕组可绕制成集中或分布形式。
[0007] 该自增速永磁直驱电机可以用作电动机,也可以用作发电机。
[0008] 有益效果:
[0009] I)利用特殊的电机定转子结构,通过调制电机的气隙磁阻分布,使电机定子内永磁磁通的旋转速度成倍于电机转子转速,实现自增速的效果,以提高电机额定输出转矩和功率密度;[0010] 2)永磁体和绕组均被安装于电机定子上,便于电机的冷却;
[0011] 3)电枢绕组不限制为集中绕组,电机极数配比更具多样性;
[0012] 4)每个极靴上的永磁体块数不限制为偶数,为电机设计带来很大的灵活性,同时便于通过设计合理的永磁体和转子凸极数量,以减小电机定位力,避免使用斜槽等措施,降低制造难度和成本;
[0013] 5)电机转子仅为带有凸极的铁心结构,机械强度大,适用于大转矩输出工况;
附图说明
[0014] 图I为结构一:自增速永磁直驱电机闭口槽结构不意图。
[0015] 图2为结构二 :自增速永磁直驱电机开口槽结构(极靴宽度与永磁体极距之比为分数)示意图。
[0016] 图3为结构三:自增速永磁直驱电机开口槽结构(极靴宽度与永磁体极距之比为自然数)示意图。
[0017] 图中有:定子铁心1,电枢绕组2,定子极靴3,永磁体4,气隙5,转子铁心6,转子凸极7。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0019] 本发明提供的新型自增速直驱电机适用于低速大转矩工况,可以作为直驱电机运行于电动或发电状态,其结构包括电机定子和电机转子,该电机定子包括设有线槽的定子铁心、电枢绕组、定子极靴和永磁体,电枢绕组嵌入定子铁心线槽内,永磁体安装于定子极靴表面;电机转子包括转子铁心和转子凸极;在电机定子永磁体和转子凸极之间设有气隙。
[0020] 所述的定子铁心和次级铁心由硅钢叠片或其他导磁材料构成。
[0021] 所述的每个极靴上的有多个永磁体沿着气隙圆周依次排列,这些永磁体沿电机径向充磁,且相邻永磁体充磁方向相反,构成N-S交替充磁结构,使气隙内的磁通密度成类正弦分布。
[0022] 所述的永磁体可以布满整个电机定子气隙侧表面,设计成闭口槽结构;或所述的永磁体仅仅贴装于极靴表面,设计成开口槽结构,且每个定子极靴的宽度与永磁体的极距之比为大于I的自然数或分数,不同于现有技术要求定子极靴宽度与永磁体极距之比必须为偶数。
[0023] 所述电枢绕组可绕制成集中或分布形式,不同于现有技术要求必须为集中绕组。
[0024] 所述电机定子固定不动,电机转子作旋转运动。
[0025] 所述新型自增速永磁直驱电机包括内转子结构和外转子结构。
[0026] 参见图I、图2和图3,本发明的新型自增速永磁直驱电机,包括电机定子和电机转子,该直驱电机定子包括设有线槽的定子铁心I、电枢绕组2、定子极靴3和永磁体4,电枢绕组2嵌入定子铁心线槽内,永磁体4安装于定子极靴3表面;电机转子包括转子铁心6和转子凸极7 ;在电机定子永磁体和转子凸极之间设有气隙5。
[0027] 所述的定子铁心I、定子极靴3、转子铁心6和转子凸极7均由硅钢叠片或其他导磁材料构成,与普通电机制造工艺相同。
[0028] 所述的每个极靴上的有多个永磁体沿着气隙圆周依次排列,这些永磁体沿电机径向充磁,且相邻永磁体充磁方向相反,构成N-S交替充磁结构,使气隙内的磁通密度成类正弦分布。
[0029] 所述的永磁体可以布满整个电机定子气隙侧表面,设计成闭口槽结构(如图I所示);或所述的永磁体仅仅贴装于极靴表面,设计成开口槽结构(如图2和3所示),且每个定子极靴的宽度与永磁体的极距之比为大于I的自然数或分数,不同于现有技术要求定子极靴宽度与永磁体极距之比必须为偶数。
[0030] 所述电枢绕组2可按不同极对数制成集中或分布形式。电枢绕组2的极距(弧度)与永磁体4的极距(弧度)不等,且满足如下关系:
Figure CN102118072BD00051
[0032] τ¥, τ ^和τ pM分别为电枢绕组2,转子凸极7和永磁体4的极距(弧度)。电机
定子中由永磁体4产生磁场的旋转速度与电枢绕组2中电流产生的磁场运动速度相等,该
速度与电机转子6的旋转速度之比等于电枢绕组2的极距(弧度)与永磁体4的极距(弧
度)之比,即转子凸极7的凸极数量与电枢绕组2的极对数之比,且旋转方向相同,其关系
如式⑵所示:
Figure CN102118072BD00052
[0034] nw为电枢绕组2中电流产生磁场的转速,nr为电机转子6的旋转速度,Pr为转子凸极7的凸极数量,pw为电枢绕组2的极对数。根据上述原理,可以根据工况需要设计电枢绕组2、永磁体4和转子凸极7的极距。为实现自增速目的,需要将转子凸极7的极距设计的比电枢绕组2的极距小,即转子凸极7的凸极数量要比电枢绕组2的极对数多。
[0035] 所述电机定子I固定不动,电机转子6作旋转运动。
[0036] 本发明的自增速永磁直驱电机包括内转子结构和外转子结构。

Claims (4)

1. 一种自增速永磁直驱电机,由电机定子和电机转子构成;其特征在于:该电机定子包括设有线槽的定子铁心(I)、嵌入定子铁心(I)线槽内的电枢绕组(2)、定子极靴(3)以及安装于定子极靴(3)表面的永磁体(4);永磁体(4)沿电机径向充磁,永磁体(4)沿着电机气隙(5)的圆周依次排列; 所述电机转子包括转子铁心(6)和转子凸极(7); 电机定子和电机转子之间设有气隙(5); 所述电机定子(I)固定不动,电机转子(6)作旋转运动; 所述的每个极靴上的永磁体(4)沿电机径向充磁,且相邻永磁体(4)充磁方向相反,构成N-S交替充磁结构,使气隙(5)内的磁通密度成类正弦分布; 将转子凸极(7)的极距设计的比电枢绕组(2)的极距小,即转子凸极(7)的凸极数量要比电枢绕组(2)的极对数多。
2.根据权利要求I所述的自增速永磁直驱电机,其特征在于:该自增速永磁直驱电机包括内转子结构或外转子结构。
3.根据权利要求I所述的自增速永磁直驱电机,其特征在于:所述的永磁体(4)布满整个内转子结构电机定子内表面,或外转子结构定子外表面,设计成闭口槽结构;所述的永磁体(4)贴装于极靴(3)表面,设计成开口槽结构,且每个定子极靴(3)的宽度与永磁体(4)的极距之比为大于I的自然数或分数。
4.根据权利要求I所述的自增速永磁直驱电机,其特征在于:所述电枢绕组(2)绕制成集中或分布形式。
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Assignee: Haian Shenling Electrical Appliance Manufacturing Co., Ltd.

Assignor: Southeast University

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Denomination of invention: Automatic accelerating permanent-magnet direct-drive motor

Granted publication date: 20121219

License type: Exclusive License

Record date: 20160111

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