[發明專利]周向移相軸向分段的楔形定子鐵芯外永磁轉子同步電機

有效

• 申請號: 201010553560.1
• 申請日: 2010-11-22
• 公開（公告）號: CN101980433A
• 公開（公告）日: 2011-02-23
• 發明（設計）人: 張鳳閣;劉光偉;張昊;王博
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H02K21/22
• 分類號: H02K21/22;H02K1/27;H02K1/14
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

技術領域

本發明屬于一種電機，特別涉及一種具有無耦合定子繞組與楔形鐵芯并且具有軸向不均勻氣隙的軸向分段式移相外永磁轉子同步電機。

背景技術

現有的變頻調速永磁同步電機，其鐵芯一般采用硅鋼片作為磁路，在高頻供電運行時，鐵耗（磁滯損耗和渦流損耗）會急劇增加，電機性能會大大下降；其繞組大多為常規三相對稱交流短距分布繞組，不僅繞組的利用率低，而且三相電樞繞組之間不可避免存在相互耦合，這樣不僅會產生對電機出力沒有貢獻的相間耦合電動勢，從而降低電機的轉矩密度和出力，而且這種耦合給電機的相間解耦變頻調速控制帶來了很大的麻煩和困難；從電機制造的角度來講，硅鋼片鐵芯沖槽和疊裝過程復雜，模具工裝和人工成本較高，電樞的短距分布繞組不僅需要很好的相間絕緣，而且繞線和嵌線過程復雜，因此電機的制造過程麻煩，成本較高。

發明內容

本發明提供一種具有無耦合定子繞組與楔形鐵芯并且具有軸向不均勻氣隙的軸向分段式移相外永磁轉子同步電機。與現有的變頻調速永磁同步電機相比較，該種電機不僅制造成本較低，而且在高頻供電高速運行時具有更大的轉矩密度和更好的運行性能。

本發明的技術方案為：

周向移相軸向分段的楔形定子鐵芯外永磁轉子同步電機，其特征在于：所述電機的定子軸一端安裝左端蓋，左端蓋與定子軸之間安裝有左軸承，定子軸另一端安裝有右端蓋，右端蓋與定子軸之間安裝有右軸承；定子軸中間部分沿徑向由內向外依次安裝有定子鐵芯和外轉子，定子集中繞組位于定子鐵芯內部，且均勻纏繞在定子軸上，并通過接線孔將定子集中繞組接線引出；外轉子兩端通過螺栓分別連接左端蓋和右端蓋，外轉子內表面安裝有永磁體，電機通過安裝在定子軸上的外支架固定在地面上，定子軸與外支架之間安裝有外支架軸承。

所述永磁體通過磁鋼定位鋼板固定安裝在外轉子上。

所述定子鐵芯為單段、兩段或者多段結構。

所述定子鐵芯兩側安裝有止動擋圈。

所述定子鐵芯與定子軸之間安裝有平鍵。

所述單段定子鐵芯由兩片定子磁軛組成，每片定子磁軛由軟磁復合材料制成的圓盤型磁軛與沿周向分布在圓盤型磁軛上的軟磁復合材料制成的楔型磁極組成，楔形磁極前端寬度最窄并且與外轉子內表面沿定子軸徑向的垂直距離最小，從楔形磁極前端沿定子軸軸向到圓盤型磁軛處的楔形磁極寬度逐漸增大并且厚度也逐漸增厚，楔形磁極與外轉子沿定子軸徑向垂直距離逐漸增大，將兩片定子磁軛的楔形磁極相對并且沿圓盤型磁軛周向相互錯開裝配組成形狀類似圓餅型的定子鐵芯，兩片定子磁軛的楔形磁極在圓盤型磁軛圓周方向交替均勻分布，即構成沿定子軸軸向不均勻氣隙結構。

所述楔形磁極的數量等于定子鐵芯所對應外轉子上永磁體的數量。

通過本發明所述技術方案得到的電機的因外采用了特殊結構，取得了意想不到的特殊效果，主要體現在：其磁通路徑所采用軟磁復合材料的特點決定了該種電機在高頻高速下運行會比采用硅鋼片的傳統交流同步電機具有更低的損耗和更好的運行性能；提出的軸向不均勻氣隙結構使得該種電機中的導磁材料和電機繞組得到更加充分的利用亦有利于反電勢波形的正弦化；內定子和外永磁轉子的有機結合以及無耦合集中繞組的采用使得該種電機具有更大的轉矩密度和功率密度，且從電機本身徹底實現了常規電機很難實現的相間解耦控制；集中繞組和軸向分段式的電機結構使得該種電機制造更加容易和方便。

新型周向移相軸向分段的楔形磁極鐵芯外永磁轉子同步電機具有如下特點：結構上不僅容易做成多極，而且具有結構簡單，無刷可靠等優點；繞組構成簡單方便，便于設計為多相結構；設計自由度大，可以根據需要自由改變磁路尺寸和線圈窗口大小；無端部繞組，使得電機銅的利用率顯著提高，銅耗大幅度減小，并且集中繞組也能夠減小電機的體積；電機中除具有常規電機的徑向磁場外還有軸向磁場,為三維分布；定子繞組各相之間沒有直接的耦合，便于實現解耦控制，并有利于提高電機出力和轉矩密度；定子鐵芯材料特殊，采用了適合三維交變磁場流通、易于加工成復雜形狀的新型軟磁復合材料SMC，由于該材料的粉末性質，形成了磁的各向同性，在高頻之下的渦流損耗相對較小，即高頻下的鐵芯損耗遠低于硅鋼片，因此在高頻高速下運行有利于提高電機的效率。

附圖說明：

圖1為采用三段定子鐵芯時的電機結構示意圖；

圖2為單段定子鐵芯展開示意圖；

圖3為采用三段定子鐵芯的轉子永磁體錯位裝配示意圖；

圖4為三段式定子結構示意圖；

附圖標記說明：