[發(fā)明專利]一種高槽滿率高性能開口槽直齒永磁電機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310581479.8
• 申請(qǐng)日: 2013-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN103647421A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙文祥;雷倩;朱紀(jì)洪;吉敬華;張新華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K21/14
• 分類號(hào): H02K21/14;H02K1/16;H02K1/22
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高槽滿率高性能開口槽直齒永磁同步電機(jī)，可用于航空航天等對(duì)電機(jī)功率密度和可靠性要求較高的領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著稀土永磁材料的迅速發(fā)展，特別是銣鐵硼永磁材料性能的不斷提高和價(jià)格的逐漸降低，永磁電機(jī)在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和家用電器等方面獲得越來越廣泛的應(yīng)用。在一些特殊領(lǐng)域如航空航天、電動(dòng)汽車等要求電機(jī)具有高的功率密度和效率。而槽滿率是電機(jī)效率和功率密度提高的技術(shù)瓶頸。

一般永磁同步電機(jī)常采用分布繞組，且槽型大都為半開口槽。其繞組通常是在體外繞好后嵌入定子槽內(nèi)，由于槽口比槽身窄很多，導(dǎo)致槽滿率通常不超過50%，且繞組端部伸出較長(zhǎng)，電機(jī)結(jié)構(gòu)不緊湊，難以滿足對(duì)功率密度有較高要求的特殊應(yīng)用領(lǐng)域。為了提高槽滿率目前常采用的手段是將定子分成多個(gè)定子段組件，每個(gè)定子段組件通常包括一個(gè)定子齒，定子齒繞好繞組后進(jìn)行組裝。該方法雖然可以提高槽滿率，但是，分段式定子的組裝通常適用于低速大功率電機(jī)，用來構(gòu)成定子的硅鋼片不宜太薄，否則相互交錯(cuò)，不便于組裝。

另一方面一般永磁同步電機(jī)雖具有高功率密度，但是由于其固有的定位轉(zhuǎn)矩，影響了其在高精度伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用，常規(guī)的解決方法是采用無槽或者斜槽等方法。但是無槽結(jié)構(gòu)只適合于小功率電機(jī)且效率略低；而斜槽雖可以降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，同時(shí)也犧牲了功率。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，槽滿率高，反電勢(shì)正弦，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小的高性能電機(jī)。使得電機(jī)便于嵌線，且繞組端部伸出短，結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的永磁同步電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子，定子由定子鐵芯和定子繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子由永磁體和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子之間存在氣隙。定子鐵芯采用開口槽，齒為齒寬相等的直齒；定子繞組采用單層集中繞組，每槽繞有一套繞組，繞有繞組的齒稱為電樞齒，沒有繞組的齒稱為間隔齒；定子繞組在模具上繞好后整體嵌入槽中；嵌入槽中的定子繞組采用環(huán)氧樹脂膠灌封；轉(zhuǎn)子上永磁體采用halbach陣列，直接粘貼在轉(zhuǎn)軸上。

上述電樞齒和間隔齒設(shè)計(jì)成等寬，定子齒寬用極弧系數(shù)k_s表示，k_s=（0.4~0.6）。

上述電機(jī)定子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子極數(shù)需滿足z=p±2，z為電機(jī)槽數(shù)、p為轉(zhuǎn)子極數(shù)。

上述電機(jī)繞線前需制作與電樞齒形狀一致的模具，在線模上繞好線涂膠固定后，整體嵌入定子槽中。

上述定子繞組嵌入槽中后，槽中采用環(huán)氧樹脂膠灌封時(shí)需要在真空高壓環(huán)境下，需填滿槽中和繞組端部間隙，使得環(huán)氧樹脂膠在槽中與定子鐵芯緊貼，在端部與機(jī)殼和電機(jī)兩側(cè)端蓋緊貼。

上述永磁體內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)為直線，直接粘貼在多邊形轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子無鐵芯，永磁體采用不銹鋼套筒或者碳素纖維包裹固定。

上述halbach陣列永磁轉(zhuǎn)子中，每極永磁體的數(shù)目為2，充磁方向分別為徑向和切向，定義徑向磁化方向的永磁體極弧系數(shù)為k_r，k_r=（0.4~0.7）。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明電機(jī)槽滿率不小于65%，繞組端部伸出短，電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。

2、本發(fā)明采用開口槽直齒結(jié)構(gòu)避免使用極靴齒，嵌線方便。

3、繞組由環(huán)氧樹脂灌封后，散熱性能好，尤其是端部繞組通過環(huán)氧樹脂將熱傳導(dǎo)到端蓋和機(jī)殼上，解決了繞組端部散熱難的問題。

4、開口槽直齒結(jié)構(gòu)使得電機(jī)定子繞組磁路磁阻增大，電感減小，提高了功率因數(shù)。

5、電機(jī)定子上的定子繞組為集中式繞組，繞組端部短，電阻和銅耗較小。

6、每槽只有一套繞組，起到電機(jī)相與相之間的物理隔離、熱隔離以及磁路的解耦。

7、無鐵芯halbach陣列永磁轉(zhuǎn)子節(jié)約了轉(zhuǎn)子空間，提高了電機(jī)功率密度，降低了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

8、無鐵芯halbach陣列徑向充磁的永磁體產(chǎn)生的定位轉(zhuǎn)矩和切向充磁的永磁體部分抵消，降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

附圖說明

圖1是電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為原有電機(jī)結(jié)構(gòu)，(b)為本發(fā)明。

圖2是本發(fā)明永磁體結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明電機(jī)結(jié)構(gòu)繞組環(huán)氧樹脂灌封后實(shí)物圖。

圖4本發(fā)明自感互感對(duì)比圖。

圖5本發(fā)明空載反電勢(shì)波形圖。