CN110912298B - 一种永磁定子模块化电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁定子模块化电机，由定子铁心、定子绕组、转子铁心、永磁体、电机轴和机壳组成，转子铁心的冲片上均布有6个转子极，定子铁心分为4个扇形定子模块，周向均布在机壳的内壁上，每个定子铁心上布置一个切向充磁的矩形永磁体；定子铁心和转子铁心冲压时，转子极能够沿径向伸入到定子铁心的矩形定子槽内，冲压后可同时得到转子铁心冲片和定子铁心冲片。与现有双凸极电机及其制造工艺相比，本发明冲压出定子铁心和转子铁心嵌套的冲板，消除了定子极间凹槽部位的板材的浪费，提高了板材的利用率，降低了成本，同时还减轻了电机的质量。

Description

一种永磁定子模块化电机
技术领域
本发明涉及一种永磁定子模块化电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
双凸极电机是一种新型无刷直流电机，按励磁方式分主要有永磁、电励磁、混合励磁双凸极电机等。近年来，定子极和转子极均为凸极结构的双凸极电机获得了广泛研究，双凸极电机根据有无永磁体可分为双凸极永磁同步电机和开关磁阻电机，双凸极永磁同步电机和开关磁阻电机相比，仅仅在定子上增加了永磁体，从而能够获得更高的输出转矩；
由于永磁双凸极电机中电枢反应磁链远小于永磁磁琏，对合成磁链影响不大，而开关磁阻电机只有电枢反应磁链，它的大小主要由电流决定，故永磁双凸极电机的绕组电流可以远小于开关磁阻电机的绕组电流，因而永磁双凸极电机的发热和噪声远小于开关磁阻电机。
永磁定子模块化电机就是基于永磁双凸极电机进行的结构创新。永磁双凸极电机的基本结构与开关磁阻电机类似，其定、转子均为凸极齿槽结构，定子和转子铁芯由硅钢片叠压而成，定子上装有集中绕组，空间相对的两个定子齿上的绕组串联构成一相，转子无绕组。但它在转子或定子上放有永磁体，从而使运行原理和控制策略与开关磁阻电机有本质区别，按永磁体安放位置不同，又可分为定子永磁型和转子永磁型。
永磁双凸极电机是在开关磁阻电机和永磁电机的基础上发展起来的，同时吸收了两种电机的优势，降低了诸如驱动控制复杂、成本昂贵、利用率低、噪声大等问题，具有功率密度高、成本低出功大等优点，适合高速运行和恶劣的工作环境；永磁双凸极电机的绕组电流可以远小于开关磁阻电机的绕组电流, 因而其发热和噪声远小于开关磁阻电机，是电工学科近年来继开关磁阻电机之后又一全新的研究方向。
现在，双凸极类电机定子冲片为圆形，使用条形钢板冲压后废角料很大，浪费材料严重。因此很有必要提出一种废角料极少的定子冲片结构。
专利201721411766 .4中在保证定子有效磁路面积最大化以及定子强度的同时，尽可能缩小定子轭部的径向宽度，以此达到节省材料的效果，但省掉的材料未能得到再次利用。
专利201610420762 .6中定子由若干个独立A型铁芯单独制造，最大限度地减少了材料浪费和制造成本。该专利仅仅减少了边角料处板材的浪费，降低了成本，但未能做到冲片的充分利用。
现有的定转子冲片设计工艺不能从根本上充分利用冲片材料，因此很有必要提出一种新型的冲片设计方案，以实现冲压时板材的充分利用。
发明内容
本发明的目的是提出一种永磁定子模块化电机，在保证电机功能的同时，最大程度上提高铁心的利用率，节约硅钢板的使用量。
上述目的是通过如下技术方案实现的：
一种永磁定子模块化电机，包括定子铁心、定子绕组、转子铁心、永磁体、电机轴和机壳，其特征在于：所述一种永磁定子模块化电机的转子铁心的冲片上均布有6个转子极，定子铁心分为4个扇形定子模块，每个定子铁心上布置一个矩形永磁体，4个定子铁心周向均布在机壳的内部，相邻的两个定子铁心之间由不能导磁的机壳连接；4个定子铁心安装后，8个定子极均匀分布在转子极的外侧；
每一个定子铁心上有两个矩形定子槽，两个矩形定子槽在定子铁心上对称分布，矩形定子槽的宽度等于一个转子极的宽度，矩形定子槽底部为圆弧状，转子极顶部同样是圆弧状，圆弧的内径不超过定子槽底部圆弧的外径；
切向充磁的矩形永磁体固定在定子铁心中心线处的定子槽内，与导磁的定子铁心轭部接触，切向充磁；
定子铁心和转子铁心冲压时，每个定子铁心通过矩形定子槽能够与转子铁心的矩形转子极嵌合，冲压后可得到转子铁心冲片和定子铁心冲片。
所述的永磁定子模块化电机，其特征在于：永磁体嵌入到定子铁心内，为定子铁心上的两个定子极提供励磁磁场。
所述的永磁定子模块化电机，其特征在于：当定子的某一模块发生故障时，电机其他模块维持容错运行。定子模块化能够使得定子的某一极发生故障时，电机其他模块还可以正常运行。
所述的永磁定子模块化电机，其特征在于：扇形定子铁心冲片上的定子极极弧中心与转子极极弧中心位置不同，安装后定子极极弧中心的位置与转子极极弧中心位置相同。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明冲压出定子铁心和转子铁心嵌套的冲板，消除了定子极间凹槽部位的板材的浪费，提高了板材的利用率，降低了成本。
（2）本发明的模块化电机定子，每个模块均单独工作，一方面模块化电机隔离性能好，在某个模块出现故障后其余模块仍能不受影响的工作；另一方面，定子模块化使定子的放置位置灵活，定子上的电枢绕组的接线方式灵活。
（3）定转子铁心的冲压过程同时完成，节省了大量的生产时间，缩短了产品的制造周期；
（4）定转子互相嵌套的结构在保证电机性能的基础上，减少了电机的质量。
附图说明
图1是本发明一种永磁定子模块化电机定转子冲压时的结构图。其中：1定子铁心，2转子铁心，3永磁体槽，4转轴
图2是本发明一种永磁定子模块化电机定转子装入电机的结构图。其中：5定子铁心，6转子铁心，7转轴，8永磁体，9电枢绕组，10机壳
图3是本发明一种永磁定子模块化电机的单个定子铁心模块结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
图1所示本发明一种永磁定子模块化电机定转子冲压时的结构图。
本实施方式是通过优化定转子的结构来避免定子子极之间的材料的浪费，减轻电机的成本和质量。具体地，所述一种永磁定子模块化电机的转子铁心（2）的冲片上均布有6个转子极，定子铁心（1）分为4个扇形定子模块；
每一个定子铁心上有两个矩形定子槽，两个矩形定子槽在定子铁心上对称分布，矩形定子槽的宽度等于一个转子极的宽度，矩形定子槽底部为圆弧状，转子极顶部同样是圆弧状，圆弧的内径不超过定子槽底部圆弧的外径；
定子铁心和转子铁心冲压时，转子极能够沿径向伸入到定子铁心的矩形槽内，冲压后可得到转子铁心冲片和定子铁心冲片；
在冲压过程中定子铁心冲片上的定子极极弧中心与转子极极弧中心位置不同，定子极极弧中心的位置应保证在安装后与转子极极弧中心位置相同，以达到转子铁心旋转在任意位置，定转子极之间的气隙大小相同。
在本实施例中，转子极的极弧系数为0.52，转子极极宽是定子极极宽的0.24倍；
图2是本发明一种永磁定子模块化电机定转子装入电机的结构图。
所述永磁定子模块化电机，包括定子铁心（5）、转子铁心（6）、永磁体（7）、电机轴（8）、电枢绕组（9）和机壳（10）；
呈模块化的定子铁心（5）共有4个，4个定子铁心沿壳体内壁周向均匀排布，每个定子铁心（5）有两个向内凸出的定子极，各个定子铁心（5）之间不直接接触，留有间距；4个定子铁心（5）沿圆周均布，所述转子铁心（6）均布有6个凸出的转子极。
定子铁心（5）逆时针方向的定子极上绕有电枢绕组（9），所有电枢绕组的绕向相同；电枢绕组（5）都是集中式绕组。
每个定子铁心（5）上布置一个矩形永磁体（7），矩形永磁体固定在定子铁心中心线处的定子槽内，与导磁的定子铁心轭部接触，用来产生励磁磁场；
定子子极上只有电枢绕组，永磁体提供励磁磁场。
转子铁心（6）的冲片上相邻的转子极同时与同一个定子铁心模块上的定子极重合，产生磁通路，形成旋转磁场，转子受到电磁力的作用继续旋转；
本例的永磁定子模块化电机采用的是定子永磁型结构，矩形永磁体沿径向布置在定子铁心上，其采用切向充磁的方式，为每一个定子铁心上的两个定子极提供励磁磁场；
所述模块化电励磁双凸极电机既可以作为发电机运行又可以作为电动机运行。
图3是本发明一种永磁定子模块化电机的单个定子铁心模块结构图。
每一个扇形定子铁心单独为一个模块，永磁体槽布置在定子铁心的中央，相邻的两个定子铁心模块之间通过不能导磁的机壳连接；
扇形定子铁心模块的外径为圆弧状，圆弧的圆心要根据安装时的位置确定，冲压时，其圆心位置与定子铁心的圆心位置不同。

Claims (3)

1.一种永磁定子模块化电机，包括定子铁心、定子绕组、转子铁心、永磁体、电机轴和机壳，其特征在于：所述一种永磁定子模块化电机的转子铁心的冲片上均布有6个转子极，定子铁心分为4个扇形定子模块，每个定子铁心上布置一个矩形永磁体，4个定子铁心周向均布在机壳的内部，相邻的两个定子铁心之间由不能导磁的机壳连接；4个定子铁心安装后，8个定子极均匀分布在转子极的外侧；
每一个定子铁心上有两个矩形定子槽，两个矩形定子槽在定子铁心上对称分布，矩形定子槽的宽度等于一个转子极的宽度，矩形定子槽底部为圆弧状，转子极顶部同样是圆弧状，圆弧的内径不超过定子槽底部圆弧的外径；
切向充磁的矩形永磁体固定在定子铁心中心线处的定子槽内，与导磁的定子铁心轭部接触，切向充磁；
定子铁心和转子铁心冲压时，每个定子铁心通过矩形定子槽能够与转子铁心的矩形转子极嵌合，冲压后可得到转子铁心冲片和定子铁心冲片。
2.如权利要求1所述的永磁定子模块化电机，其特征在于：当定子的某一模块发生故障时，电机其他模块维持容错运行。
3.如权利要求1所述的永磁定子模块化电机，其特征在于：扇形定子铁心冲片上的定子极极弧中心与转子极极弧中心位置不同，安装后定子极极弧中心的位置与转子极极弧中心位置相同。
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