CN106549545B - 一种六相隔离的永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种六相隔离的永磁电机，包括外壳、永磁体、定子铁心、转子铁心、电枢绕组和轴；呈L形的12对定子铁心固定在外壳内部，定子铁心的内侧有凸出的定子极；两个定子铁心中间夹有一个永磁体并组成一对定子铁心，一对定子铁心上的两个定子极平行，每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，同一对定子铁心上两个极的电枢绕组绕向相反且相位相同，沿圆周方向的各个电枢绕组依据相位不同分六相；转子铁心上有22个均匀分布的凸形极，与24个定子极形成24/22极结构。本发明一种六相隔离的永磁电机具有六相绕组，在一相出现故障后其余各相可以继续运行，而且其转子结构简单，转子上没有绕组，机械强度大。

Description

一种六相隔离的永磁电机
技术领域
本发明涉及一种六相隔离的永磁电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
电能己成为人类现代文明的重要物质基础。电机是生产和使用电能、实现机电能量转换的基础设备。人类目前使用的绝大部分电能都是由发电机产生的。据统计，全世界工业用电动机消耗超过了总发电量的三分之一。在我国，超过一半的年发电量被电动机所消耗，转换成机械动力。因此,电机理论和技术的进步，在开发能源、有效利用能源和节约能源方面占有举足轻重的地位。
随着社会和经济的发展，在工业、民用和军事等领域对电机提出更高的要求，特别是在大功率、高转矩密度、高功率密度和高可靠性等方面。尽管传统的三相电机己相当成熟，然而由于其自身的限制，无法完全满足应用需求。与三相电机相比，多相电机具有转矩密度高、效率高、转矩脉动小和容错能力强等突出优点。由于受总体科技水平的限制，多相电机的研究一直没有太多突破，未受到广泛关注。与其他类型的电机相比，永磁电机具有运行效率高、转矩密度高和功率因数高等优点，而多相永磁电机兼备多相电机和永磁电机的双重优点，在上述应用场合具有更大的潜在优势。
在目前公开的技术中，仅有少数专利是关于多相电机的研究，而且其中多数都是与其控制相关。在相近的专利中，授权号为：ZL201410011535.9的发明专利申请：一种高可靠性的四相交流起动发电机，其定子极上安装有集中绕组，相近相位的n个定子线圈串联组成一相，四相定子绕组首尾依次环形连接，再分别接在四相桥臂的中点。
电机通过相与相之间的有效隔离来增强电机的可靠性和容错性能，在具有隔离功能的电机中，已有的相关专利号号为：ZL201010120847.5的授权发明专利：一种容错式永磁直线电机，包括定子、动子和电枢绕组。在其定子上间隔均布多个电枢齿，电枢绕组绕于电枢齿上，每个所述电枢齿的齿槽中设置一套电枢绕组，每相邻两个所述电枢齿之间设置一个隔离齿；永磁体贴装于电枢齿端部，隔离齿的高度大于贴装有永磁体的电枢齿的高度；动子为由动子铁芯和多个动子齿组成的凸极形状。该发明具有结构简单、功率密度高、可靠性高，电机相与相之间具有物理隔离、热隔离以及磁路解耦，永磁体宜于散热，带故障运行和容错性能强。
本发明提出了一种六相隔离的永磁电机，其独立的定子铁心呈L形，共12对，固定在电机外壳内部，定子铁心的内侧有凸出的定子极。在永磁电机的两个定子铁心中间夹有一个永磁体，每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，同一对定子铁心上两个极的电枢绕组绕向相反且相位相同，沿圆周方向的各个电枢绕组依据相位不同分六相。本发明一种六相隔离的永磁电机既可以作为发电机运行又可以作为电动机运行。
目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及一种六相隔离的永磁电机所采用通过独立定子铁心将六相电枢绕组完全隔离，限制故障传播的结构。另外，本发明申请的极数组合也并非是个简单的有限个组合内的选取问题。根据传统的磁阻类电机的极数公示，六相磁阻类电机的定转子极数一般为6：5，而本发明的极数为12：11，因此克服了传统文献的技术偏见，具备创造性。
发明内容
本发明针对目前永磁电机存在的故障易传播，导致电机可靠性变差等缺陷，提出了一种六相隔离的永磁电机。
本发明采用如下技术方案：
一种六相隔离的永磁电机，由外壳(1)、永磁体(2)、定子铁心(3)、转子铁心(4)、电枢绕组和轴(11)组成；其特征在于：
外壳(1)由非导磁材料制成；
呈L形的定子铁心(3)固定在外壳(1)内部，定子铁心(3)的内侧有凸出的定子极；两个定子铁心中间夹有一个永磁体(2)并组成一对定子铁心，一对定子铁心上的两个定子极平行；
所述永磁电机共有12对均布定子铁心和24个定子极；同一对定子铁心上的两个定子极极距等于转子极极距；
转子铁心(4)上有22个均匀分布的凸形极；
位于定子铁心轭部的12个永磁体(2)沿圆周切向充磁且所有永磁体(2)充磁方向一致；
每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，同一对定子铁心上两个极的电枢绕组绕向相反且相位相同，沿圆周方向的各个电枢绕组依据相位不同分六相，分别是为A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)、D相电枢绕组(8)、E相电枢绕组(9)和F相电枢绕组(10)。
如上所述的一种六相隔离的永磁电机，其特征在于：所述一种六相隔离的永磁电机既可以作为发电机运行又可以作为电动机运行。
如上所述的一种六相隔离的永磁电机，其特征在于：转子极的极弧系数为0.5，定子极极弧长度是转子极极弧长度的0.67倍。
本发明的有益效果如下：
⑴ 本发明系统结构简单，它能够方便的实现机械能和电能之间的双向转换；
⑵ 本发明一种六相隔离的永磁电机的转子结构简单，转子上没有绕组，机械强度大；
⑶ 本发明一种六相隔离的永磁电机具有六相绕组，在一相出现故障后其余各相可以继续运行。
附图说明
图1是本发明一种六相隔离的永磁电机横剖图。其中：1、外壳，2、永磁体，3、定子铁心，4、转子铁心，5、A相电枢绕组，6、B相电枢绕组，7、C相电枢绕组，8、D相电枢绕组，9、E相电枢绕组，10、F相电枢绕组。
图2是本发明一种六相隔离的永磁电机的磁链最大时的情况。其中：2、永磁体，3、定子铁心，4、转子铁心，11、磁链路径曲线。
图3是本发明一种六相隔离的永磁电机的磁链最小时的情况。其中：2、永磁体，3、定子铁心，4、转子铁心。
图4为本发明一种六相隔离的永磁电机的仿真磁链变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1是本发明一种六相隔离的永磁电机横剖图。所示的一种六相隔离的永磁电机由外壳(1)、永磁体(2)、定子铁心(3)、转子铁心(4)、电枢绕组和轴(11)组成；呈L形的定子铁心(3)固定在外壳(1)内部，定子铁心(3)的内侧有凸出的定子极；两个定子铁心中间夹有一个永磁体(2)并组成一对定子铁心，一对定子铁心上的两个定子极平行；转子铁心(4)上有22个均匀分布的凸形极。
本发明的永磁电机共有12对均布定子铁心和24个定子极；同一对定子铁心上的两个定子极极距等于转子极极距；转子极的极弧系数为0.5，定子极极宽是转子极极宽的0.67倍；位于定子铁心轭部的12个永磁体(2)沿圆周切向充磁且所有永磁体(2)充磁方向一致。
每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，同一对定子铁心上两个极的电枢绕组绕向相反且相位相同，沿圆周方向的各个电枢绕组依据相位不同分六相，分别是为A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)、D相电枢绕组(8)、E相电枢绕组(9)和F相电枢绕组(10)。
图2是本发明一种六相隔离的永磁电机的磁链最大时的情况。如图所示，当电机转子铁心(4)转到图中位置，即一对定子铁心(3)上的两个定子极与两个转子极对齐，此时磁链路径曲线(11)最短，绕在该对定子铁心(3)上的电枢绕组的磁链最大。
图3是本发明一种六相隔离的永磁电机的磁链最小时的情况。如图所示，当电机转子铁心(4)转到图中位置，即一对定子铁心(3)上的两个定子极与两个转子极完全错开，绕在该对定子铁心(3)上的电枢绕组的磁链最小。
图4为本发明一种六相隔离的永磁电机的仿真磁链变化曲线图。
下面对本发明提出的一种六相隔离的永磁电机进行工作原理的说明。
本发明所述的一种六相隔离的永磁电机由内嵌在定子铁心轭部的永磁体产生磁场，当一相绕组下的同一对定子铁心上的两个定子极和两个转子极对齐时，该相的磁链最大；当一相绕组下的同一对定子铁心上的两个定子极和两个转子极完全错开时，该相的磁链最小。在电机定子和转子的相对运动中，磁链是在往复变化，从而能够方便的实现机械能和电能之间的双向转换。因此，本发明的一种六相隔离的永磁电机既可以作为发电机运行又可以作为电动机运行。

Claims (3)

1.一种六相隔离的永磁电机，由外壳(1)、永磁体(2)、定子铁心(3)、转子铁心(4)、电枢绕组和轴(11)组成；其特征在于：
外壳(1)由非导磁材料制成；
呈L形的定子铁心(3)固定在外壳(1)内部，定子铁心(3)的内侧有凸出的定子极；两个定子铁心中间夹有一个永磁体(2)并组成一对定子铁心，一对定子铁心上的两个定子极平行；
所述永磁电机共有12对均布定子铁心和24个定子极；同一对定子铁心上的两个定子极极距等于转子极极距；
转子铁心(4)上有22个均匀分布的凸形极；
位于定子铁心轭部的12个永磁体(2)沿圆周切向充磁且所有永磁体(2)充磁方向一致；
每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，同一对定子铁心上两个极的电枢绕组绕向相反且相位相同，沿圆周方向的各个电枢绕组依据相位不同分六相，分别是为A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)、D相电枢绕组(8)、E相电枢绕组(9)和F相电枢绕组(10)。
2.如权利要求1所述的一种六相隔离的永磁电机，其特征在于：所述一种六相隔离的永磁电机既可以作为发电机运行又可以作为电动机运行。
3.如权利要求1所述的一种六相隔离的永磁电机，其特征在于：转子极的极弧系数为0.5，定子极极弧长度是转子极极弧长度的0.67倍。
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