[發明專利]帶輔助凸極的定子表面貼裝式雙凸極永磁電機

有效

• 申請號: 200910035221.1
• 申請日: 2009-09-15
• 公開（公告）號: CN101651371A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 花為;程明;張淦
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K1/17
• 分類號: H02K1/17;H02K1/14;H02K1/24;H02K3/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明是一種結構簡單、堅固，具有恒功率寬調速運行范圍和較高功率密度的 電機，涉及電機制造的技術領域。

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。無論作發電還 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 呈現出加速發展的趨勢。過去十多年來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，將永磁體放置于轉子的電機類型在設計 和運行過程中都會產成一系列問題，集中體現為以下五點：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生的離心力影響，通常需 要制作輔助的永磁體固定裝置，增加了工藝；并且永磁體處于定子和轉子之間，加 大了有效氣隙長度，既增加了電機體積，又減弱了氣隙磁密，限制出力；2.對永磁 體埋入轉子鐵心內部的內嵌式結構，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和成本；3.永磁體置于轉子，不利于該類型電機的冷卻，為了 散熱往往需要進行特殊的風路或其它冷卻方式設計；4.目前廣泛采用的磁鋼都是居 里溫度較低的釹鐵硼，受溫升影響導致永磁電機存在一定的退磁甚至完全失磁風險。 對于轉子永磁型結構，若利用定子電樞繞組對轉子磁鋼進行在線充磁，定子電樞繞 組磁勢需要經過氣隙磁阻，導致充磁成本增加甚至不可行；5.作為調速用電機，往 往要求能夠實現寬調速恒功率運行，特別是在汽車等領域中作為驅動元件使用。而 目前的轉子永磁型電機，在超過額定轉速后的恒功率運行范圍內，通常是采用在電 樞電流中增大無功電流分量以削弱永磁磁場的弱磁控制算法。然而，在實際設計電 機時，很難滿足理論上的無限高速恒功率運行條件(即直軸電感L_d較小，無法保證 額定電流I_r與直軸電感L_d的乘積等于甚至大于直軸永磁磁鏈ψ_md)，甚至實現5倍以 上的調速都有較大的困難。

另一方面，國際上出現了一種新型的雙極性磁通反向永磁電機，其結構原理是 在每個凸極定子齒上并排安裝兩塊極性相反的永磁體，其目的是為了獲得雙極性的 永磁磁鏈，且通過將永磁體和電樞繞組都置于定子，就可以完全克服上述的轉子永 磁型電機的主要缺點。但該結構直接導致兩塊磁鋼和定子齒形成短路，漏磁嚴重， 降低了單位磁鋼的利用率。本發明目的就是在雙極性磁通反向永磁電機結構基礎之 上，改變磁鋼極性和定子齒形，提出了一種新型結構的帶輔助凸極的定子表面貼裝 式雙凸極永磁電機，通過增加的輔助凸極以增大直軸電感，實現恒功率寬調速范圍 弱磁運行。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供了一種帶輔助凸極的定子表面貼裝式雙凸極永 磁電機，使得該電機結構簡單、堅固，具有高度近似方波(直槽轉子)或者正弦波 (斜槽轉子)的空載反電動勢、較強的轉矩輸出能力和較大的功率密度，同時具備 較強的抗去磁能力，特別適合于作為恒功率調速系統的驅動元件。

技術方案：本發明帶輔助凸極的表面貼裝式雙凸極永磁電機，包括定子和轉子， 轉子位于定子的內部或外部，定子和轉子都為雙凸極結構，在定子上設置有集中繞 組、永磁體和輔助凸極；其中，集中繞組的任何一相的每個集中繞組線圈均位于定 子鐵心槽中，且每相繞組線圈可串聯或并聯連接；永磁體位于定子，每個定子齒面 向氣隙的外表面貼裝兩塊永磁體，且同一個齒下面的兩塊磁鋼極性相同，相鄰定子 齒下面的磁鋼磁性相反。

輔助凸極位于定子齒中部，以增加直軸電感。轉子為直槽或斜槽轉子。永磁體 是鐵氧體、釤鈷或者釹鐵硼等其他類型永磁磁鋼。

集中繞組的A相第一繞組線圈和第二A相繞組線圈徑向相對，B相第一繞組 線圈和B相第二繞組線圈徑向相對，C相第一繞組線圈和C相第二繞組線圈徑向 相對。

有益效果：由于本發明的電機將電樞集中繞組和永磁體都設于定子上，轉子僅 為導磁鐵心，所以本發明結構非常簡單而堅固，特別適合于高速運行，而且有利于 改善該電機的冷卻條件；

由于在定子齒部突出了一個輔助凸極，可以明顯增加直軸電感，使得該類型電 機在同樣的額定電流和永磁磁鏈的條件下，提高了弱磁能力，拓寬了恒功率調速運 行范圍；同時保證了了電機的結構緊湊，功率密度較大，效率較高；