[發明專利]一種低成本高功率密度單相高速永磁電動機及方法

有效

• 申請號: 202010053355.2
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111262355B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 王道涵;臧鵬
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02K1/16
• 分類號: H02K1/16;H02K1/17;H02K1/24;H02K3/16;H02K3/28;H02K21/14;H02K21/02;H02K21/04;H02K1/02;H02P27/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.一種低成本高功率密度單相高速永磁電動機，其特征是，包括：定子及轉子；

在定子內部開有電樞槽，電樞槽內放置有電樞繞組，在定子內部開有空氣槽，空氣槽與電樞槽交替排列，均勻分布于定子鐵芯內徑一側；所述空氣槽采用梨形槽；

所述定子開有永磁體槽，用于放置鐵氧體，鐵氧體按照短-長- 短的方式排列形成一極，分布于電樞槽上方，每兩相鄰空氣槽之間鐵氧體充磁方向相同，形成一極，相同極性下永磁體之間設置有磁橋，使定子成為一個整體，空氣槽兩側鐵氧體充磁方向相反；

其中，長永磁體中的磁通分為兩部分，每一部分分別與相鄰的兩塊短永磁體產生的磁通并聯經過主氣隙進入轉子齒形成主磁通；

所述定子由定子槽、定子齒、定子軛部和永磁體槽組成；所述轉子包括轉子齒，相鄰的轉子齒之間設有轉子槽，所述定子齒和轉子齒之間設有主氣隙；

同極性下的鐵氧體通過長度和安裝角度的配合實現絕大多數磁通通過主氣隙，實現聚磁功能，提高電動機的性能和功率密度；其中，通過電動機的設計氣隙磁密確定永磁體的剩磁密度，再通過磁路計算確定鐵氧體的尺寸，使其工作在最大磁能積狀態附近；

在定子內徑、外徑以及永磁體槽尺寸一定的條件下，令鐵芯的主要磁路部分在工況下磁密不會過高，從而確定定子軛部厚度使定子不會飽和。

2.如權利要求1所述的一種低成本高功率密度單相高速永磁電動機，其特征是，電動機運行時，控制一套電樞繞組的電流大小和方向，電樞電流磁場和鐵氧體產生的磁場相互作用使得定子齒上的磁通相互增強或者抵消，定子磁場在某個方向上連續開通或者關斷，利用定子和轉子間磁阻變化產生轉矩。

3.如權利要求1所述的一種低成本高功率密度單相高速永磁電動機，其特征是，所述電動機定子齒的個數n_s滿足：n_s=2*n，其中n是大于等于2的自然數；

所述電動機轉子齒的個數n_r和電動機定子齒的個數n_s滿足：n_r=n_s/2；

所述永磁體的塊數n_pm和電動機定子齒的個數n_s滿足：n_pm/m=0.5*n_s，m為大于等于1的自然數。

4.如權利要求1所述的一種低成本高功率密度單相高速永磁電動機，其特征是，所述永磁體采用低成本的鐵氧體，通過設置三塊鐵氧體之間的安置角度來實現聚磁效應，提高氣隙磁密。

5.如權利要求1所述的一種低成本高功率密度單相高速永磁電動機，其特征是，所述電樞繞組從一個電樞繞組所在槽穿入，從相鄰的電樞槽穿出，相鄰兩個電樞槽內的繞組組成一個電樞線圈，每個電樞線圈橫跨兩個定子齒距，相鄰兩個電樞槽內繞組的電流大小相同，方向相反。

6.如權利要求1所述的一種低成本高功率密度單相高速永磁電動機，其特征是，所述定子槽內只安放有一套電樞繞組，定子槽內不需要相間絕緣，槽利用率高。

7.如權利要求1所述的一種低成本高功率密度單相高速永磁電動機，其特征是，所述空氣槽內灌注環氧樹脂非導磁材料。

8.如權利要求1所述的一種低成本高功率密度單相高速永磁電動機，其特征是，所述定子齒，定子軛和轉子齒均采用硅鋼片疊壓而成或者采用高導磁率鐵芯材料一次制成。

9.基于權利要求1-8任一所述的一種低成本高功率密度單相高速永磁電動機的工作方法，其特征是，包括：

當電樞繞組不通電時，永磁體產生的磁通的一部分經過定子軛部，定子齒和主氣隙沿電動機徑向流入轉子齒，再經過相鄰的轉子齒流出到主氣隙到達另一個極下的永磁體，再經過定子背部閉合，這形成了電動機的主磁通；

當電樞繞組通電時，電樞繞組電流產生的磁場使得電樞繞組所在電樞槽兩側的定子齒分別呈現不同的極性，與永磁體產生的磁場作用疊加，使得一個定子齒顯示極性，有主磁通磁通經過，相鄰的另一個定子齒沒有極性，無磁通流過，由于電樞繞組每隔一個槽設置，因此，電動機內有一半的定子齒具有極性，一半的定子齒沒有極性，根據磁阻最小原理，將使轉子旋轉到使轉子齒與具有極性的定子齒重合；

由于轉子齒數為定子齒數的一半，此時正好有每個轉子齒均與定子齒正對，這個位置為轉子齒和定子齒的對齊位置，這個位置對應的磁阻最小；此時，若轉子繼續旋轉，需改變電樞繞組內電流的方向，使得剛才不具有極性的定子齒顯示極性，而原先有極性的定子齒不顯示極性，這時，根據磁阻最小原理，轉子齒將有旋轉到與現在四個有極性定子齒對齊的趨勢，因而轉子將受力旋轉，當轉子齒與定子再次重合后，繼續改變電樞繞組電流的方向，這個過程將一直重復，轉子將持續旋轉。