[實用新型]永磁體內嵌于定子上轉子為凸極的永磁電機

無效

• 申請號: 200920036999.X
• 申請日: 2009-02-27
• 公開（公告）號: CN201365146Y
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 張建忠;程明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K1/17
• 分類號: H02K1/17;H02K1/24;H02K3/46;H02K3/28
• 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

本實用新型是關于一種定子永磁無刷電機結構的設計技術，屬于電機設計的技術領域。

背景技術

與電勵磁電機相比，永磁電機尤其是稀土永磁電機，具有結構簡單、運行可靠、功率密度高和效率高的優點，因而應用范圍及其廣泛，幾乎遍及國防、航空航天、工農業生產和日常生活的各個領域。一般永磁電機把永磁體置于轉子表面或者內部，由于電機的轉子不易散熱，轉子上的過高溫升可能會造成安裝于轉子上的永磁體產生不可逆退磁。近年來，出現了一類將永磁體置于定子上的永磁電機，主要包括雙凸極永磁電機(Doubly?salient?permanentmagnet?machine，DSPM?machine)、磁通切換永磁電機(Flux?switching?permanent?magnetmachine，FSPM?machine)以及磁通反向電機(Flux?reversal?machine，FRM)，這類電機都采用了定、轉子雙凸極的結構，因此，電機一方面保留了開關磁阻電機的主要優點，同時又克服了開關磁阻電機功率密度、效率和功率因數較低的缺點。這類將永磁體和電樞繞組均置于定子側的電機，是一種與傳統轉子永磁型電機不同結構的定子永磁型電機，這類電機既有和開關磁阻電機相同的簡單凸極轉子，又可根據需要設置冷卻介質，用以對電樞繞組和永磁體同時進行冷卻散熱，從而提高了電機穩定運行的可靠性和降低成本。

和開關磁阻電機相類似，雙凸極結構的定子永磁型電機運行中會產生較大的轉矩脈動和振動，特別是為了提高電機的功率密度，定子永磁型電機的氣隙處磁感應強度設計得比較高，從而在凸極定子和凸極轉子之間產生比傳統轉子永磁型電機大得多的定位轉矩和轉矩脈動，運行中產生較大噪聲和振動，限制了電機的推廣使用；其次，為了與傳統轉子永磁型電機如永磁同步電機、無刷直流電機相競爭，還有必要進一步提高電機的功率密度。

發明內容

技術問題：本實用新型提出了永磁體內嵌于定子上，轉子為凸極的永磁電機的結構。一方面電機采用的簡單凸極轉子具有結構簡單、牢固、適合高速運行的優點，另一方面定子上內置永磁體，電樞繞組嵌放于定子槽內，氣隙和定子槽的交界處適當留有用于嵌線的槽口，這個結構安排使得電機氣隙面可以用于產生工作轉矩的區域增大，提高電機的輸出功率，同時可以適當降低氣隙磁場的磁密，從而減小凸極效應，降低電機的轉矩脈動。

技術方案：本實用新型的目的是這樣實現的：永磁體內嵌于電機的定子，永磁體外側有附加氣隙，永磁體內側有鐵心連接橋，定子沖片通過鐵心連接橋成為一個整體；定子極和氣隙交界面具有極靴，使定子槽和氣隙交界處形成很小的槽開口，槽開口尺寸為滿足電樞繞組嵌線之需，為2-3倍單股導線直徑；轉子為凸極結構，若干凸極在轉子上均勻分布，電機轉子無繞組、無永磁、無電刷和滑環。

電樞繞組為集中式繞組，每個定子極套有一個線圈，線圈的兩邊分別位于定子極兩側的定子槽內，每個定子槽內有兩個線圈的邊，線圈數量和定子極數相等；對三相電機，將面對面定子極上的兩個線圈串聯起來組成一相電樞繞組；對單相電機，所有線圈順向串聯起來組成單相電樞繞組。

單相電機的定子極數和轉子極數相等，三相電機為定子6極和轉子5極或為此整數倍。

在本實用新型中：所述的定子內永磁電機，永磁體具有接近于真空的低磁導率，因而具有很強的隔磁作用，當轉子旋轉時，轉子的凸極將會引起定、轉子之間氣隙處的磁阻發生周期性的變化，從而引起氣隙磁場分布的周期變化。定子內永磁電機巧妙利用了永磁體的隔磁作用來設計電機內部磁路，使氣隙磁場的周期變化在電樞繞組匝鏈的磁鏈變化最大化，從而產生感應電勢和電磁轉矩。

在本實用新型中：所述的定子內永磁電機，定子槽開口尺寸的設計只需滿足電樞繞組嵌線的要求，實際取2-3倍于單股導線直徑。一個小的定子槽開口使得相同永磁磁通在氣隙處形成較小的磁感應強度(定轉子極正對時)，從而改善電機的定位力矩和由其引起的轉矩脈動及振動；適當提高氣隙的磁感應強度，可以增加電樞繞組匝鏈的磁鏈，增大電機的輸出功率。

在本實用新型中：所述的定子內永磁電機，永磁體位于靜止不動的定子內部，便于采用空氣、水、油等不同介質進行冷卻設計，可同時對位于定子槽內的電樞繞組、定子鐵心和永磁體冷卻，防止高溫引起永磁體的不可逆退磁；電機設計時可根據不同的冷卻條件來選取電機的熱負荷參數，最大程度上拓展電機的功率輸出。

有益效果：