一種高槽滿率高性能開口槽直齒永磁電的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種高槽滿率高性能開口槽直齒永磁電機，電機包括定子和轉(zhuǎn)子，定子由定子鐵芯和定子繞組構(gòu)成，定子齒為齒寬相等的直齒，可提高槽滿率；定子繞組采用單層集中繞組，每槽繞有一套繞組；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；永磁體是由排成Halbach陣列的永磁體組成，根據(jù)充磁方向的不同分為徑向永磁體和切向永磁體，每一個永磁體均為扇形結(jié)構(gòu)，扇形永磁體都圍軸心線呈放射線狀排列。Halbach型永磁體陣列可提高功率密度，減小轉(zhuǎn)矩脈動。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、槽滿率高、空載反電勢正弦度高、轉(zhuǎn)矩脈動小、機械魯棒性高，有利于降低電機的定位轉(zhuǎn)矩，而且電機的相與相之間具有物理隔離、熱隔離以及磁路的解耦。
【專利說明】一種高槽滿率高性能開口槽直齒永磁電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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，可用于航空航天等對電機功率密度和可靠性要求較高的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]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格的逐漸降低，永磁電機在國防、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用。在一些特殊領(lǐng)域如航空航天、電動汽車等要求電機具有高的功率密度和效率。而槽滿率是電機效率和功率密度提高的技術(shù)瓶頸。
[0003]一般永磁同步電機常采用分布繞組，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，導致槽滿率通常不超過50%，且繞組端部伸出較長，電機結(jié)構(gòu)不緊湊，難以滿足對功率密度有較高要求的特殊應用領(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定子段組件，每個定子段組件通常包括一個定子齒，定子齒繞好繞組后進行組裝。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，用來構(gòu)成定子的硅鋼片不宜太薄，否則相互交錯，不便于組裝。
[0004]另一方面一般永磁同步電機雖具有高功率密度，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)動領(lǐng)域的應用，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且效率略低；而斜槽雖可以降低轉(zhuǎn)矩脈動，同時也犧牲了功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(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，反電勢正弦，轉(zhuǎn)矩脈動小的高性能電機。使得電機便于嵌線，且繞組端部伸出短，結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度高。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]本發(fā)明的永磁同步電機包括定子、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。
[0008]上述電樞齒和間隔齒設計成等寬，定子齒寬用極弧系數(shù)之表示，之=(0.4、.6)。
[0009]上述電機定子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子極數(shù)需滿足z=/7±2，z為電機槽數(shù)、/7為轉(zhuǎn)子極數(shù)。
[0010]上述電機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。
[0011]上述定子繞組嵌入槽中后，槽中采用環(huán)氧樹脂膠灌封時需要在真空高壓環(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，在端部與機殼和電機兩側(cè)端蓋緊貼。
[0012]上述永磁體內(nèi)側(cè)設計為直線，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。
[0013]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)為七，尤=(0.4"?.7)。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1、本發(fā)明電機槽滿率不小于65%，繞組端部伸出短，電機結(jié)構(gòu)緊湊。
[0016]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。
[0017]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)氧樹脂將熱傳導到端蓋和機殼上，解決了繞組端部散熱難的問題。
[0018]4、開口槽直齒結(jié)構(gòu)使得電機定子繞組磁路磁阻增大，電感減小，提高了功率因數(shù)。
[0019]5、電機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。
[0020]6、每槽只有一套繞組，起到電機相與相之間的物理隔離、熱隔離以及磁路的解耦。
[0021]7、無鐵芯halbach陣列 永磁轉(zhuǎn)子節(jié)約了轉(zhuǎn)子空間，提高了電機功率密度，降低了
轉(zhuǎn)動慣量。
[0022]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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是電機結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為原有電機結(jié)構(gòu)，(b)為本發(fā)明。
[0024]圖2是本發(fā)明永磁體結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖3本發(fā)明自感互感對比圖。
[0026]圖4本發(fā)明空載反電勢波形圖。
[0027]圖5本發(fā)明與普通極靴結(jié)構(gòu)定子齒在相同轉(zhuǎn)子時轉(zhuǎn)矩比較圖。
[0028]圖中:1.定子鐵芯；2.定子繞組；3.永磁體。
【具體實施方式】
[0029]以4相8槽6極永磁體為例，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，本發(fā)明由定子鐵芯1、定子繞組
2、轉(zhuǎn)子永磁體3所組成。定子鐵芯I上均勻分布8個電樞直齒,每相隔一個電樞齒上繞有一套集中繞組并自成一相。定子鐵芯I的極弧系數(shù)之=0.5。定子繞組在模具上繞好線，用膠固定好后移植到定子槽中，繞組槽滿率約為68%，較原先提高了 18%。繞制好的繞組采用環(huán)氧樹脂膠灌封。
[0030]定子I和轉(zhuǎn)子永磁體3之間存在氣隙，這里取值為1mm。
[0031]轉(zhuǎn)子永磁體3的極數(shù)為6，本發(fā)明中取徑向磁化方向的永磁體極弧系數(shù)總=0.46，則切向永磁體磁化的永磁體極弧系數(shù)為0.54，永磁體的磁化方向如圖2所示。每一個永磁體均為扇形結(jié)構(gòu)，扇形永磁體內(nèi)側(cè)為直線直接粘貼在轉(zhuǎn)軸上，切向永磁體與徑向永磁體的尺寸相等，永磁體采用厚度為1mm的不銹鋼套筒固定。
[0032]本發(fā)明定子繞組2的磁通路徑大部分經(jīng)過間隔齒來形成回路，而不與其它相定子繞組交鏈，實現(xiàn)了定子繞組2的空間物理隔離，使得電機的各相繞組相互獨立，各相之間磁路的獨立性得到了增強，從根本上避免了相間短路故障的發(fā)生，同時使得電機各相互感較一般的Halbach型永磁電機有所減小，圖3為本發(fā)明電感曲線，互感與自感的比值為2.08%,相比于傳統(tǒng)的電機，互感與自感的比大大減小。因此，本發(fā)明的電機具有較高的容錯性能。
[0033]圖4給出了本發(fā)明電機空載反電勢波形圖，從圖中可以看出本發(fā)明電機結(jié)構(gòu)空載反電勢正弦度高，諧波含量小。
[0034]圖5給出了本發(fā)明電機B的電磁轉(zhuǎn)矩與現(xiàn)有的電機A的比較圖，可以明顯的看出電磁轉(zhuǎn)矩脈動比現(xiàn)有電機的脈動小得多。
【權(quán)利要求】
1.一種高槽滿率高性能開口槽直齒永磁電機，包括定子、轉(zhuǎn)子，定子由定子鐵芯(I)和定子繞組(2)構(gòu)成，轉(zhuǎn)子由永磁體(3)和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子之間存在氣隙，其特征在于:定子鐵芯(I)采用開口槽，齒為齒寬相等的直齒；定子繞組(2)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；永磁體(3)采用halbach陣列,直接粘貼在轉(zhuǎn)軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高槽滿率高性能開口槽直齒永磁電機，其特征在于:所述電樞齒和間隔齒等寬，齒寬用極孤系數(shù)之表示，之值為0.Ο.6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高槽滿率高性能開口槽直齒永磁電機，其特征在于:所述定子的槽數(shù)Z與轉(zhuǎn)子的極數(shù)P滿足^=/?±2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高槽滿率高性能開口槽直齒永磁電機，其特征在于:所述定子繞組(2)在模具上繞好線后整體嵌入槽中，嵌入槽中后采用環(huán)氧樹脂膠在真空高壓環(huán)境下灌封，使得環(huán)氧樹脂膠在槽中與定子鐵芯(I)緊貼，在端部與機殼和電機兩側(cè)端蓋緊貼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高槽滿率高性能開口槽直齒永磁電機，其特征在于:所述轉(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，定義徑向磁化的永磁體極弧系數(shù)為kr, k r值為0.4"?.7。
【文檔編號】H02K21/16GK203617868SQ201320732113
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】趙文祥, 雷倩, 朱紀洪, 吉敬華, 張新華 申請人:江蘇大學