專利名稱：外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙凸極電機(jī)，特別是涉及一種外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極 電機(jī)。
背景技術(shù)：
磁通切換雙凸極電機(jī)最早是在1955年由學(xué)者Rauch和Johnson提出的，其結(jié) 構(gòu)如圖1所示，在其后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)這種電機(jī)被研究的很少。隨著永磁材料的發(fā)展， Hoang等學(xué)者在1997年重新將研究目光投向磁通切換雙凸極電機(jī)。隨后又有人提出了混 合勵(lì)磁磁通切換雙凸極電機(jī)，如圖2所示。近幾年中國(guó)學(xué)者也開始對(duì)磁通切換雙凸極電機(jī) 進(jìn)行比較系統(tǒng)的研究，其中研究比較多的有東南大學(xué)和浙江大學(xué)。磁通切換雙凸極電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，電機(jī)的結(jié)構(gòu)性能較好，相對(duì)于傳統(tǒng) 的轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)來說，永磁體置于定子上，不會(huì)產(chǎn)生不可逆退磁。磁通切換雙凸極電機(jī)的 轉(zhuǎn)子與開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子相似，既無永磁體也無繞組，機(jī)械強(qiáng)度高，適合高速或者超高速運(yùn) 行，且對(duì)環(huán)境的要求較低，適合運(yùn)行于較惡劣的環(huán)境。磁通切換雙凸極電機(jī)的每相永磁磁鏈 為雙極性，且磁鏈和反電勢(shì)波形都接近正弦分布，電機(jī)出力大，轉(zhuǎn)矩密度和功率密度較高。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910098786. 4的公開文件提出一種磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極 電機(jī)。如圖3所示，該種電機(jī)包含轉(zhuǎn)子31、定子32、U型定子鐵芯321、切向充磁磁體322、 輔助永磁體323、三相電樞繞組33以及機(jī)殼34。但是由于采用的是內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，輔助磁極 貼在定子鐵芯外，永磁體用量較多，而且當(dāng)電機(jī)極數(shù)較少時(shí)仍有很多漏磁產(chǎn)生，永磁體利用 率不高，磁場(chǎng)增強(qiáng)效果不理想。現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)研究還沒見相關(guān)報(bào)導(dǎo)，由于 外轉(zhuǎn)子電機(jī)具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比常規(guī)電機(jī)大，且電樞鐵芯直徑可以做的較大，能提高在不穩(wěn)定 負(fù)載下電機(jī)的效率和輸出功率，在某些場(chǎng)合外轉(zhuǎn)子電機(jī)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，比如風(fēng)力發(fā)電和 汽車制造，如汽車的輪轂，等領(lǐng)域。因此，提出漏磁少，損耗低，高功率密度的新型外轉(zhuǎn)子電 機(jī)成為本領(lǐng)域研究人員的主要任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種漏磁少，損耗低，高功率密度的 外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、定轉(zhuǎn)子間氣隙及轉(zhuǎn)軸； 所述定子包括環(huán)繞轉(zhuǎn)軸設(shè)置的導(dǎo)磁襯套、環(huán)繞導(dǎo)磁襯套設(shè)置的徑向充磁輔助永磁體，環(huán)繞 徑向充磁輔助永磁體設(shè)置的定子鐵芯，所述的定子鐵芯由定子鐵芯組件組成、定子鐵芯組 件間設(shè)置有切向充磁永磁體，切向充磁永磁體N、S極交替排列，與定子鐵芯組件接觸的切 向充磁永磁體和徑向充磁輔助永磁體極性相同；轉(zhuǎn)子設(shè)置在定子外，定轉(zhuǎn)子鐵芯均為齒槽 式結(jié)構(gòu)，定子鐵芯齒上纏有集中式電樞繞組，轉(zhuǎn)子上無繞組。
所述的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)為三相電機(jī)或多相電機(jī)，定子齒數(shù)
Ny ImiiM
JVs和轉(zhuǎn)子齒數(shù)Ντ滿足—=^―
Ns 2m
其中 為電機(jī)的相數(shù)，《為自然數(shù)，定子極數(shù)為偶數(shù)。所述的切向充磁永磁體沿圓周切向充磁，N極、S極交替排列。所述的電樞齒由切向充磁永磁體和緊貼在永磁體兩側(cè)的定子鐵芯組件的邊構(gòu)成， 電樞齒上纏繞集中式電樞繞組。所述的徑向充磁輔助永磁體沿半徑方向充磁，N極、S極交替排列，與定子鐵芯組 件接觸的切向充磁永磁體和徑向充磁的輔助永磁體極性相同。所述定子齒數(shù)與定子鐵芯組件數(shù)相同。電機(jī)定子齒部可以采用極靴結(jié)構(gòu)也可以不采用極靴結(jié)構(gòu)。所述的定子鐵芯組件根據(jù)定子槽空間大小或呈U型或呈V型。所述的導(dǎo)磁襯套采用磁性材料。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案的積極效果是
本發(fā)明的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)與現(xiàn)有雙凸極電機(jī)相比，主要技術(shù)特 點(diǎn)是采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、由切向充磁永磁體和沿徑向充磁輔助永磁體的合理配置，在使用較 少輔助磁極的情況下就能達(dá)到較好的效果，使電機(jī)的漏磁較少，氣隙磁密大幅提高、功率密 度較高，既可以做發(fā)電機(jī)又可用于電動(dòng)運(yùn)行，提高了電機(jī)在不穩(wěn)定負(fù)載下的效率和功率，適 合于風(fēng)力發(fā)電和汽車制造，如汽車的輪轂，等領(lǐng)域。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施和優(yōu)點(diǎn)作進(jìn)一步解釋。


附圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種磁通切換雙凸極電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是現(xiàn)有技術(shù)的一種混合磁通切換雙凸極電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意附圖3是現(xiàn)有技術(shù)的一種內(nèi)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖4是本發(fā)明的一種外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖5是本發(fā)明的一種定子無極靴的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)的結(jié)構(gòu) 示意附圖6是本發(fā)明的一種定子鐵芯組件為V型結(jié)構(gòu)的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極 電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖符號(hào)說明
41，51，61 U/V型定子鐵芯組件42，52，62切向充磁永磁體
43，53，63轉(zhuǎn)子44，54，64徑向充磁輔助永磁體
45，55，65導(dǎo)磁襯套46，56，66轉(zhuǎn)軸
47，57，67電樞繞組。
具體實(shí)施例方式
由于不同相數(shù)的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，下面僅以附圖 4所示的三相6/7結(jié)構(gòu)外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)為例，詳細(xì)闡述本發(fā)明的具
4體實(shí)施方式。參見圖4，依據(jù)本發(fā)明的一種外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，包括定子、 轉(zhuǎn)子、定轉(zhuǎn)子間氣隙及轉(zhuǎn)軸46等。所述定子包括環(huán)繞轉(zhuǎn)軸46設(shè)置的導(dǎo)磁襯套45、環(huán)繞導(dǎo) 磁襯套45設(shè)置的徑向充磁輔助永磁體44，環(huán)繞徑向充磁輔助永磁體44設(shè)置的定子鐵芯，所 述的定子鐵芯由定子鐵芯組件41組成，定子鐵芯組件41間設(shè)置有切向充磁永磁體42，切向 充磁永磁體42的N、S極交替排列，與定子鐵芯組件41接觸的切向充磁永磁體42和徑向充 磁輔助永磁體44極性相同；轉(zhuǎn)子43設(shè)置在定子外，定轉(zhuǎn)子鐵芯均為齒槽式結(jié)構(gòu)，定子鐵芯 齒上纏有集中式電樞繞組47，轉(zhuǎn)子上無繞組。所述外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)可以為三相電機(jī)或多相電機(jī)，定子齒 數(shù)Ns和轉(zhuǎn)子齒數(shù)Nr滿足
其中 為電機(jī)的相數(shù)，《為自然數(shù)，一般比較小，定子極數(shù)為偶數(shù)。例如當(dāng)為三相電 機(jī)且定子齒數(shù)為6K時(shí)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)可以為4K、5K、7K等多種結(jié)構(gòu)，即得到6K/4K、6K/5K、6K/7K 等多種結(jié)構(gòu)電機(jī)，K為正整數(shù)，如K=I時(shí)即得到6/4、6/5、6/7等多種結(jié)構(gòu)外轉(zhuǎn)子磁通切換電 機(jī)；Κ=2時(shí)，即得到12/8、12/10、12/14等多種結(jié)構(gòu)外轉(zhuǎn)子磁通切換電機(jī)。繼續(xù)參見圖4，所述的切向充磁永磁體42沿圓周切向充磁，N極、S極交替排列。所 述的電樞齒由切向充磁永磁體42和緊貼在永磁體42兩側(cè)的定子鐵芯組件41的邊構(gòu)成，電 樞齒上纏繞集中式電樞繞組47。所述的徑向充磁輔助永磁體44沿半徑方向充磁，N極、S 極交替排列，與定子鐵芯組件接觸的切向充磁永磁體42和徑向充磁輔助永磁體44的極性 相同。所述定子齒數(shù)與定子鐵芯組件41的數(shù)量相同。定子鐵芯組件41之間設(shè)置的切向充 磁永磁體42和定子鐵芯組件41交替排列，切向充磁永磁體42的數(shù)量與徑向充磁輔助永磁 體44的數(shù)量相同。圖5顯示本發(fā)明的定子無極靴的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)。如圖所 示，該實(shí)施例所示的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、定轉(zhuǎn)子間氣 隙及轉(zhuǎn)軸56等。所述定子包括環(huán)繞轉(zhuǎn)軸56設(shè)置的導(dǎo)磁襯套55、環(huán)繞導(dǎo)磁襯套55設(shè)置的 徑向充磁輔助永磁體54，環(huán)繞徑向充磁輔助永磁體54設(shè)置的定子鐵芯，所述的定子鐵芯由 定子鐵芯組件51組成，定子鐵芯組件51間設(shè)置有切向充磁永磁體52，切向充磁永磁體52 的N、S極交替排列，與定子鐵芯組件51接觸的切向充磁永磁體52和徑向充磁輔助永磁體 54極性相同；轉(zhuǎn)子53設(shè)置在定子外，定轉(zhuǎn)子鐵芯均為齒槽式結(jié)構(gòu)，定子鐵芯齒上纏有集中 式電樞繞組57，轉(zhuǎn)子上無繞組。其結(jié)構(gòu)與圖4所示的結(jié)構(gòu)基本相同，不同的是，圖4顯示當(dāng) 電機(jī)極數(shù)較少時(shí)，為了改善電勢(shì)波形和電機(jī)的性能，電機(jī)定子齒部可以采用極靴結(jié)構(gòu)，當(dāng)定 子采用極靴時(shí)，對(duì)電機(jī)的電勢(shì)波形有利，但是同時(shí)又要考慮定子槽空間，即槽滿率的問題。 在本申請(qǐng)中，定子槽空間的大小和電機(jī)軸徑、非導(dǎo)磁襯套的外徑、定子齒寬等因素有關(guān)。圖 5顯示當(dāng)電機(jī)極數(shù)較多，定子槽空間較小時(shí)也可不采用定子極靴。同理，圖6所示的電機(jī)也 沒有采用定子極靴。圖6顯示本發(fā)明的定子鐵芯組件為V型的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電 機(jī)。如圖所示，該實(shí)施例所示的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、定 轉(zhuǎn)子間氣隙及轉(zhuǎn)軸66等。所述定子包括環(huán)繞轉(zhuǎn)軸66設(shè)置的導(dǎo)磁襯套65、環(huán)繞導(dǎo)磁襯套65設(shè)置的徑向充磁輔助永磁體64，環(huán)繞徑向充磁輔助永磁體64設(shè)置的定子鐵芯，所述的定 子鐵芯由定子鐵芯組件61組成，定子鐵芯組件61間設(shè)置有切向充磁永磁體62，切向充磁永 磁體62的N、S極交替排列，與定子鐵芯組件61接觸的切向充磁永磁體62和徑向充磁輔助 永磁體64極性相同；轉(zhuǎn)子63設(shè)置在定子外，定轉(zhuǎn)子鐵芯均為齒槽式結(jié)構(gòu)，定子鐵芯齒上纏 有集中式電樞繞組67，轉(zhuǎn)子上無繞組。其結(jié)構(gòu)與圖4所示的結(jié)構(gòu)基本相同，不同的是，圖4 顯示定子鐵芯組件根據(jù)定子槽空間的大小被設(shè)計(jì)成U型結(jié)構(gòu)，而圖6顯示定子鐵芯組件根 據(jù)定子槽空間的大小被設(shè)計(jì)成V型結(jié)構(gòu)。在圖4、圖5和圖6所示的實(shí)施例中，導(dǎo)磁襯套均采用磁性材料。本發(fā)明的外轉(zhuǎn)子磁通切雙凸極電機(jī)反電勢(shì)和磁鏈的正弦性較好，適合永磁無刷電 機(jī)的控制方式。當(dāng)然，以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。除 上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其它實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方 案，均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，其特征在于，包括定子、轉(zhuǎn)子、定轉(zhuǎn)子 間氣隙及轉(zhuǎn)軸；所述定子包括環(huán)繞轉(zhuǎn)軸設(shè)置的導(dǎo)磁襯套、環(huán)繞導(dǎo)磁襯套設(shè)置的徑向充磁 輔助永磁體，環(huán)繞徑向充磁輔助永磁體設(shè)置的定子鐵芯，所述的定子鐵芯由定子鐵芯組件 組成、定子鐵芯組件間設(shè)置有切向充磁永磁體，切向充磁永磁體N、S極交替排列，與定子鐵 芯組件接觸的切向充磁永磁體和徑向充磁輔助永磁體極性相同；轉(zhuǎn)子設(shè)置在定子外，定轉(zhuǎn) 子鐵芯均為齒槽式結(jié)構(gòu)，定子鐵芯齒上纏有集中式電樞繞組，轉(zhuǎn)子上無繞組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，其特征在于，為三 相電機(jī)或多相電機(jī)，定子齒數(shù)Λ；和轉(zhuǎn)子齒數(shù)久滿足其中 為電機(jī)的相數(shù)，《為自然數(shù)，定子極數(shù)為偶數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，其特征在于，所述 的切向充磁永磁體沿圓周切向充磁，N極、S極交替排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，其特征在于，所述 的電樞齒由切向充磁永磁體和緊貼在永磁體兩側(cè)的定子鐵芯組件的邊構(gòu)成，電樞齒上纏繞 集中式電樞繞組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，其特征在于，所述 的徑向充磁輔助永磁體沿半徑方向充磁，N極、S極交替排列，與定子鐵芯組件接觸的切向 充磁永磁體和徑向充磁的輔助永磁體極性相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，其特征在于，所述 定子齒數(shù)與定子鐵芯組件數(shù)相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，其特征在于，電機(jī) 定子齒部可以采用極靴結(jié)構(gòu)也可以不采用極靴結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，其特征在于，所述 的定子鐵芯組件根據(jù)定子槽空間大小或呈U型或呈V型。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，其特征在于，所述 的導(dǎo)磁襯套采用磁性材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切雙凸極電機(jī)，其特征在于，適合永 磁無刷電機(jī)的控制方式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種外轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)增強(qiáng)型磁通切換雙凸極電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、定轉(zhuǎn)子間氣隙及轉(zhuǎn)軸等。所述定子包括環(huán)繞轉(zhuǎn)軸設(shè)置的導(dǎo)磁襯套、環(huán)繞導(dǎo)磁襯套設(shè)置的徑向充磁輔助永磁體，環(huán)繞徑向充磁輔助永磁體設(shè)置的定子鐵芯，所述的定子鐵芯由定子鐵芯組件組成、定子鐵芯組件間設(shè)置有切向充磁永磁體，切向充磁永磁體N、S極交替排列，與定子鐵芯組件接觸的切向充磁永磁體和徑向充磁輔助永磁體極性相同；轉(zhuǎn)子設(shè)置在定子外，定轉(zhuǎn)子鐵芯均為齒槽式結(jié)構(gòu)，定子鐵芯齒上纏有集中式電樞繞組，轉(zhuǎn)子上無繞組。本發(fā)明漏磁少，損耗低，功率密度高，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電和汽車的輪轂等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02K1/17GK102005836SQ20101058248
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者袁龍生, 趙朝會(huì) 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院