CN109361275A - 一种减少短路转矩的高性能永磁电机 - Google Patents

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茅飞
徐新艳
顾正雍
吴斌
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Abstract

本发明公开了一种减少短路转矩的高性能永磁电机：包括组合定子铁芯和转子，组合定子铁芯包括定子铁芯一及定子铁芯二，定子铁芯一设有多个均匀分布的齿一，定子铁芯二包括多个均匀分布的齿二，齿一的数量等于齿二的数量，齿一与齿二等距相间分布，齿一连接三相绕组，转子包括从内向外依次连接的转轴、转子铁心、面包型磁钢，齿一的宽度等于齿二的宽度，齿一的齿顶宽度小于齿二的齿顶宽度，梨形槽的数量等于面包型磁钢的数量，梨形槽的位置与面包型磁钢的相对应。本发明的组合定子铁芯采使得电机的槽开口更小，但漏磁更小，梨形槽型转子铁心可以改善电机的磁路，能够在不影响电机正常电磁性能的前提下，降低三相短路转矩。

Description

一种减少短路转矩的高性能永磁电机
技术领域
本发明涉及永磁电机领域，具体涉及一种减少短路转矩的高性能永磁电机。
背景技术
随着经济技术的发展，绿色出行理念的传递，地铁、高铁以其方便快捷的特点成为了城市内与城市间人们出行的主要交通工具。这意味着对地铁、高铁等轨道交通门所使用的电机的可靠性与容错性能有着更高的要求。为保障乘客的安全，需保证轨道交通门系统会出现的三相短路故障时，轨道门能够被徒手拉开，即电机在三相短路转矩需足够小。
常规电机通常采用闭口槽定子结构以及粘接型磁钢来减小电机的三相短路转矩，但闭口槽结构会导致电机的漏磁大，电流谐波杂多，严重影响电机运行时的性能，同时粘接型磁钢的性能较弱，影响电机的功率密度。综上所述，采用闭口槽结构和粘接型磁钢虽然能让电机满足减小三相短路转矩的要求，但会影响到电机正常工作情况下的电磁性能。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种能够在不影响电机正常电磁性能的前提下，降低电机的三相短路转矩的高性能永磁电机。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种减少短路转矩的高性能永磁电机，其特征在于：包括组合定子铁芯和转子，所述组合定子铁芯包括定子铁芯一及定子铁芯二，所述定子铁芯一设有多个均匀分布的齿一，所述定子铁芯二包括多个均匀分布的齿二，所述齿一的数量等于齿二的数量，齿一与齿二等距相间分布，所述齿一连接三相绕组，所述转子包括从内向外依次连接的转轴、转子铁心、面包型磁钢。
具体的，前述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，所述齿一的宽度等于齿二的宽度，所述齿一的齿顶宽度小于齿二的齿顶宽度。
具体的，前述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，所述定子铁芯一设有凹槽，所述凹槽连接齿二的端部。
具体的，前述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，所述齿一与齿二的数量均是六个。
具体的，前述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，所述转子铁心还设有梨形槽，所述梨形槽的数量等于面包型磁钢的数量，梨形槽的位置与面包型磁钢的相对应。
具体的，前述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，所述梨形槽与面包型磁钢的数量均是十个。
具体的，前述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，所述面包型磁钢与转子铁心的连接关系是胶接。
具体的，前述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，三相绕组是单层绕组。
具体的，前述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，三相绕组的连接方式是星形或三角形。
具体的，前述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，面包型磁钢是烧结型磁钢。
本发明所达到的有益效果：
1. 本发明的组合定子铁芯采用定子铁芯一与定子铁芯二相组合的方式，使得电机的槽开口更小，但漏磁比现有技术中的闭口槽电机更小，电机的电磁性能比闭口槽电机的更高。
2. 齿一的齿顶宽度小于齿二的齿顶宽度，使得二者组合形成的定子铁心的槽开口较小，使得电机的电感较大，短路转矩小，使电机在三相短路时，更容易被外力转动。此外，由于采用槽开口小的定子铁心，使得电机可以使用性能更好的烧结型磁钢，进一步增加了电机的电磁性能。
3. 与传统的闭口槽电机相比，本发明漏磁更小，定子谐波谐波更小，电机的电磁性能更优越。烧结型的面包型磁钢可以产生近似正弦的磁场，使得电机的气隙中的谐波较小，降低电机的损耗，提高电机效率。梨形槽型转子铁心可以改善电机的磁路，降低转子的重量与转动惯量，提高电机的性能，能够在不影响电机正常电磁性能的前提下，降低三相短路转矩。
附图说明
图1是本发明定子铁芯一结构图；
图2是本发明齿二结构图；
图3是本发明整体截面图；
图4为本发明减小三相短路转矩的高性能永磁电机三相短路300rpm时的转矩；
图5为本发明电机与闭口槽电机在BLDC工作模式下的转矩-转速曲线；
图6为本发明电机与闭口槽电机在BLDC工作模式下的转矩-电流曲线；
图7为本发明电机与闭口槽电机在BLDC工作模式下的转矩-效率曲线；
附图标记的含义：1-定子铁芯一；2-定子铁芯二；3-三相绕组；4-面包型磁钢；5-转子铁芯；6-转轴；11-凹槽；12-齿一；21-齿二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图3所示：本实施例公开了一种减少短路转矩的高性能永磁电：包括组合定子铁芯和转子，组合定子铁芯包括定子铁芯一1及定子铁芯二2，定子铁芯一1设有多个均匀分布的齿一11，定子铁芯二2包括多个均匀分布的齿二21，齿一11的数量等于齿二21的数量。并且齿一11与齿二21等距相间分布，相邻齿一11与齿二21之间的距离均是相等的。
齿一11连接三相绕组3，转子包括从内向外依次连接的转轴6、转子铁心5、面包型磁钢4，面包型磁钢4与转子铁心5的连接关系优选胶接。组合定子铁芯和转子铁心5均为导磁性材料，转轴6优选非导磁性材料。
结合图1及图2：齿一11的宽度A1等于齿二21的宽度A2，齿一11的齿顶宽度B1小于齿二21的齿顶宽度B2。这样能够使二者（定子铁芯一1及定子铁芯二2）组合形成的定子铁心的槽开口较小，使电机的电感较大，短路转矩小。
具体的，定子铁芯一1设有凹槽11，定子铁芯一1通过凹槽11连接齿二21的端部。在实际组装时，先在齿一11上绕三相绕组3，然后将齿二21的端部压装在凹槽11内。
本实施例的齿一11与齿二21的数量均优选有六个。
转子铁心5还设有若干梨形槽51，梨形槽51的数量等于面包型磁钢4的数量，梨形槽51的位置与面包型磁钢4的相对应。所谓向对应就是梨形槽51中心点、面包型磁钢4中心点及定子铁芯一1的中心点，三点在一条直线上。
通过在转子铁心5上开设梨形槽51来改善电机的磁路，能够减小转子铁心5的重量，降低转子整体的转动惯量，而面包型磁钢4使得电机的气隙磁场更加正弦。
本实施例的梨形槽51与面包型磁钢4的数量均是十个，面包型磁钢4最好是烧结型磁钢，能够进一步增加电机的电磁性能。
本实施例的三相绕组3优选单层绕组，三相绕组3的连接方式是星形或三角形。
图4为本发明在转速为300rpm时的转矩。从图中可以看出：电机的稳态三相短路转矩为0.28Nm，经验证试验，在电机发生三相短路故障时，所使用设备能够被徒手拉开。
图5-7分别为本发明电机与闭口槽电机在BLDC（无刷直流电机）工作模式下的转矩-转速、电流-转矩、效率-转矩曲线。需要注明的是，本发明电机的铁心的叠厚和磁钢的轴长比闭口槽电机短11cm，电机的体积比闭口槽电机小15%。在相同转矩下，本发明相对于现有的闭口槽电机转速更小、效率更高。综合性能由于现有技术中的闭口槽电机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种减少短路转矩的高性能永磁电机，其特征在于：包括组合定子铁芯和转子，所述组合定子铁芯包括定子铁芯一（1）及定子铁芯二（2），所述定子铁芯一（1）设有多个均匀分布的齿一（11），所述定子铁芯二（2）包括多个均匀分布的齿二（21），所述齿一（11）的数量等于齿二（21）的数量，齿一（11）与齿二（21）等距相间分布，所述齿一（11）连接三相绕组（3），所述转子包括从内向外依次连接的转轴（6）、转子铁心（5）、面包型磁钢（4）。
2.根据权利要求1所述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，其特征在于：所述齿一（11）的宽度等于齿二（21）的宽度，所述齿一（11）的齿顶宽度小于齿二（21）的齿顶宽度。
3.根据权利要求1所述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，其特征在于：所述定子铁芯一（1）设有凹槽（11），所述凹槽（11）连接齿二（21）的端部。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，其特征在于：所述齿一（11）与齿二（21）的数量均是六个。
5.根据权利要求1所述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，其特征在于：所述转子铁心（5）还设有梨形槽（51），所述梨形槽（51）的数量等于面包型磁钢（4）的数量，梨形槽（51）的位置与面包型磁钢（4）的相对应。
6.根据权利要求5所述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，其特征在于：所述梨形槽（51）与面包型磁钢（4）的数量均是十个。
7.根据权利要求1所述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，其特征在于：所述面包型磁钢（4）与转子铁心（5）的连接关系是胶接。
8.根据权利要求1所述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，其特征在于：三相绕组（3）是单层绕组。
9.根据权利要求1或8所述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，其特征在于：三相绕组（3）的连接方式是星形或三角形。
10.根据权利要求1所述的一种减少短路转矩的高性能永磁电机，其特征在于：所述面包型磁钢（4）是烧结型磁钢。
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