專利名稱：低制動損耗永磁電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種旋轉電機，特別是涉及一種齒槽效應很小的無刷永磁電機。
背景技術：
永磁電機功率密度高，性能優(yōu)異，但在用于車輛高速驅動、風力發(fā)電時，效果不理想。用于儲能飛輪時，難以持久。主要原因之一是齒槽效應。目前，針對齒槽效應所采用的技術措施，有斜槽、分數(shù)槽、永磁體的組合排列等。但是由于轉子與定子的基本的結構和相對狀態(tài)沒有改變，齒槽效應仍然存在，永磁電機固有的制動阻力，增加了電能或者風力等機械能量的損耗，影響了最終使用效果。永磁體能量得不到充分利用，相對比較優(yōu)勢盡失。因此不適用于車輛驅動和風力發(fā)電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種齒槽效應微弱、制動轉矩很小，適用于車輛驅動、風電等用途的永磁電機。為此所采用的技術方案，是設計一種新的定子和轉子結構。在該方案中，一種低制動損耗永磁電機，主要包括定子鐵心、線圈、凸極轉子鐵心、永磁體、軸和機座。轉子主要由軸、至少二個凸極轉子鐵心和至少一個永磁體組成。轉子鐵心軸向間隔排列，分別與永磁體的S、N極連接在一起，與同一個轉子鐵心連接的永磁體磁場方向相同，相鄰的轉子鐵心，互為異極。定子主要由定子鐵心和分段繞組或者是定子繞組組成。繞組由線圈組成。低制動損耗永磁電機還包括非導磁材料制造的構件襯套，用于防止磁短路。每一個凸極轉子鐵心，都可以單獨由永磁體表貼轉子鐵心、無凸極的盤狀轉子鐵心、鼠籠轉子鐵心或者是罩極轉子鐵心代替。凸極轉子鐵心上有均勻分布凸出的磁極；轉子鐵心與永磁體、襯套一起固定在軸上，鐵心凸極軸向相對交叉排列，組成轉子。永磁體固定在轉子鐵心上，可以是多個單體組成的等效永磁體。表貼轉子鐵心是在鐵心圓周表面粘結永磁體的轉子鐵心。在同一個表貼鐵心上的永磁體，均為徑向N極，或者是S極。盤狀轉子鐵心由環(huán)狀沖片組成。在盤狀鐵心上增加籠型繞組，組成鼠籠轉子；增加罩極，組成罩極轉子。罩極由兩端短路的多根導條組成，每個轉子鐵心上至少一個罩極；用二個環(huán)狀導體短路鐵心上的全部罩極，實際上就是籠形繞組。相對于定子鐵心，相鄰的轉子鐵心，互為異極，或稱為N極轉子鐵心和S極轉子鐵心。定子鐵心包括分段的定子鐵心和不分段的定子鐵心。分段的定子鐵心指構造上分為轉子段和間隔段；在轉子段鐵心上，齒和槽均勻分布；在間隔段鐵心上，沒有齒，或者是沒有齒尖和齒頂部。轉子段與轉子上的轉子鐵心相對，軸向長度基本上相等；需要時齒尖連在一起，槽沒有開口；間隔段與轉子鐵心之間的間隔相對，軸向長度基本上相等。不分段的定子鐵心由形狀相同的定子沖片組成，沒有間隔段。分段繞組轉子段上的線圈組成的繞組，線圈的邊槽部長度與定子鐵心的轉子段軸向長度大致相等；定子繞組繞組中線圈的邊槽部長度與整個定子鐵心的長度大致相寸。線圈和鐵心組成的定子，包括下述幾種可選構造由不分段的定子鐵心和定子繞組組成；由分段的定子鐵心和定子繞組組成；由分段的定子鐵心和分段繞組組成。在分段的定子鐵心的轉子段上，還可以包括輔助線圈，連接成輔助繞組；組成電磁體。定子固定在機座上，轉子、定子之間預留氣隙，轉子可以旋轉。永磁體的磁力線經(jīng)N 極轉子鐵心、氣隙、通過定子鐵心、穿過軸向另一側氣隙至S極轉子鐵心返回。永磁閉合回路和旋轉的電激勵磁場，不在一個平面上。在轉子與定子之間，永磁磁場的方向不會改變， 旋轉時磁阻變化很小，齒槽效應基本上已被消除。對分段繞組或者定子繞組施加激勵，就能產(chǎn)生旋轉磁場，驅動電機旋轉；反之，在外部機械轉矩的驅動下，用于發(fā)電。定子鐵心轉子段上的輔助線圈連接成多相輔助繞組后組成的電磁體，能控制電磁場方向，使永磁轉子在懸浮狀態(tài)下旋轉，空載阻力更??；能控制氣隙磁場狀態(tài)，穩(wěn)定電機的旋轉速度；也能用于能量輸出。定子鐵心的轉子段、分段繞組和轉子鐵心，組成相對獨立的磁電系統(tǒng)；在不需要多組磁電系統(tǒng)的應用場合，磁路中其他的轉子段和對應的轉子鐵心，可以取消，由其他形狀導磁材料構件代替；也可以利用機座來組成磁路。在選用表貼轉子鐵心時，磁力線從永磁體N 極經(jīng)氣隙、定子鐵心、構件(或機座)、氣隙、轉子鐵心等部件返回，組成磁路。本發(fā)明由于結構上的改變，雖然轉子與定子之間的永磁作用力仍然存在，卻始終是均勻的，磁場方向不變；空載時轉子在勻強磁場中旋轉，動能得到了充分的利用。本發(fā)明取得的有益效果是，齒槽效應微弱，制動轉矩小，提高了高速驅動效率；旋轉時永磁磁通量的變化相對緩慢，有效降低了反電動勢；因此用于車輛驅動時，減輕了車載電源的負擔；用于風力發(fā)電時，易于起動，控制手段簡單，不但適用于內(nèi)外轉子大型直驅風電，也能滿足體積小、高速運行的要求，具有很強的競爭力。


圖1是永磁電機實施例1示意圖。圖中
I定子鐵心；2 左凸極轉子鐵心；3 右凸極轉子鐵心；4 永磁體；5 軸； 6 襯套；7 機座；8 線圈。圖2是永磁電機定子示意圖。圖中
II左線圈；12 左轉子段；13 間隔段；14 右轉子段；15 右線圈。圖3是永磁電機實施例2示意圖。圖中
21 分段的定子鐵心；22 右輔助線圈；23 :N極永磁體；24 轉子鐵心； 25 軸；26 機座；27 S極永磁體；28 左輔助線圈；29 線圈。圖4是永磁電機實施例3示意圖。圖中
31 不分段的定子鐵心；32 永磁體1 ；33 永磁體2 ；34 轉子鐵心1 ；35 轉子鐵心2 ； 36 轉子鐵心3 ;37 線圈。
具體實施例方式實施例一
低制動損耗永磁電機，結構如圖1所示。定子由定子鐵心1和線圈8組成。定子鐵心 1固定在機座7上，線圈8組成定子繞組。左凸極轉子鐵心2、永磁體4、右凸極轉子鐵心3 軸向排列，和襯套6 —起固定在軸5上，組成轉子。左凸極轉子鐵心2與右凸極轉子鐵心3 上的凸極軸向相對交叉排列。在定子繞組被激勵后，產(chǎn)生旋轉磁場，驅動轉子旋轉；轉子上除永磁作用力以外， 還迭加了類似開關磁阻電機的磁阻轉矩。驅動方式可以是開關脈沖，也可以是正弦交流電壓。圖中定子鐵心1是分段的定子鐵心。與永磁體4相對的部分是鐵心的間隔段，沒有齒尖和齒頂部。定子鐵心1可以由不分段的定子鐵心代替。定子鐵心1與線圈8組成的定子，也可以由圖2所示的電機定子代替。圖2中左轉子段12、間隔段13、右轉子段14組成分段的定子鐵心。左線圈11組成左轉子段12上的分段繞組，右線圈15組成右轉子段14上的分段繞組。定子鐵心的間隔段13上沒有齒，轉子鐵心上磁極的軸向相對位置，可以根據(jù)分段繞組來安排。凸極轉子鐵心2或凸極轉子鐵心3可由永磁體表貼鐵心等其他轉子鐵心代替。永磁體4可以由多個單體組成，組合時磁場方向相同，其效果等于一個永磁體。實施例二
低制動損耗永磁發(fā)電機，如圖3所示。分段的定子鐵心21固定在機座沈上，線圈四組成定子繞組。右輔助線圈22和左輔助線圈觀，分布在定子鐵心21的兩個轉子段上，連接成多相輔助繞組，組成電磁體。數(shù)量相等的N極永磁體23、S極永磁體27固定在轉子鐵心M的兩端圓周面上，組成N極和S極表貼轉子鐵心；并與軸25固定連接組成轉子。N極和S極永磁體形成的轉子凸極軸向相對交叉排列。永磁體的磁力線，穿過定子上相鄰的磁極上的線圈，形成閉合回路。旋轉時線圈中的磁通量和方向都會有變化，從而產(chǎn)生感應電動勢?？刂齐姶朋w中的電流，就能控制氣隙磁場強度，控制啟動轉矩，控制電機旋轉，達到充分利用風力，提高效率的目的。圖3所示電機，也適用于車輛驅動，及飛輪能量存儲。實施例三
有多個轉子鐵心的永磁電機，如圖4所示。定子包括不分段的定子鐵心31和線圈37 組成的定子繞組；轉子鐵心34、35、36軸向間隔排列，永磁體32、33磁場方向相反，與轉子鐵心35連接處的磁場方向相同。相鄰的轉子鐵心，互為異極。
權利要求
1.一種低制動損耗永磁電機，主要包括定子鐵心、線圈、凸極轉子鐵心、永磁體、軸和機座；其特征是轉子主要由軸、至少二個凸極轉子鐵心和至少一個永磁體組成；轉子鐵心軸向間隔排列；分別與永磁體的S、N極連接在一起，與同一個轉子鐵心連接的永磁體磁場方向相同；相鄰的轉子鐵心，互為異極；定子主要由定子鐵心和分段繞組或者是定子繞組組成。
2.如權利要求1所述一種低制動損耗永磁電機，其特征是定子鐵心包括分段的定子鐵心和不分段的定子鐵心；分段的定子鐵心構造上分為轉子段和間隔段；在轉子段鐵心上，齒和槽均勻分布；在間隔段鐵心上，沒有齒，或者是沒有齒尖和齒頂部；不分段的定子鐵心由形狀相同的定子沖片組成，沒有間隔段。
3.如權利要求1所述一種低制動損耗永磁電機，其特征是每個凸極轉子鐵心，都可以單獨由永磁體表貼轉子鐵心、無凸極的盤狀轉子鐵心、鼠籠轉子鐵心或者是罩極轉子鐵心代替。
4.如權利要求1所述一種低制動損耗永磁電機，其特征是在分段的定子鐵心的轉子段上，還可以包括輔助線圈。
5.如權利要求1所述一種低制動損耗永磁電機，其特征是定子鐵心的轉子段、分段繞組和轉子鐵心，組成相對獨立的磁電系統(tǒng)；在不需要多組磁電系統(tǒng)的應用場合，磁路中其他的轉子段和對應的轉子鐵心，可以取消，由其他形狀導磁材料構件代替。
全文摘要
一種低制動損耗永磁電機，屬旋轉電機技術領域。采用了新的結構設計，基本上消除了齒槽效應。轉子主要由軸、至少二個轉子鐵芯和至少一個永磁體組成，定子由定子鐵心和線圈、輔助線圈等組成。轉子鐵心軸向間隔排列，永磁閉合回路和旋轉的電激勵磁場，不在一個平面上。制動轉矩小，反電動勢低，提高了特別是高速時的驅動效率。用于車輛驅動時，大大減輕了車載電源的負擔；用于風力發(fā)電時，易于起動，可以控制，不但適用于大型永磁直驅，也能滿足體積小、運行速度高的要求。
文檔編號H02K3/04GK102290892SQ20111007400
公開日2011年12月21日 申請日期2011年3月27日 優(yōu)先權日2010年6月18日
發(fā)明者顧愈寶 申請人:顧愈寶