一種疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)，包括凸極結(jié)構(gòu)的定子和設(shè)置于定子內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子；定子上設(shè)置有U形導(dǎo)磁鐵心，U形鐵心靠近槽口的齒部設(shè)有不對(duì)稱極靴，定子齒內(nèi)嵌有永磁體，永磁體切向充磁且相鄰兩永磁體的充磁方向相反。轉(zhuǎn)子上既無(wú)永磁體也無(wú)繞組。轉(zhuǎn)子由疊片組、極握、轉(zhuǎn)子鋁塊和轉(zhuǎn)子軸組成，疊片組由軸向?qū)Т暖B片和非導(dǎo)磁疊片沿徑向交替疊壓而成，并由極握固定于轉(zhuǎn)子鋁塊上。該電機(jī)特殊的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強(qiáng)迫磁通通過(guò)轉(zhuǎn)子疊片圓形路徑，定轉(zhuǎn)子極寬較大，使得永磁磁通路徑上磁阻隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變化較為平緩，因此，相比凸極結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁通切換永磁電機(jī)，轉(zhuǎn)子軸向疊片結(jié)構(gòu)和定子不對(duì)稱極靴能夠有效削弱了電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，降低了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
【專利說(shuō)明】一種疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種電機(jī)，具體涉及一種疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著永磁材料性能的不斷提高和完善，特別是釹鐵硼永磁材料的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善、價(jià)格的逐步降低以及新型電力電子器件的應(yīng)用，加上永磁電機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的逐步成熟，使得永磁電機(jī)在國(guó)防和工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。永磁材料的使用，使得永磁電機(jī)與傳統(tǒng)電勵(lì)磁電機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、效率高和運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]磁通切換型永磁電機(jī)屬于一種永磁同步電機(jī)。其基本結(jié)構(gòu)類似一臺(tái)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，為雙凸極結(jié)構(gòu)，但是在每個(gè)定子齒內(nèi)嵌有徑向充磁的永磁體。永磁體產(chǎn)生的磁通路徑隨著轉(zhuǎn)子位置的改變而發(fā)生變化，使得定子繞組匝鏈的磁通發(fā)生交變，這與定子軛部?jī)?nèi)嵌永磁體的雙凸極永磁電機(jī)在本質(zhì)上是不同的。雙凸極永磁電機(jī)中磁通隨轉(zhuǎn)子位置僅發(fā)生幅值變化而無(wú)極性變化，因此，雙凸極永磁電機(jī)是單極性電機(jī)。磁通切換型永磁電機(jī)中磁通隨轉(zhuǎn)子位置交變，即幅值和極性均發(fā)生變化，磁通切換型永磁電機(jī)是一種雙極性電機(jī)。
[0004]磁通切換型永磁電機(jī)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:(I)采用永磁材料并將永磁體置于定子上；(2)定子電樞繞組為集中式繞組，端部較短，繞制成型后再嵌入定子槽內(nèi)；(3)轉(zhuǎn)子鐵心由導(dǎo)磁材料制成,轉(zhuǎn)子上既無(wú)永磁體也無(wú)電樞繞組。磁通切換型永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、適合寬轉(zhuǎn)速范圍運(yùn)行，同時(shí)具有較高的功率密度和效率等優(yōu)點(diǎn)。因此，磁通切換型永磁電機(jī)具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景，適合于工作溫度較高、對(duì)電機(jī)體積和質(zhì)量有嚴(yán)格要求同時(shí)又要有較大出力的應(yīng)用場(chǎng)合，如航空航天、電動(dòng)車(chē)等領(lǐng)域。
[0005]目前的磁通切換型永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要采用凸極結(jié)構(gòu)。研究表明，雙凸極結(jié)構(gòu)的磁通切換型永磁電機(jī)一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是齒槽轉(zhuǎn)矩偏大，而齒槽轉(zhuǎn)矩是引起電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的一個(gè)主要原因。通常，采用斜極、齒部虛槽等方法來(lái)減小齒槽轉(zhuǎn)矩，但是這會(huì)增加加工難度，同時(shí)斜槽斜極還會(huì)降低電機(jī)的出力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提供一種疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)，在保證幅值和感應(yīng)電勢(shì)正弦度的同時(shí)，有效降低了該電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明為解決上述問(wèn)題，采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)，包括凸極結(jié)構(gòu)的定子和設(shè)置于所述定子內(nèi)側(cè)的疊片組結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子；所述定子上設(shè)置有6η個(gè)U形定子導(dǎo)磁鐵心，兩個(gè)相鄰U形定子導(dǎo)磁鐵心的相鄰側(cè)邊形成一個(gè)定子齒，定子齒中內(nèi)嵌有永磁體，所述永磁體切向充磁且兩相鄰永磁體的充磁方向相反，定子齒上繞有集中式電樞線圈，同相集中式電樞線圈串聯(lián)或并聯(lián)連接，形成三相電樞繞組；所述轉(zhuǎn)子包括固定設(shè)置在轉(zhuǎn)子塊上的5η個(gè)疊片組以及轉(zhuǎn)子軸，所述每個(gè)疊片組由圓弧形軸向疊片沿轉(zhuǎn)子徑向疊壓而成，每個(gè)疊片組張口朝向所述定子，每個(gè)疊片組占轉(zhuǎn)子360° /5η機(jī)械角，相鄰兩疊片組的相鄰疊片端部形成轉(zhuǎn)子極，其中η為正整數(shù)。
[0009]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述U形定子導(dǎo)磁鐵心靠近槽口的齒部設(shè)有不對(duì)稱極靴，同一定子齒上的兩U形鐵心極靴寬度相同，相鄰定子齒上極靴寬度不同。
[0010]作為本發(fā)明對(duì)進(jìn)一步改進(jìn)，所述定子(2)上還包括5η個(gè)極握(14)，所述每個(gè)疊片組(13)通過(guò)一個(gè)極握固定在所述轉(zhuǎn)子鋁塊(15)上。
[0011]進(jìn)一步的，所述用于固定疊片組的極握(14)為非導(dǎo)磁材料。
[0012]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)子疊片組(13)由軸向?qū)Т暖B片和非導(dǎo)磁疊片沿轉(zhuǎn)子徑向交替疊壓而成。
[0013]進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子極的極寬為U形導(dǎo)磁鐵心(22)靠近槽口的單個(gè)齒部寬度的
2-3 倍。
[0014]進(jìn)一步的，所述用于固定轉(zhuǎn)子疊片組的轉(zhuǎn)子塊(13)采用非導(dǎo)磁材料制成。
[0015]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016](I)本發(fā)明的疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)由于采用疊片組結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子，兩個(gè)相鄰的疊片組形成一個(gè)轉(zhuǎn)子極，使得轉(zhuǎn)子有較大極寬，但有效導(dǎo)磁極寬幾乎不變，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇最優(yōu)的轉(zhuǎn)子極寬，即轉(zhuǎn)子極的極寬為U形導(dǎo)磁鐵心靠近槽口的單個(gè)齒部寬度的2-3倍，從而可有效降低電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，定子U形鐵心齒部的不對(duì)稱極靴可進(jìn)一步降低電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩。
[0017](2)轉(zhuǎn)子為圓柱體，極握部分為非導(dǎo)磁材料，極握部分相當(dāng)于轉(zhuǎn)子槽，實(shí)際上轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，相鄰兩疊片組靠近氣隙的部分相當(dāng)于轉(zhuǎn)子極，永磁體產(chǎn)生的磁通通過(guò)U形定子鐵心、圓弧形轉(zhuǎn)子疊片組與定子繞組匝鏈，定子繞組匝鏈的磁通為雙極性，電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)有較好的正弦度。
[0018](3)本發(fā)明的疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)由于采用疊片組結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子，在節(jié)省硅鋼片和永磁材料用量的同時(shí)，電機(jī)能夠提供和凸極結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子相當(dāng)?shù)妮敵銎骄D(zhuǎn)矩，且有較小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為6/5極疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)示意圖；
[0020]圖2為6/5極疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子圓弧形軸向疊片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為12/10極疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)示意圖；
[0022]圖中有:疊片組結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子1、定子2、圓弧形軸向疊片11和12、疊片組13、轉(zhuǎn)子極握14、轉(zhuǎn)子鋁塊15、轉(zhuǎn)子軸16、永磁體21、U形鐵心22、集中式電樞線圈23、不對(duì)稱極靴24。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步具體說(shuō)明。
[0024]實(shí)施例1:如圖1所述為6/5疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)，包括凸極結(jié)構(gòu)的定子2和設(shè)置于所述定子2內(nèi)側(cè)的疊片組結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子I。定子2上設(shè)置有6個(gè)U形定子導(dǎo)磁鐵心22，U形定子導(dǎo)磁鐵心靠近槽口的齒部設(shè)有不對(duì)稱極靴，用厚度為0.35mm的硅鋼片按圖I所示的U形沖成定子沖片，沖片沿軸向疊壓成定子鐵心。兩個(gè)相鄰U形定子導(dǎo)磁鐵心的相鄰側(cè)邊形成一個(gè)定子齒，定子齒中內(nèi)嵌有永磁體21,定子上共嵌有6塊永磁體21,永磁體21選擇鐵氧體或者釹鐵硼等永磁材料，永磁體21切向充磁且兩相鄰永磁體21的充磁方向相反。同一定子齒上的兩U形鐵心極靴寬度相同，相鄰定子齒上極靴寬度不同。定子齒上繞有集中式電樞線圈23，共6個(gè)集中式電樞線圈23，同相集中式電樞線圈串聯(lián)或并聯(lián)連接，形成三相電樞繞組。轉(zhuǎn)子I由5個(gè)疊片組13，5個(gè)極握14、轉(zhuǎn)子塊15及轉(zhuǎn)子軸16組成。如圖2所示，每個(gè)疊片組由圓弧形軸向?qū)Т暖B片和非導(dǎo)磁疊片沿轉(zhuǎn)子徑向交替疊壓而成，導(dǎo)磁疊片采用0.27_厚的冷軋硅鋼片，非導(dǎo)磁疊片采用比冷軋硅鋼片厚度略小的電工紙。每個(gè)疊片組張口朝向定子2側(cè)，每個(gè)疊片組13占轉(zhuǎn)子72°機(jī)械角，相鄰兩疊片組的相鄰疊片端部形成轉(zhuǎn)子極，轉(zhuǎn)子極的極寬為U形導(dǎo)磁鐵心22靠近槽口的單個(gè)齒部寬度的2-3倍，即疊片組13厚度為I?2倍U形定子鐵心單個(gè)齒寬。疊片組13通過(guò)非導(dǎo)磁材料的極握14固定于轉(zhuǎn)子塊15上，該極握14位于疊片組的圓弧內(nèi)，極握14的一面與疊片組13的的圓弧面貼合，極握14的另一面也為圓弧形。通過(guò)極握14與疊片組13以及轉(zhuǎn)子塊15的配套安裝，使得I轉(zhuǎn)子為表面光滑的圓柱體結(jié)構(gòu)。極握14為非導(dǎo)磁材料，用于固定轉(zhuǎn)子疊片組的轉(zhuǎn)子塊13采用非導(dǎo)磁材料制成，在本實(shí)施例中轉(zhuǎn)子塊為鋁制轉(zhuǎn)子塊。
[0025]實(shí)施例2:如圖3所示為12/10疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)，是在實(shí)施例1所述的6/5疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)的基礎(chǔ)上將定子單元、轉(zhuǎn)子單元進(jìn)行倍數(shù)擴(kuò)充得到的。該結(jié)構(gòu)的疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)定子部分包括12個(gè)U形定子導(dǎo)磁鐵心2，兩個(gè)相鄰U形定子導(dǎo)磁鐵心的相鄰側(cè)邊形成一個(gè)定子齒，相鄰U形定子導(dǎo)磁鐵心之間設(shè)有永磁體21，共12個(gè)永磁體。定子齒上繞有集中式電樞線圈23，共12個(gè)集中式電樞線圈23，同相集中式電樞線圈串聯(lián)或并聯(lián)連接，形成三相電樞繞組。轉(zhuǎn)子I由10個(gè)疊片組13、10個(gè)極握14、轉(zhuǎn)子塊15及轉(zhuǎn)子軸16組成。每個(gè)疊片組張口朝向定子2側(cè)，每個(gè)疊片組13占轉(zhuǎn)子36°機(jī)械角，相鄰兩疊片組的相鄰疊片端部形成轉(zhuǎn)子極，疊片組13通過(guò)非導(dǎo)磁材料的極握14固定于轉(zhuǎn)子塊15上。12/10疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)其余結(jié)構(gòu)設(shè)置均與6/5疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)一致。
[0026]本發(fā)明中的磁通切換型永磁電機(jī)定子齒部設(shè)有極靴，轉(zhuǎn)子采用疊片組結(jié)構(gòu)，軸向疊片組用極握固定于轉(zhuǎn)子鋁塊上。獨(dú)特的轉(zhuǎn)子疊片組，使得轉(zhuǎn)子極寬較大，但實(shí)際轉(zhuǎn)子極的有效導(dǎo)磁極寬幾乎不變，因此永磁體磁通路徑上磁阻隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變化較為平緩，電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩較小，輸出轉(zhuǎn)矩較平穩(wěn)。同時(shí)，定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)配合又能保證電機(jī)磁鏈幅值和波形正弦度。
[0027]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)，其特征在于，包括凸極結(jié)構(gòu)的定子(2)和設(shè)置于所述定子(2)內(nèi)側(cè)的疊片組結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子(I);所述定子(2)上設(shè)置有6η個(gè)U形定子導(dǎo)磁鐵心(22)，兩個(gè)相鄰U形定子導(dǎo)磁鐵心的相鄰側(cè)邊形成一個(gè)定子齒，定子齒中內(nèi)嵌有永磁體(21),所述永磁體(21)切向充磁且兩相鄰永磁體(21)的充磁方向相反,定子齒上繞有集中式電樞線圈(23)，同相集中式電樞線圈串聯(lián)或并聯(lián)連接，形成三相電樞繞組；所述轉(zhuǎn)子(I)包括固定設(shè)置在轉(zhuǎn)子塊(15)上的5η個(gè)疊片組(13)以及轉(zhuǎn)子軸(16)，所述每個(gè)疊片組由圓弧形軸向疊片沿轉(zhuǎn)子徑向疊壓而成，每個(gè)疊片組張口朝向所述定子(2)，每個(gè)疊片組(13)占轉(zhuǎn)子360° /5η機(jī)械角，相鄰兩疊片組的相鄰疊片端部形成轉(zhuǎn)子極，其中η為正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)，其特征在于:所述U形定子導(dǎo)磁鐵心靠近槽口的齒部設(shè)有不對(duì)稱極靴，同一定子齒上的兩U形鐵心極靴寬度相同，相鄰定子齒上極靴寬度不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)，其特征在于:所述定子(2)上還包括5η個(gè)極握(14)，所述每個(gè)疊片組(13)通過(guò)一個(gè)極握固定在所述轉(zhuǎn)子鋁塊(15)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)，其特征在于:所述用于固定疊片組的極握(14)為非導(dǎo)磁材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子疊片組(13)由軸向?qū)Т暖B片和非導(dǎo)磁疊片沿轉(zhuǎn)子徑向交替疊壓而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子極的極寬為U形導(dǎo)磁鐵心(22)靠近槽口的單個(gè)齒部寬度的2-3倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的疊片組轉(zhuǎn)子磁通切換型永磁電機(jī)，其特征在于:所述用于固定轉(zhuǎn)子疊片組的轉(zhuǎn)子塊(13)采用非導(dǎo)磁材料制成。
【文檔編號(hào)】H02K1/17GK103825420SQ201410058580
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】林明耀, 李念, 付興賀, 郝立 申請(qǐng)人:東南大學(xué)