CN107104524A - 独立绕组连续极永磁电机 - Google Patents

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钱振宇
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Abstract

本发明提供一种独立绕组连续极永磁电机，属电机技术领域，目的是解决目前低速永磁同步电机永磁体用量大、转矩密度低的问题。本发明包括定子组件、转子组件和气隙。定子组件包括电枢铁心、电枢绕组和永磁体。电枢铁心包括大齿、小齿和轭结构，大齿和轭结构形成大槽，槽内设置电枢绕组。大槽开口位置交替设置永磁体和小齿。所有永磁体的充磁方向均相同。单个小齿和永磁体的弧长均为τ(τ为极距)。转子组件由转子导磁铁心及非导磁间隙组成，单个转子导磁铁心及间隙的总弧长为2τ。该电机采用多极少槽结构，转子结构简单，较之于传统N‑S永磁体磁极结构，永磁体用量大幅度减少，在保证输出转矩的同时，该电机的成本可显著降低。

Description

独立绕组连续极永磁电机
技术领域
本发明属电机领域，特别涉及到一种独立绕组连续极永磁电机。
背景技术
直接驱动系统省去了中间减速机构，使得系统结构简单，适合用于低速场合。已有的直接驱动低速永磁电机，普遍采用多极多槽结构，其中NS磁极由充磁方向相反的永磁体或永磁体阵列组成，这使得此类电机永磁体用量大，电机的成本高。而且电机多采用多极多槽设置，使得绕组绕制工艺复杂，可靠性降低。
发明内容
本发明为解决现有低速永磁同步电机永磁体用量大，加工装配工艺复杂问题，提出一种大齿槽连续极永磁电机。
本发明的具体技术方案如下：
独立绕组连续极永磁电机，它包括定子组件、转子组件和气隙。定子组件包括电枢铁心、电枢绕组和永磁体。电枢铁心包括大齿3、小齿5和电枢铁心轭7结构。对于三相电机，电枢铁心大齿3和轭7结构形成Q(Q＝3k，k为整数)个大槽9，槽内设置电枢绕组1。所形成的大槽9开口位置设置永磁体4和小齿 5阵列，永磁体4与小齿5铁心块交替排列，其中所有永磁体4的充磁方向均为沿半径方向向外(或均为向内)，永磁体块数为N(N＝2I+1，I为整数)，小齿5的个数为(N-1)个，临近电枢铁心大齿3的位置上为永磁体4，其中，电枢铁心大齿3的弧长为(S±2/3)τ(S为整数)，单个永磁体4和小齿5的弧长均为τ。转子组件由转子导磁铁心2和间隙8组成，单个转子导磁铁心2及间隙8的总弧长为2τ。该电机可采用三相或多相结构。该电机可采用内转子、外转子或双气隙双定子(转子位于两个定子中间)的结构。
多相独立绕组连续极永磁电机，当相数为M(M≥2，M为整数)时，大槽9的个数为Q(Q＝M×k，k为整数)，大齿3的弧长为(S±1/M)τ。对于双气隙双定子结构的独立绕组连续极永磁电机，内定子永磁体4-3和外定子永磁体4-2的充磁方向相反。
本发明的优点是：
1、本发明的独立绕组连续极永磁电机的绕组和永磁体均位于定子上，较之于常规低速永磁同步电机，该电机的绕组槽数可以设计为大槽结构，可以采用多极少槽设计，而且极数可以远多于槽数，绕组工艺简单，易于实现绕组的冷却，有利于提高电负荷，适合用于低压大电流供电及低速运行场合，以提高电机的转矩密度。
2、本发明的独立绕组连续极永磁电机的有效转子结构仅包括导磁铁心，转子结构简单，易于加工，配合轻质的支撑结构，可以有效减小转子的惯量，所需的空载转矩较小。
3、本发明的独立绕组连续极永磁电机，每对极下采用单个充磁方向的永磁体和中间铁心齿形成N-S 交替的磁场，较之于传统采用两块充磁方向相反的永磁体结构，永磁体用量减少。此外，传统永磁同步电机的永磁体设置在整个转子圆周范围内，而本发明的大齿槽连续极永磁电机在圆周范围内，大齿所在位置省却了相应永磁体用量。经计算，实现相同的转矩输出，本发明的外转子大齿槽连续极永磁电机的永磁体用量至少可减少20％以上。
附图说明
图1为实施方式一的外转子独立绕组连续极永磁电机的结构示意图。
图2为磁链最大时的磁通路径示意图。
图3为磁链最小时的磁通路径示意图。
图4为实施方式二的带轭结构的外转子独立绕组连续极永磁电机
图5为实施方式三的内转子独立绕组连续极永磁电机。
图6为实施方式四的双气隙双定子独立绕组连续极永磁电机。
图7为现有直接驱动低速永磁同步电机的结构示意图。
图中：1-电枢绕组；2-转子铁心；3-大齿；4-永磁体；5-小齿；6-气隙；7-电枢铁心轭；8-间隙；9- 大槽；10-非导磁转子壳体；。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明
实施方式一：
如图1所示，本实施例为三相外转子独立绕组连续极永磁电机。它包括定子组件、转子组件和气隙。定子组件包括电枢铁心、电枢绕组和永磁体。电枢铁心包括大齿3、小齿5和电枢铁心轭7结构。电枢铁心大齿3和轭7结构形成Q(Q＝3k，k为整数)个大槽9，槽内设置电枢绕组1。所形成的大槽9开口位置设置永磁体4和小齿5阵列，永磁体4与小齿5铁心块交替排列，其中所有永磁体4的充磁方向均为沿半径方向向外(或均为向内)，永磁体块数为N(N＝2I+1，I为整数)，小齿5的个数为(N-1)个，临近电枢铁心大齿3的位置上为永磁体4，其中，电枢铁心大齿3的弧长为(S±2/3)τ(S为整数)，单个永磁体 4和小齿5的弧长均为τ。转子组件由转子导磁铁心2和间隙8组成，单个转子导磁铁心2及间隙8的总弧长为2τ。
本发明的独立绕组连续极永磁电机，可以采用多极少槽方案，而且极数可以远多于槽数，绕组结构和工艺简单。
本发明的独立绕组连续极永磁电机，每对极下采用单个充磁方向的永磁体和中间铁心齿形成N-S交替的磁场，较之于传统采用两块充磁方向相反的永磁体结构，永磁体用量减少。此外，传统永磁同步电机的永磁体设置在整个转子圆周范围内，而本发明的大齿槽连续极永磁电机在圆周范围内，大齿所在位置进一步省去了永磁体结构。显然，该电机的永磁体用量及成本可以显著降低。
本发明的独立绕组连续极永磁电机的的工作过程和原理如下：
如图2、3所示，永磁体4发出的磁通，经气隙6、多个转子铁心2、多个电枢小齿5、电枢大齿3、电枢铁心轭7形成串联磁通闭合回路，并与电枢绕组1匝链。随着转子运动，定子和转子相对位置变化，磁链大小发生变化。当磁链最小时，永磁体4发出的磁通经单个转子铁心2及相对的永磁体3和小齿5形成闭合回路，不与绕组匝匝链。随着与电枢绕组1匝链的磁通大小和方向发生变化，从而在电枢绕组1中产生感应反电势。随着转子旋转，在电枢绕组中通入相应的电流，电机即产生转矩。
实施方式二：
如图4所示，本实施例与实施例一的区别是：采用套筒10固定离散的转子铁心2，该套筒采用非导磁材料。
实施方式三：
如图5所示，本实施例与实施例一的区别是：独立绕组连续极永磁电机采用内转子结构方案。电枢绕组1-1，电枢铁心大齿3-1、小齿5-1、电枢铁心轭7-1位于电机外圆，大槽9的开口方向为沿着半径减小方向。转子铁心2-1及间隙8-1位于电机内圆。
实施方式四：
如图6所示，本实施例与实施例一的区别是：独立绕组连续极永磁电机采用双气隙双定子(转子位于两个定子中间)的结构。它实际上相当于外转子电机和内转子电机的耦合，两者共用中间转子铁心2，形成内层气隙6-2和外层气隙6-3，同时内层永磁体4-2的充磁方向与外层永磁体4-3的充磁方向相反。该结构可以进一步充分利用空间体积，提高电机的转矩密度。
实施方式五：
本实施例与实施例一的区别是：独立绕组连续极永磁电机采用多相结构方案，当相数为M(M≥2，M 为整数)时，大槽9的个数为Q(Q＝M×k，k为整数)，大齿3的弧长为(S±1/M)τ。以相数是6为例，大槽9的个数最少可以为6个，大齿3的弧长为(S±1/6)τ。

Claims (3)

1.独立绕组连续极永磁电机，它包括定子组件、转子组件和气隙。定子组件包括电枢铁心、电枢绕组和永磁体。电枢铁心包括大齿3、小齿5和电枢铁心轭7结构。对于三相电机，电枢铁心大齿3和轭7结构形成Q(Q＝3k，k为整数)个大槽9，槽内设置电枢绕组1。所形成的大槽9开口位置设置永磁体4和小齿5阵列，永磁体4与小齿5铁心块交替排列，其中所有永磁体4的充磁方向均为沿半径方向向外(或均为向内)，永磁体块数为N(N＝2I+1，I为整数)，小齿5的个数为(N-1)个，临近电枢铁心大齿3的位置上为永磁体4，其中，电枢铁心大齿3的弧长为(S±2/3)τ(S为整数)，单个永磁体4和小齿5的弧长均为τ。转子组件由转子导磁铁心2和间隙8组成，单个转子导磁铁心2及间隙8的总弧长为2τ。该电机可采用三相或多相结构。该电机可采用内转子、外转子或双气隙双定子(转子位于两个定子中间)的结构。
2.根据权利要求1所述的独立绕组连续极永磁电机，其特征在于：对于M(M≥2，M为整数)相电机，大槽9的个数为Q(Q＝M×k，k为整数)，大齿3的弧长为(S±1/M)τ。
3.根据权利要求1所述的独立绕组连续极永磁电机，其特征在于：对于双气隙双定子结构，内定子永磁体4-3和外定子永磁体4-2的充磁方向相反。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6476524B1 (en) * 1998-02-13 2002-11-05 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Linear motor
US20100259112A1 (en) * 2009-04-13 2010-10-14 Korea Electrotechnology Research Institute Structure for linear and rotary electric machines
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