CN2759034Y

CN2759034Y - 永磁电机

Info

Publication number: CN2759034Y
Application number: CN 200420099462
Authority: CN
Inventors: 高桂本; 王绪一; 常腾; 梁尚诚; 张秀文; 裴凤芹; 梁绚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2014-12-28

Abstract

本实用新型提供一种永磁电机，包括同轴装配的定子和转子，转子由带有转子齿和转子槽的多层硅钢片叠压制成，其特征在于：定子有至少两块永磁体和至少两块多层硅钢片叠压体，永磁体和多层硅钢片叠压体交替排列，每块多层硅钢片叠压体上有两个定子齿，两定子齿之间有一个移相槽，移相槽内设置电枢线圈。使它能够解决现有技术存在的不足，使电机具有较好的气隙正弦磁密波，较小的谐波，较高的铁－铜、铜－铁环绕率，绕组结构简单、制造成本低等。

Description

永磁电机

技术领域

本实用新型涉及电机，特别是涉及一种永磁电机。

背景技术

目前，公知的永磁电机在实际应用中发现存在较多不足：电机的每个磁极内只包含为数不多的齿槽和线圈元件，使台阶形正弦磁密波过分粗糙，含有大量的谐波，导致振动和不平滑扭矩、噪音污染和电网污染、温升耗能高。由于电机中每个线圈占据的槽子偏小，扣除绝缘材料体积和边角空间后，嵌线槽满率很低，导致铁-铜环绕率很低，另外，每个线圈所环绕的铁心均为齿槽参半的梳状结构而不是实心的芯柱，因而线圈的每匝长度都有一段是无效的，再者组成一个磁极的各个线圈之间不是同心匝链的全耦合关系，而是逐次错开一个齿的面积，导致铜-铁环绕率很低。这种结构偏离了变压器结构优化原则，限制了铁损、铜损的降低和能效的提高；电机的绕组结构复杂，极数越多，制造难度越大，制造成本高；电机转子上的电刷滑环、永磁体、爪极、隔磁套等零部件不仅制造成本高，而且也限制了动力平衡、牢固度指标的提高；电机为了克服谐波，定子、转子齿数需要回避某些不良比值，不同尺寸规格的电机需要选择不同种类的绕组图样，因而较难按照几何相似性原理进行真正意义上的系列化、标准化产品设计等等。

发明内容

本实用新型的目的是，提供一种永磁电机，使它能够解决现有技术存在的不足，使电机具有较好的气隙正弦磁密波，较小的谐波，较高的铁-铜、铜-铁环绕率，绕组结构简单、制造成本低等。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：永磁电机，包括同轴装配的定子和转子，转子由带有转子齿和转子槽的多层硅钢片叠压制成，定子有至少两块永磁体和至少两块多层硅钢片叠压体，永磁体和多层硅钢片叠压体交替排列，每块多层硅钢片叠压体上有两个定子齿，两定子齿之间有一个移相槽，移相槽内设置电枢线圈。定子上的移相槽数与相数相同。定子上的移相槽数也可与相数的倍数相同。电枢线圈设置在2块相邻多层硅钢片叠压体的移相槽内，1个电枢线圈环绕2个定子齿和1块永磁体；或者1个电枢线圈设置在1个移相槽内，电枢线圈环绕移相槽的槽底轭部。转子齿形的齿端边缘的中段至轴心的距离大于齿端边缘中段以外部分至轴心的距离，定子齿形齿端边缘的中段至轴心的距离小于齿端边缘中段以外部分至轴心的距离。定子和转子齿形的齿端曲线也可是以轴心为圆心的同心圆弧。转子上的齿数等于定子上移相槽的个数；转子上的齿数也可等于定子上移相槽的个数加上移相槽个数除以电机相数的商。

本实用新型的积极效果在于：采用集中参数的齿槽结构，每一对夹有永磁体的定子齿就是独立的一相，与其它相之间不存在共用齿槽，能够实现在本实用新型所述特定形状的定子齿和转子齿之间的气隙内形成正弦磁密波，减少了谐波，使噪音降低、温升减少，改善了振动和不平滑扭矩，提高了效率；每一个电枢线圈就是独立的一相，每一个移相槽相当于现有电机中若干个小槽的总和，节省了导线，减少了铜损。槽的空间大，绝缘材料和剩余边角所占空间的比例就显著降低，嵌线操作自由度提高，更便于处理排线失序、扭绞滑脱、强直强弯等问题，能够使用尽可能短、粗的铜线紧排密绕，可使铁心占空比和铜线占空比均显著提高，实现了最高的铁-铜、铜-铁环绕率，使铜损、铁损降至较低水平；由于本实用新型的转子上既无绕组，又无永磁体，更无励磁绕组、电刷滑环、爪极、隔磁套等结构，所以制造成本低，而且转子具有极好的动平衡性能和牢固度，运转平稳寿命长。本实用新型如图1所示转子是7齿，可以做成6相电机，或根据需要并成3相电机等。本实用新型制造方便，充磁充分，装配容易，磁性能利用率高，空间利用率高，并便于设置阻尼环，特别适应于高性能永磁材料。本实用新型在发电机状态下的突出效果是：等效极对数p很容易多于相近尺度的永磁转子或励磁转子发电机，较慢转速下可达到较高频率，可以输出较高电压和较大的电功率；电枢绕组的感抗能起到稳压作用，在转速变化较大范围时对同一负载保持稳压供电；多相电机对整流器件的功率等级可降低要求；起动扭矩小，平滑轻松等。本实用新型作为发电机状态下的上述效果，可使本实用新型广泛应用于机动车辆作为车灯发电机，风力发电机，在这些场所下动力机转速偏低且变化不定，应用本实用新型可解决因现有发电机性能不足导致车灯偏暗、电瓶亏电等长期以来较难解决的问题。

附图说明

图1是倍相简并式三相电机结构示意图；图2是六相相量图；图3是简并后的三相相量图；图4是倍极式三相电机定转子展开示意图；图5是二相电机定转子展开示意图；图6是单相电机结构示意图；图7是内定子/外转子结构示意图；图8是轴向气隙结构示意图；图9是永磁体和阻尼环立体结构示意图。图中1是定子，2是转子，3是转子齿，4是转子槽，5是永磁体，6是多层硅钢片叠压体，7是阻尼环，8是定子齿，9是移相槽，10是正弦齿形，11是正弦气隙，12是电枢线圈，13是相磁极，14是槽底轭部，15是外定子，16是内转子，17是内定子，18是外转子，19是径向气隙，20是轴向气隙，τ是极距机械角，α是定子齿、转子齿机械角，φ是移相槽机械角；a，b，c，d，e，f，A，B，C，A₁，B₁，C₁，A₂，B₂，C₂是输出/输入端子，U_a，U_b，U_c，U_d，U_e，U_f，U_A，U_B，U_C是电压相量。

具体实施方式

对照附图及实施例对本实用新型做进一步说明：

本实用新型的永磁体可采用钕铁硼、钐钴合金或铈钴铜铁、铁氧体等永磁材料，其外围可套一个阻尼环7。本实用新型所述硅钢片可采用铁氧体、玻莫合金、电工铁等其它软磁材料替代。本实用新型的永磁电机，包括同轴装配的定子和转子，可以是外定子和内转子结构，也可以是内定子和外转子结构；也可以是轴向气隙结构。转子由带有转子齿和转子槽的多层硅钢片叠压制成，定子有至少两块永磁体和至少两块多层硅钢片叠压体，多层硅钢片叠压体呈U形体，永磁体和多层硅钢片叠压体交替排列，每块多层硅钢片叠压体上有两个定子齿，两定子齿之间有一个移相槽，移相槽内设置电枢线圈。定子上的移相槽数与相数相同。定子上的移相槽数也可以与相数的倍数相同。1个电枢线圈设置在2块相邻多层硅钢片叠压体的移相槽内，电枢线圈环绕2个定子齿和1块永磁体，这种结构通常称为环齿式绕组。也可将1个电枢线圈设置在1个移相槽内，电枢线圈环绕移相槽的槽底轭部，这种结构通常称为环轭式绕组。转子齿形的齿端边缘的中段至轴心的距离大于齿端边缘中段以外部分至轴心的距离。定子齿形齿端边缘的中段至轴心的距离小于齿端边缘中段以外部分至轴心的距离，这两种齿形通称为正弦齿形10。定子和转子齿形的齿端曲线也可以是以轴心为圆心的同心圆弧。转子上的齿数，等于定子上移相槽的个数。转子上的齿数也可以等于定子上移相槽的个数加上移相槽个数除以电机相数的商。

下面给出几种本实用新型的具体设计：

1、图1所示为一台六相电机，然后简并对称相，成为三相电机。

取设计参数组：1、相数m＝3；2、倍相系数k_m＝2；3、倍极系数k_p＝1(，2，3......)；4、永磁体个数Z_m＝k_mk_pm＝6；5、定子齿数Z₁＝2Z_m＝12；

6、转子齿数Z₂＝Z_m+k_p＝7；7、等效极对数p＝Z₂＝7；

8、极距机械角 9、τ_e＝2π＝360°；

10、齿机械角

11、齿电角α_e＝π＝180°；

12、移相槽机械角

13、移相槽电角

按此数据清单制作定转子，六相输入或输出电压U_a、U_b、U_c、U_d、U_e、U_f的相量图见图2，简并输出/输入端子成为三相后的输出/输入电压U_a、U_b、U_c的相量图见图3。该电机等效极对数p＝7，相当于现有的14极同步电机，当输入50Hz的三相电流时，可以得到同步转速为n₁＝428.6rpm；当用3000rpm的转速驱动时，可以发出频率为f₁＝350Hz的三相电，如果取倍极系数k_p＝2，3，4等等，可得到本电机的派生系列产品p＝14，21，28等等，对应的n₂＝214.3rpm，n₃＝142.9rpm，n₄＝107.1rpm；f₂＝700Hz，f₃＝1050Hz；f₄＝1400Hz。

2、图4所示是另一种三相电机，k_p＝2，取设计参数组：m＝3；k_m＝1；k_p＝2(，4，6)；Z_m＝6；Z₁＝12；Z₂＝8；p＝8；τ＝45°；τ_e＝360°；α＝22.5°；α_e＝180°；

φ_e＝120°；

图4给出本电机定转子展开示意图，三相输出/输入端子为A₁+A₂；B₁+B₂，C₁+C₂。p＝8相当于16极同步电机，50Hz时同步转速为375rpm，3000rpm时发电频率为400Hz。本例k_p不可取奇数，当取k_p＝4，6，......时，可得到p＝16，24，......等系列产品。在同一系列中，随着k_p的增大，τ、α、φ成比例减小，但τ_e、α_e、φ_e是恒定不变的，再与例1比较，不同系列的φ_e不一样，但任何系统中的τ_e、α_e都是不变的。在例2中，虽然也是令A₁A₂、B₁B₂、C₁C₂各自串联分3路输出，但不是相简并。

3、图5所示是二相电机定转子展开示意图，二相输出/输入端子为A₁+A₂；B₁+B₂。设计参数组：m＝2；k_m＝2；k_p＝1(，2，3......)；Z_m＝4；Z₁＝8；Z₂＝8＝p；τ＝72°；τ_e＝360°；α＝36°；φ＝18°；φ_e＝90°；本电机工频驱动时同步转速为600rpm，3000rpm发电时频率为250Hz。二相电机的重要意义在于大量无三相电的场合下应用，例如家用电器、简单电动工具等，只要将单相电源经电容裂相就可驱动。

4、图6所示是单相电机。当相数m＝1时，多相电机退化为单相电机。如果设置移相槽，则有φ_e＝180°。但由于180°的相差非常容易实现，仅是绕组端子正接反接而已，故本例不设移相槽，不过嵌线槽还是要有的。

取设计数据组：m＝1，k_m＝2，k_p＝1(，2，3...)，Z_m＝2，Z₁＝4，Z₂＝Z_m＝2＝p，τ＝180°，α＝90°；φ＝0°。

本实用新型各实施例中的电枢线圈都可以象图中A₁、A₂那样绕在移相槽槽底轭部，形成环轭式绕组；也可以象B₁、B₂那样绕在两个定子齿和一块永磁体组成的相磁极上，形成环齿式绕组，两种方法只选一种。

本实用新型所述的实施例不仅被限于本实施例之中。

Claims

1、永磁电机，包括同轴装配的定子和转子，转子由带有转子齿和转子槽的多层硅钢片叠压制成，其特征在于：定子有至少两块永磁体和至少两块多层硅钢片叠压体，永磁体和多层硅钢片叠压体交替排列，每块多层硅钢片叠压体上有两个定子齿，两定子齿之间有一个移相槽，移相槽内设置电枢线圈。

2、根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：定子上的移相槽数与相数相同。

3、根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：定子上的移相槽数与相数的倍数相同。

4、根据权利要求1、2或3所述的永磁电机，其特征在于：电枢线圈设置在2块相邻多层硅钢片叠压体的移相槽内，1个电枢线圈环绕2个定子齿和1块永磁体。

5、根据权利要求1、2或3所述的永磁电机，其特征在于：1个电枢线圈设置在1个移相槽内，电枢线圈环绕移相槽的槽底轭部。

6、根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：转子齿形的齿端边缘的中段至轴心的距离大于齿端边缘中段以外部分至轴心的距离。

7、根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：定子齿形的齿端边缘的中段至轴心的距离小于齿端边缘中段以外部分至轴心的距离。

8、根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：定子和转子齿形的齿端曲线是以轴心为圆心的同心圆弧。

9、根据权利要求1、6、7或8所述的永磁电机，其特征在于：转子上的齿数等于定子上移相槽的个数。

10、根据权利要求1、6、7或8所述的永磁电机，其特征在于：转子上的齿数等于定子上移相槽的个数加上移相槽个数除以电机相数的商。