專利名稱：一種模塊化磁通切換永磁電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電機制造領域，具體涉及結構簡單、堅固，具有較強轉矩輸出能力和較高功率密度的一種模塊化磁通切換永磁電機。
背景技術：
我國作為世界上稀土材料儲藏量最大的國家，大力研究和推廣應用以稀土永磁電機為代表的各種新型永磁電機，具有重要的理論意義和應用價值。無論作發(fā)電運行還是電動運行，具有高效率、大轉矩(功率)密度和低損耗等特點的新型永磁電機正呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢。迄今為止，國內、外的研究熱點一直集中于以表面貼裝式、插入式和內嵌式為代表的轉子永磁型電機。然而，凡是將永磁體放置于轉子的類型的電機在設計和運行過程中都會產(chǎn)成一系列問題，集中為以下三點1.對永磁體粘貼在轉子表面或插入轉子凸極之間的結構，為了克服高速運行所產(chǎn)生的離心力影響，通常需要制作輔助的永磁體固定裝置，并且永磁體處于定子和轉子之間， 加大了氣隙長度，既增加了電機體積，又會導致氣隙磁密減弱，影響出力。2.對永磁體埋入轉子鐵芯內部的內嵌式結構，會影響轉子的機械強度，并且需要輔助磁橋，同樣會增加制作工藝。3.永磁體置于轉子不利于該類型電機的冷卻。對轉子永磁型電機而言，由于定子繞組產(chǎn)生的電樞反應磁通都會進入轉子，與永磁體相互耦合，存在一定程度上的去磁危險；另一方面，無論是作為發(fā)電機還是電動機，為了獲得正弦度較高的空載反電動勢，通常在定子上安裝分布繞組，會直接導致繞組端部較長，增加了導線長度和電阻，銅耗較大，降低了電機效率，更會使得電機體積增大，限制了轉子永磁型結構在航天、航空、航海、電動汽車等對電機體積有嚴格要求的領域的應用。因此， 研制出能夠克服上述缺點的新型結構永磁電機，就成為電機工作者義不容辭的一個關鍵任務。針對永磁體放置于定子的結構，目前國內、外也主要集中于雙凸極永磁電機(本質為增加了永磁體的開關磁阻電機)與磁通反向永磁電機。而本實用新型所提出的模塊化結構磁通切換電機還未見有公開發(fā)表。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種模塊化磁通切換永磁電機，以解決上述技術問題。 本實用新型的模塊化磁通切換永磁電機包括定子和轉子兩個部分，根據(jù)不同的應用場合可以采取內轉子或外轉子兩種形式，定子和轉子都為雙凸極、槽結構，在定子上設置有磁性模塊和集中電樞繞組，轉子無永磁體也無繞組。所述磁性模塊由定子的一公一母兩塊導磁鐵芯和一塊鑲嵌于其中的永磁體組合構成。所述永磁體的材料可以是鐵氧體、釤鈷或者釹鐵硼。[0011]所述轉子為直槽轉子。所述電機相數(shù)為m，定子槽數(shù)為細，轉子齒數(shù)為細士2，則該電機一共有細塊永磁體，定子包括細個磁性模塊組成。所述電機為三相，定子槽數(shù)為十二，轉子齒數(shù)為十，則該電機一共有十二塊永磁體，定子包括十二個磁性模塊組成。所述集中電樞繞組共有十二個電樞線圈組成三相繞組，任何一相的電樞繞組由四個線圈組成，且第一繞組線圈和第三繞組線圈徑向相對，第二繞組線圈和第四繞組線圈徑向相對；每個集中電樞繞組線圈繞制在磁性模塊上，都橫跨于一個磁性模塊的左右兩個定子槽中，且上述四個繞組線圈依次順序首尾串聯(lián)連接。所述永磁體在與磁化方向垂直的兩個表面上都各自開有一定深度的三角形小槽， 相應的與永磁體相連的導磁鐵芯表面則有凸出的三角形小齒。本實用新型的有益效果是由于磁性模塊和集中電樞繞組都設置于定子上，轉子既無永磁體也無繞組，所以結構非常簡單而堅固，而且有利于改善電機的冷卻條件；由于采用模塊化結構，使得電機的繞組槽滿率得到較大提高，結構緊湊，減小了體積；盡可能地減小了電阻和銅耗，效率較高；提高了線電荷密度、轉矩輸出能力和功率密度；電機結構導致其具有聚磁效應，空載氣隙磁密較大；電樞反應磁通和永磁磁通在空間上互相垂直，磁路上是并聯(lián)關系，保證了該電機具有較強的抗去磁能力。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做詳細說明。

圖1為三相定子十二槽轉子十齒模塊化磁通切換永磁電機結構示意圖；圖2為磁性模塊結構示意圖。其中圖標定子1、永磁體2、集中繞組3、轉子4。A相第一繞組線圈311、A相第二繞組線圈312、A相第三繞組線圈313、A相第四繞組線圈314 ；B相第一繞組線圈321、B相第二繞組線圈322、B相第三繞組線圈323，B相第四繞組線圈324 ；C相第一繞組線圈331、C相第二繞組線圈332、C相第三繞組線圈333、C相第四繞組線圈334。
具體實施方式
如圖1所示是一臺三相(A相、B相、C相)模塊化磁通切換永磁電機，包括定子1 鐵芯和轉子4鐵芯，轉子4位于定子1的內部，定子1和轉子4都為凸極結構，定子1槽數(shù)為十二，轉子4齒數(shù)為十；定子1由十二個磁性模塊安裝于定子鐵芯槽內拼裝構成；磁性模塊中由一公一母兩個導磁鐵芯及其之間設置一塊永磁體2組成；磁性模塊上套繞集中繞組 3。永磁體2是鐵氧體、釤鈷或者釹鐵硼永磁磁鋼，定子鐵芯和凸極轉子4都可以采用硅鋼片沖片壓疊制成。[0028]集中繞組3的A相第一繞組線圈311和第三繞組線圈313徑向相對，第二繞組線圈312和第四繞組線圈314徑向相對，每個繞組線圈套于定子1中每個磁性模塊的左右兩個槽中，且上述四個繞組線圈依順序首尾串聯(lián)連接；永磁體2的磁化方向為依次切向交替充磁。集中繞組3的B相第一繞組線圈321和第三繞組線圈323徑向相對，第二繞組線圈322和第四繞組線圈3 徑向相對；與A相繞組相似，每個繞組線圈套于定子1中每個磁性模塊的左右兩個槽中，且上述四個繞組線圈依次順序首尾串聯(lián)連接；永磁體2的磁化方向為依次切向交替充磁。集中繞組3的C相第一繞組線圈331和第三繞組線圈333徑向相對，第二繞組線圈332和第四繞組線圈334徑向相對；與A相和B相繞組相似，每個繞組線圈套于定子1中每個磁性模塊的左右兩個槽中，且上述四個繞組線圈依次順序首尾串聯(lián)連接；永磁體2的磁化方向為依次切向交替充磁。如圖1的結構，由于定子1兩個相鄰的定子齒之間設置有永磁體2，所以當轉子4 與不同的定子齒對齊時，永磁體2產(chǎn)生的永磁磁通穿過線圈311的方向就會不同，從而產(chǎn)生磁通切換效應，導致線圈中匝鏈的永磁磁鏈為雙極性；而最關鍵的是，對于組成一相的四個線圈而言，如第一繞組線圈311和第三繞組線圈313徑向相對，對第二繞組線圈312和第四繞組線圈314情況相同，所以在四個固定的轉子位置，分別對應著匝鏈的永磁磁鏈正向最大、負向最大和兩個過零點，組成一相的兩套線圈繞組在任何轉子位置其匝鏈的永磁磁鏈數(shù)量和方向都相同；另一方面，由于組成一相的兩套集中繞組線圈由第一繞組線圈311和第三繞組線圈313串聯(lián)而成，由第二繞組線圈312和第四繞組線圈314串聯(lián)而成的兩個線圈，在轉子運動一個周期的過程中，與轉子的相對位置卻存在磁路上的差異，直接導致兩套集中繞組線圈中匝鏈的永磁磁鏈有180度的相位差，因此具有這種特征的集中繞組組成為互補型繞組。可以利用線圈在磁路上具備互補的特點，使得匝鏈的一相永磁磁鏈和產(chǎn)生的空載反電動勢波形中的高次諧波分量幅值相等而相位上互補，在合成為一相磁鏈或電勢時，自動抵消了大部分諧波，在理論上只保留了基波分量，保證了該電機在采用集中繞組和在本發(fā)明的優(yōu)選實例即選用直槽轉子的條件下，就可獲得正弦度非常高的磁鏈、反電動勢和電感等靜態(tài)特性，從而使本發(fā)明特別適合于作為交流調速系統(tǒng)的驅動元件。如當電機轉子4處在圖1所示位置時，轉子4分別有一個齒與第一繞組線圈311 和第二繞組線圈312的一個定子齒相對，根據(jù)永磁體2的磁化方向，這兩個繞組線圈中的永磁磁通都從轉子齒經(jīng)過氣隙穿進定子齒，且數(shù)值最大。而當轉子4逆時針旋轉9度時，一個轉子齒與第一繞組線圈311中間的永磁體2對齊，而此時有兩個轉子齒處在相對第二繞組線圈312的相軸線的平衡位置，盡管在該位置兩個線圈中匝鏈的有效永磁磁通都為零，但轉子4對于定子1線圈的相對位置卻不同。采用同樣的方法分析可知，轉子4在旋轉一個機械周期36度范圍內，相對第一繞組線圈311和第二繞組線圈312的運動方向是相反的， 這也導致這兩個線圈中感應的空載反電動勢高次諧波分量幅值幾乎相等，相位幾乎相反， 在疊加合成為一相空載反電動勢時互相抵消，只保留基波分量，保證該電機的永磁磁鏈、反電動勢和電感具備高度的正弦性，使得該電機特別適合于作為交流調速系統(tǒng)的驅動元件。如圖2所示，每一個磁性模塊結構都由一公一母兩個定子導磁鐵芯及其之間設置一塊永磁體2組成，該種結構可以采用每個模塊先獨立繞制好線圈，然后再拼裝成一個定子整體的工藝，從而極大提高了繞組槽滿率。另一方面，為了保證電機定子磁鋼在嚴重振動的工況中不發(fā)生徑向串動，采用了在永磁體2在與磁化方向垂直的兩個表面上都各自開有一定深度的三角形小槽，相應的與永磁體2相鄰的導磁鐵芯表面則有凸出的三角形小齒與三角形小槽吻合的工藝。
權利要求1.一種模塊化磁通切換永磁電機，包括定子和轉子兩個部分，其特征在于所述轉子可以采取內轉子或外轉子兩種形式，定子和轉子都為雙凸極、槽結構，在定子上設置有磁性模塊和集中電樞繞組，轉子無永磁體也無繞組。
2.根據(jù)權利要求1所述一種模塊化磁通切換永磁電機，其特征在于所述磁性模塊由定子的一公一母兩塊導磁鐵芯和一塊鑲嵌于其中的永磁體組合構成。
3.根據(jù)權利要求1所述一種模塊化磁通切換永磁電機，其特征在于所述轉子為直槽轉子。
4.根據(jù)權利要求1所述一種模塊化磁通切換永磁電機，其特征在于所述電機相數(shù)為 m，定子槽數(shù)為細，轉子齒數(shù)為細士 2，則該電機一共有細塊永磁體，定子包括細個磁性模塊組成，有細個集中電樞繞組。
5.根據(jù)權利要求4所述一種模塊化磁通切換永磁電機，其特征在于所述電機為三相， 定子槽數(shù)為十二，轉子齒數(shù)為十，則該電機一共有十二塊永磁體，定子包括十二個磁性模塊組成，有十二個集中電樞繞組。
6.根據(jù)權利要求5所述一種模塊化磁通切換永磁電機，其特征在于所述十二個集中電樞繞組共有十二個電樞線圈組成三相繞組，任何一相的電樞繞組由四個線圈組成，且第一繞組線圈和第三繞組線圈徑向相對，第二繞組線圈和第四繞組線圈徑向相對；每個集中電樞繞組線圈繞制在磁性模塊上，都橫跨于一個磁性模塊的左右兩個定子槽中，且上述四個繞組線圈依次順序首尾串聯(lián)連接。
7.根據(jù)權利要求2所述一種模塊化磁通切換永磁電機，其特征在于所述永磁體在與磁化方向垂直的兩個表面上都各自開有一定深度的三角形小槽，相應的與永磁體相鄰的導磁鐵芯表面則有凸出的三角形小齒與三角形小槽吻合。
8.根據(jù)權利要求2所述一種模塊化磁通切換永磁電機，其特征在于所述永磁體的材料可以是鐵氧體、釤鈷或者釹鐵硼。
專利摘要本實用新型提供一種模塊化磁通切換永磁電機，以解決將永磁體放置于轉子的類型的電機存在的問題。本實用新型的電機包括定子和轉子兩個部分，可以采取內轉子或外轉子兩種形式，定子和轉子都為雙凸極、槽結構，在定子上設置有磁性模塊和集中電樞繞組，磁性模塊由定子的一公一母兩塊導磁鐵芯和一塊鑲嵌于其中的永磁體組合構成，轉子無永磁體也無繞組。本實用新型的有益效果是結構簡單、緊湊、堅固，體積??；繞組槽滿率高，減小了電阻和銅耗，效率較高；提高了線電荷密度、轉矩輸出能力和功率密度；具有聚磁效應，空載氣隙磁密較大；電樞反應磁通和永磁磁通在空間上互相垂直，保證了具有較強的抗去磁能力。
文檔編號H02K1/17GK201985636SQ20112005812
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權日2011年3月8日
發(fā)明者曹平, 花為 申請人:東南大學, 大連名陽實業(yè)有限公司