[發明專利]中間定子結構磁通切換型軸向磁場永磁電機

無效

• 申請號: 200910184415.8
• 申請日: 2009-08-06
• 公開（公告）號: CN101621234A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 林明耀;張磊;林克曼;李婉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K1/17;H02K3/28;H02K1/14;H02K1/24
• 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

本發明涉及的是一種中間定子結構磁通切換型軸向磁場永磁電機，是對傳統的中間定子結構軸向磁場永磁電機的改進，屬于永磁電機技術領域。

背景技術

我國稀土資源豐富，稀土礦的儲藏量為世界其他各國總和的4倍左右，稀土礦石和稀土永磁的產量都居世界前列。稀土永磁材料和稀土永磁電機的科研水平也都達到了國際先進水平。因此，充分發揮我國豐富的稀土資源優勢，大力研究和推廣應用以稀土永磁電機為代表的各種永磁電機具有重要的理論意義和工程實用價值。

與傳統的電勵磁電機相比，永磁電機，特別是稀土永磁電機具有結構簡單、運行可靠、體積小、質量輕、損耗小、效率高，電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優點。過去的十多年來，研究熱點一直集中于以表面貼裝式、插入式和嵌入式為代表的轉子永磁型電機。然而將永磁體置于轉子，在電機運行過程中會產生一系列的問題，例如對于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，通常要制作輔助的永磁體固定裝置，這會導致轉子散熱困難，過高的溫升會使永磁體發生不可逆退磁，限制電機出力，減小電機的輸出功率；而對于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，使制作工藝復雜。另外，對于轉子永磁型電機，定子繞組產生的電樞反應磁通都會進入轉子，與永磁體相互耦合，存在一定程度的去磁危險。

傳統的軸向磁場永磁電機，若采用無槽結構，則其磁負荷小，有槽結構雖然功率密度較高但制造困難，需專用設備。另外，無論是單氣隙還是雙氣隙軸向磁場永磁電機，轉子都是由高性能永磁材料粘結在實心鋼或硅鋼片上構成。這樣，在其運行過程中，就會產生上述的一些問題，同時也增加了電機的制造成本。

法國學者E.Hoang在1997年的EPE會議上，首先提出了三相12/10結構的永磁式磁通切換型永磁電機，定子為“U”形鐵心，中間嵌入切向交替充磁的永磁體。隨后，東南大學、南京航空航天大學、英國Leicester大學和Sheffield大學等高校和科研院所對磁通切換型永磁電機做了較為深入的研究，并取得了大量的成果。所謂磁通切換電機，是指隨著轉子位置的變化，激磁磁通切換其路徑，使得定子繞組內磁鏈的大小和方向均發生變化，從而產生交變的電勢。永磁式磁通切換型電機不存在勵磁損耗，定轉子鐵心均為雙凸極結構，轉子上既無永磁體也無繞組，結構簡單、工作可靠、效率高、冷卻方便，具有較高的功率密度和效率。然而遺憾的是，目前對永磁式磁通切換型電機的研究大多集中于徑向磁場電機，該種電機不適合于嚴格要求薄形安裝的場合，所以研究磁通切換型軸向磁場永磁電機就具有重要的意義和使用價值。

發明內容

技術問題：針對傳統軸向磁場永磁電機存有的不足，為提高軸向磁場永磁電機性能，本發明提出了一種轉子無永磁體和電樞繞組、結構簡單，功率密度和效率高的中間定子結構磁通切換型軸向磁場永磁電機。

技術方案：本發明的中間定子結構磁通切換型軸向磁場永磁電機由一個定子和兩個轉子構成的雙氣隙永磁電機，定子與轉子同軸安裝，定子夾放在兩個轉子之間，轉子和定子之間留有空氣隙；兩個轉子的結構完全一樣，而且關于定子對稱；由6個H形定子鐵心和6塊永磁體組成的定子單元與由5個轉子極組合成的轉子單元構成“基本電機”，將基本電機的定子單元與轉子極進行整數倍擴充，得到6a/5a結構的電機，其中a為正整數。每個定子包括6a個H形定子鐵心、6a塊永磁體和6a個集中繞組線圈，H形定子鐵心和永磁體交替放置構成圓盤，每個線圈橫跨在兩個H形定子鐵心的齒上，中間嵌入永磁體，永磁體沿著圓周方向交替充磁。6a個集中繞組線圈分成三相，其中每相隔兩槽的2a個線圈串聯成一相，即A、B、C三相繞組兩兩相隔120°電角度相串聯；定子兩側相對的同相繞組相串聯或者相并聯。

轉子共有5a個齒，稱為5a個轉子極，均勻設置在轉子軛部的圓盤表面，并與定子在該轉子側的齒相對。H形定子鐵心的齒和轉子極都是平行齒，或都是扇形齒。

有益效果：本發明所提出的中間定子結構磁通切換型軸向磁場永磁電機，將磁通切換的理念合理應用于軸向磁場永磁電機，集中了傳統軸向磁場永磁電機和磁通切換型永磁電機的優點。轉子結構簡單、軸向尺寸短，解決了永磁體置于轉子而帶來的一系列問題。

定子采用“H”形導磁鐵心，相對于傳統軸向磁場永磁電機制造方便。

由于定子兩個相鄰的定子齒之間設置有永磁體，所以當轉子極與不同的定子齒對齊時，永磁體產生的永磁磁通穿過線圈的方向就會不同，從而產生磁通切換效應，導致線圈中匝鏈的永磁磁鏈為雙極性。