CN201038839Y - 绕组互补型磁通切换双凸极永磁电机 - Google Patents
绕组互补型磁通切换双凸极永磁电机 Download PDFInfo
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Abstract
绕组互补型磁通切换双凸极永磁电机是一种结构简单、坚固，具有较强转矩输出能力和较高功率密度的电机，包括定子(1)和转子(4)，转子(4)位于定子(1)的内部或外部，其特征在于定子(1)和转子(4)都为双凸极结构，在定子(1)上设置有集中绕组(3)和永磁体(2)；其中，集中绕组(3)的任何一相的第一绕组线圈和第三绕组线圈径向相对，第二绕组线圈和第四绕组线圈径向相对，每个集中绕组线圈位于定子(1)两个相邻的U形导磁铁心槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；定子(1)两个相邻的U形导磁铁心之间设置有永磁体(2)。
Description
绕组互补型磁n切换双凸极永礅电机技术领域本实用新型是一种结构简单、坚固，具有较强转矩输出能力和较高功率密度 的电机，涉及电机制造的技术领域，背景技术我国作为世界上稀土材料储藏量最大的国家，大力研究和推广应用以稀土永 磁电机为代表的各种新型永磁电机，具有重要的理论意义和应用价值。无论作发 电还是电动运行，具有高效率、大转矩（功率）密度和低损耗等特点的新型永磁 电机正呈现出加速发展的趋势。过去十多年来研究热点一直集中于以表面贴装 式、插入式和内嵌式为代表的转子永磁型电机。然而，将永磁体放置于转子类型的电机在设计和运行过程中都会产成--系列问题，集中体现为以下三点：l.对永 磁体粘贴在转子表面或插入转子凸极之间的结构，为了克服高速运行所产生的离 心力影响，通常需要制作辅助的永磁体固定装置，并且永磁体处于定子和转子之 间，加大了气隙长度，既增加了电机体积，又会导致气隙磁密减弱，影响出力； 2.对永磁体埋入转子铁心内部的内嵌式结构，会影响转子的机械强度，并且需要 辅助磁桥，同样会增加制作工艺；3.永磁体置于转子不利于该类型电机的冷却。 对转子永磁型电机而言，由于定子绕组产生的电枢反应磁通都会进入转子， 与永磁体相互耦合，存在一定程度上的去磁危险；另一方面，无论是作为发电机 还是电动机，为了获得正弦度较高的空载反电动势，通常在定子上安装分布绕组， 会直接导致绕组端部较长，增加了导线长度和电阻，铜耗较大，降低了电机效率， 更会使得电机体积增大，限制了转子永磁型结构在航天、航空、航海、电动汽车 等对电机体积有严格要求领域的应用。因此，研究出能够克服上述缺点的新型结 构永磁电机就成为电机工作者义不容辞的一个关键任务。 发明内容技术问通:本实用新型的目的是提供了一种绕组互补型磁通切换双凸极永磁 电机，使得该电机结构简单、坚固，具有高度正弦的空载反电动势、较强的转矩 输出能力和较大的功率密度，同时具备较强的抗去磁能力，特别适合于作为交流 调速系统的驱动元件。技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的绕组互补型磁通切换双凸极 永磁电机包括定子和转子两个部分，根据不同的应用场合可以采取内转子或外转 子两种形式，转子位于定子的内部或外部，定子和转子都为双凸极结构，在定子 上设置有集中绕组和永磁体；其中，集中绕组的任何一相的第一绕组线圈和第三 绕组线圈径向相对，第二绕组线圈和第四绕组线圈径向相对，每个集中绕组线圈 位于定子两个相邻的U形导磁铁心槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串 联连接；定子上两个相邻的U形导磁铁心之间设置有一块永磁体，永磁体材料 可以是铁氧体或者钕铁硼，磁化方向为依次切向交替充磁；转子部分结构非常简 单，既无永磁体也无绕组，为简单的导磁铁心冲片压叠而成，且为直槽转子，无 需经过斜槽处理。有益效果：由于本实用新型的集中绕组和永磁体都设于定子上，所以本实用 新型结构非常简单而坚固，而且有利于改善该电机的冷却条件；由于采用了集中绕组方式，可以减小端部长度，尽可能地减小电阻和铜耗， 也保证了电机的结构紧凑，功率密度较大，效率较高；由于集中绕组任何一相的第一绕组线圈和第三绕组线圈径向相对，第二绕组 线圈和第四绕组线圈径向相对，所以在四个固定的转子位置（分别对应着距链的 永磁磁链正向最大、负向最大和两个过零点），组成一相的两套线圈绕组中匪链 的永磁磁链数量和方向都相同；另一方面，由于组成一相的两套集中绕组线圈（每一套由径向相对的两个线 圈串联而成）在磁路上存在180度的相位差，在顺序串联连接时，可以利用线圈 在磁路上具备互补的特点，使得匝链的一相永磁磁链和产生的空载反电动势波形 中的高次谐波分量幅值相等而相位上互补，在合成为一相磁链或电势时，自动抵 消了大部分谐波，只保留了基波分量，保证了该电机在采用集中绕组和直槽转子 的条件下，就可获得正弦度非常高的磁链、反电动势和电感等静态特性，从而使 本实用新型特别适合于作为交流调速系统的驱动元件；由于定子两个相邻的定子齿之间设置有永磁体，所以当转子与不同的定子齿 对齐时，永磁体产生的永磁磁通穿过线圈的方向就会不同，从而产生磁通切换效 应，导致线圈中匪链的永磁磁链为双极性；在本实用新型的一个优选实施例中，由于转子为直槽转子，所以，保证了本 实用新型在采用集中绕组和转子不斜槽的条件下，就可获得正弦度非常高的磁 链、反电动势和电感等静态特性，从而使本实用新型更加适合于作为交流调速系 统的驱动元件。综上，该电机结构上的特点导致其具有聚磁效应，空载气隙磁密较大，电机 具有较强的转矩输出能力，功率密度较高，同时，电阻较小，效率较高；而且， 电枢反应磁通和永磁磁通在空间上互相垂直，磁路上是并联关系，保证了该电机 具有较强的抗去磁能力。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。 图1为互补绕组型磁通切换永磁电机组成图；其中有：定子l，永磁体2， 集中绕组3，转子4， A相绕组线圈31， A相第一绕组线圈311， A相第二绕组 线圈312、 A相第三绕组线圈313、 A相第四绕组线圈314; B相绕组线圈32， B 相第一绕组线圈321、 B相第二绕组线圈322、 B相第三绕组线圈323， B相第四 绕组线圈324; C相绕组线圈33， C相第一绕组线圈331、 C相第二绕组线圈332、 C相第三绕组线圈333、 C相第四绕组线圈334。具体实施方式如图1所示，本实用新型绕组互补型磁通切换双凸极永磁电机包括定子铁心 l和转子铁心4，转子4位于定子1的内部，定子1和转子4都为双凸极结构， 其中定子铁心部分由12个U形导磁铁心组成，在定子1上设置有三相集中绕组 3和12块永磁体2;集中绕组3的A相第一绕组线圈311和第三绕组线圈313径向相对，第二 绕组线圈312和第四绕组线圈314径向相对，每个绕组线圈套于定子1中两个相 邻的U形铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；定子1中 两个相邻的U形导磁铁心之间设置有永磁体2;集中绕组3的B相第一绕组线圈321和第三绕组线圈323径向相对，第二 绕组线圈322和第四绕组线圈324径向相对。与A相绕组相似，每个绕组线圈 套于定子1中两个相邻的U形铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾 串联连接；定子1中两个相邻的U形导磁铁心之间设置有永磁体2;集中绕组3的C相第一绕组线圈331和第三绕组线圈333径向相对，第二 绕组线圈332和第四绕组线圈334径向相对。与A相和B相绕组相似，每个绕 组线圈套于定子1中两个相邻的U形铁心的槽中，且上述四个绕组线圈依次顺 序首尾串联连接；定子l中两个相邻的U形导磁铁心之间设置有永磁体2;由于采用了如图l的结构，因此，当转子4与不同的定子齿对齐时，永磁体 2产生的永磁磁通穿过第一绕组线圈:U1的方向就会不同，从而产生磁通切换效 应，导致匝链的永磁磁链为双极性，而最关键的是，对于组成一相的四个线圈而 言，如第一绕组线圈311和第三绕组线圈313径向相对，在任何转子位置其绕组 中匝链的磁链都数量和方向相同，对第二绕组线圈312和第四绕组线圈314情况 相同；但第一绕组线圈311和第二绕组线圈312在转子运动一个周期的过程中， 与转子的相对位置却存在磁路上的差异，也直接导致其绕组中匝链的永磁磁链有 180度的相位差，因此将具有这种特征的集中绕组成为互补型绕组。当电机转子4在图1所示位置时，转子4分别有一个齿与第一绕组线圈311 和第二绕组线圈312的一个定子齿相对，根据永磁体2的磁化方向，这两个绕组 线圈中的永磁磁通都从转子齿经过气隙穿进定子齿，且数值最大。而当转子4 逆时针旋转9度时， 一个转子齿与第一绕组线圈311中间的永磁体2对齐，而此 时有两个转子齿处在相对第二绕组线圈312的相轴线的平衡位置，尽管在该位置 两个线圈中匝链的有效永磁磁通都为零，但转子对于定子线圈的相对位置却不 同。采用同样的方法分析可知，转子在旋转一个机械周期36度范围内，相对第 一绕组线圈311和第二绕组线圈312的运动方向是相反的，这也导致这两个线圈 中感应的空载反电动势高次谐波分量幅值几乎相等，相位几乎相反，在叠加合成 为一相空载反电动势时互相抵消，在理论上只保留基波分量，保证该电机的永磁 磁链、反电动势和电感具备高度的正弦性，使得该电机特别适合于作为交流调速
系统的驱动元件。此外，该电机结构上的特点导致其具有聚磁效应，空载气隙磁密较大，电机 具有较强的转矩输出能力，功率密度较高，同时，电阻较小，效率较高。而且， 电枢反应磁通和永磁磁通在空间上互相垂直，磁路上是并联关系，保证了该电机 具有较强的抗去磁能力。集中绕组3的B相和C相的线圈的工作原理同上，可以大大提高工作效率。转子4可以是直槽转子，保证了本实用新型在采用集中绕组和转子不斜槽的 条件下，就可获得正弦度非常高的磁链、反电动势和电感等静态特性，从而使本 实用新型更加适合于作为交流调速系统的驱动元件。永磁体2是铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢，定子1和凸极转子4都可以采用硅 钢片冲片压叠制成，定子l由U型结构的导磁铁心拼装组成。
Claims (4)
1、 一种绕组互补型磁通切换双凸极永磁电机，包括定子（1)和转子（4)， 转子（4)位于定子（1)的内部或外部，其特征在于定子（1)和转子（4)都为 双凸极结构，在定子（1)上设置有集中绕组（3)和永磁体（2);其中，集中绕 组（3)的任何一相的第一绕组线圈和第三绕组线圈径向相对，第二绕组线圈和 第四绕组线圈径向相对，每个集中绕组线圈位于定子（1)两个相邻的U形导磁 铁心槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；定子（1)两个相邻的 U形导磁铁心之间设置有永磁体（2)。
2、 如权利要求1所述的绕组互补型磁通切换双凸极永磁电机，其特征在于， 定子（1)为U型导磁铁心单元和永磁体（2)拼装而成。
3、 如权利要求1所述的绕组互补型磁通切换双凸极永磁电机，其特征在于， 转子（4)为直槽转子。
4、 如权利要求1所述的绕组互补型磁通切换双凸极永磁电机，其特征在于， 永磁体（2)是铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢。
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