[發(fā)明專利]高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、低擾動永磁旋轉(zhuǎn)電機

有效

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• 申請日: 2010-06-13
• 公開（公告）號: CN101958623A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸炳林
• 申請（專利權(quán)）人: 上海川鄰精密配件有限公司
• 主分類號: H02K21/02
• 分類號: H02K21/02;H02K1/06;H02K3/04
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 羅習群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

常用的徑向電機，就是指氣隙中的磁場的方向是徑向的。這里所說的磁場，對于永磁電機來說，是指永磁體所激發(fā)的磁場和線圈繞組在電機工作時所激發(fā)的磁場。對于常規(guī)徑向電機，這兩個磁矢的方向在間隙中大體是徑向的。與徑向電機相對應(yīng)的軸向電機又稱為盤式電機，其氣隙中的磁場方向則大體平行于電機的旋轉(zhuǎn)軸[1]。這里所說的磁場，對于永磁無刷電機來說，也是指永磁體所激發(fā)的磁場和定子線圈繞組工作時所激發(fā)的磁場。對于常規(guī)的軸向電機，或稱盤式電機，這兩個磁場在間隙中的方向都是平行于旋轉(zhuǎn)軸的。另外有一種橫向電機[2]。其永磁體所產(chǎn)生磁場和繞組所產(chǎn)生的磁場各自處于相互垂直的平面。其中，永磁體所產(chǎn)生的磁場在氣隙中是徑向的，而線圈繞組在氣隙中所產(chǎn)生的磁場則是軸向的。采用永磁體結(jié)構(gòu)的徑向旋轉(zhuǎn)電機永磁磁鋼排列也通常是按旋轉(zhuǎn)軸為中心的圓柱磁鋼在外面向中心，或磁鋼在內(nèi)背向中心的排列。磁鋼通常粘貼在鐵磁材料上，以便在電機工作時形成有利的導(dǎo)磁廻路。而線圈繞組，為了增強磁密度，通常采用鐵磁物質(zhì)如硅鋼片形成繞組芯，線圈通常按從邊緣向中心的順序分層繞制在硅鋼片芯上。

常規(guī)徑向旋轉(zhuǎn)電機雖然目前仍是永磁無刷電機的主流產(chǎn)品，但其現(xiàn)存結(jié)構(gòu)的固有局限性，卻成為提高電機功率密度和旋轉(zhuǎn)力矩密度的桎梏。在現(xiàn)代工業(yè)社會需求高功率密度和高轉(zhuǎn)矩密度以減少電機的體積和重量，不設(shè)置引起噪聲、降低電機效率的減速系統(tǒng)情形下，常規(guī)徑向永磁旋轉(zhuǎn)電機的結(jié)構(gòu)弱點已日益明顯地表露無遺，并在文獻中已有定論。

隨著新材料的應(yīng)用，制造技術(shù)的新發(fā)明和冷卻技術(shù)的改進，進一步提高電機的功率密度(單位質(zhì)量或單位體積的輸出功率)成為可能。對于常規(guī)的徑向電機，這種提高存在其內(nèi)在局限，這是因為：路徑在轉(zhuǎn)子牙形的根部的瓶頸特點；相當大部分轉(zhuǎn)子軛周面的轉(zhuǎn)子芯很難利用來作為磁路；先從定子繞組到定子芯然后再到支架結(jié)構(gòu)的熱遷移---在沒有強制冷卻安排的情形下，通過定子氣隙，轉(zhuǎn)子和軸的散熱很差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種新的電機拓補結(jié)構(gòu)，它的一般形式兼有徑向電機和軸向電機的結(jié)構(gòu)特點，既能最大程度地利用電機內(nèi)部的電磁空間，消除徑向電機的瓶頸，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電機的高轉(zhuǎn)矩密度和高功率密度，又能同時為電機的控制提供更多的空間，使電機的力矩擾動減為最小；本發(fā)明的方案是：

該電機的永久磁鋼在空間的排列，沿周線依次展開并采用雙V型排列，即采用二個一對的V型同極性永久磁鋼沿周線排列；但周線相鄰對磁鋼極性相異。

在徑向，與其相對應(yīng)，在該雙V型磁鋼的內(nèi)面，另有二個一對的V型同極性磁鋼沿周線排列群，在轉(zhuǎn)子在外的情形，采用對面式，在轉(zhuǎn)子在內(nèi)的情形，采用背靠背式。

在軸向，即旋轉(zhuǎn)軸的上、下設(shè)置二個一對同極性V型永久磁鋼群，其對數(shù)與上面的對數(shù)相同，其極性與上面一對的同極性V型永久磁鋼的極性相反。

在述上述兩對V型鋼的對面，分別設(shè)置相應(yīng)的線圈繞組，上下繞組產(chǎn)生磁場極性相反。

沿周線排列的上下對磁鋼群和相鄰的繞組群組成一個獨立的電磁作用單元；每個獨立的單元可以選擇不同的齒槽數(shù)，不同的V字磁鋼對數(shù)和不同的電相數(shù)。

所述一對V型永久磁鋼和另一對V型永久磁鋼設(shè)置的位置是背靠背的，或者是面對面的。

所述V型永久磁鋼和線圈繞組之間的位置，是V型永久磁鋼在外，線圈繞組在內(nèi)；或者是V型永久磁鋼在內(nèi)，線圈繞組在外。

所述V形磁鋼的V字的兩邊夾角，以及V字的兩邊邊長是可變的，特殊清況下，V字的一個邊為零，永久磁鋼成為一塊平板。

本發(fā)明的有益功效在于，本發(fā)明基于對常規(guī)徑向電機和橫向電機電磁拓補結(jié)構(gòu)的深入研究而提出的新型拓補結(jié)構(gòu)。它采用了雙V形磁鋼排列，盆式線圈繞組和沿軸向徑向分層的電磁拓補結(jié)構(gòu)，解決了常規(guī)徑向電機的根本弱點，使電機的電磁空間得到充分的利用，增大了電機的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度，并為減少電機的力矩擾動提供了更為充分的條件。由于此種結(jié)構(gòu)的電機在很多情形下可以采用徑向電機多年的技術(shù)積累，將會是今后高端電機發(fā)展的一個重要方向。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明兩對V型磁鋼在外，線圈繞組在內(nèi)的排列結(jié)構(gòu)圖。

附圖2是本發(fā)明兩對V型磁鋼中每個磁鋼相對旋轉(zhuǎn)90°后排列結(jié)構(gòu)圖。

附圖3是圖2的變形，相當于徑向電機的磁鋼排列圖。

附圖4是圖3的變形，相當于軸向電機的磁鋼排列圖。

附圖5、6是本發(fā)明兩對V型磁鋼在內(nèi)，線圈繞組在外的排列結(jié)構(gòu)圖。

附圖7是采用拓補結(jié)構(gòu)30槽，周向13對V形磁鋼徑向二層、軸向一層磁鋼排列的結(jié)構(gòu)圖。