[发明专利]切向磁钢永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种切向磁钢永磁同步电机，属于永磁同步电机技术领域。

背景技术

同步电机主要有以下几种型式：

1.电励磁同步电机，这种同步电机多配置电刷、滑环装置，可靠性较差，寿命短，制造工艺要求高，成本高，维修也困难；

2.旋转整流器式无刷同步发电机，这种发电机虽可靠性好，功率重量比高，但转子结构复杂，且转子上还有二极管，转子故障成为这种电机的主要故障；

3.无刷爪极发电机和伦特尔发电机，这两种电机的共同缺点是，有附加气隙，有效磁路长，因而电机功率密度较低，性能差；

4.感应子发电机，它的主要缺点是气隙磁通无交变，磁利用率低，故功率重量比低；

5.永磁同步电机，这种同步电机将永磁体置于转子上即可实现无刷结构，具有一系列独特的优点，如效率高、结构简单等，其主要缺点是作为发电机运行时输出电压调节困难和内部短路故障时无法灭磁，电动运行弱磁困难；

6.混合励磁同步电机，这种电机存在两个磁势源，电机气隙磁场的主要部分由永磁体建立，而电压调节所需的磁场变化部分靠辅助的电励磁绕组来实现。与永磁同步电机比较，它具有调整气隙磁密的能力，但电机结构及磁场分布均较为复杂。

随着高性能稀土永磁体的出现及电机技术发展，永磁同步电机性能不断提高，目前已经成为民用以及新一代航空航天、航海用电机的重要发展方向。永磁同步电机根据转子永磁体磁化方向不同主要分为径向磁化结构和切向磁化结构。径向磁化永磁同步电机因结构和加工工艺简单、磁场定向性好，得到普遍应用，而切向磁化永磁同步电机中两块永磁体并联提供电机的每极磁通，呈聚磁作用，能提高电机的气隙磁密，使电机具有更高的功率密度，因而该结构在航空航天等高性能应用场合得到应用。但是切向磁化永磁同步电机的主要缺点是加工工艺较为复杂，漏磁系数较大。

发明内容

1)发明目的：本发明提出一种结构简单，能进一步提高电机气隙磁密和输出功率且有效利用电机电枢绕组端接部分长度的切向磁钢永磁同步电机。

2)技术方案：本发明的切向磁钢永磁同步电机包括定子和转子，定子与普通同步电机相同，由定子铁心及嵌绕于其槽内的电枢绕组构成，定子铁心由硅钢片叠压而成。转子由切向磁化永磁体、转子导磁体及转轴组成，永磁体和转子导磁体交替排列，永磁体极性排列方式为N-S，S-N，……，N-S，S-N，相邻永磁体在其间相夹的转子导磁体上极性相同，使相邻的两块永磁体磁势并联，通过转子导磁体提供每极气隙磁通。将转子上的永磁体及导磁体向一端延伸或分别向两端延伸，使其轴向长度长于定子铁心，但是，长于定子铁心轴向长度不得超出电枢绕组端部，延伸端位于定子电枢绕组端接部分之下，恰好有效利用电枢绕组端接部分长度，由于延伸部分磁钢可以通过导磁体延伸段形成轴向磁路再到定转子铁心相对部分形成径向磁路，从而提供气隙磁通，进一步增大气隙磁密，利于减小电机体积重量。转子上的永磁体及导磁体可以呈阶梯状延伸，即延伸端转子外径小于与定子铁心相对部分的转子外径，这样可以减小定子电枢绕组端部效应对转子延伸端磁路影响，且转子两端可以利用环状杯罩将永磁体和转子导磁体紧固。

本发明的切向磁钢永磁同步电机具有以下有益特点：

①有效利用定子电枢绕组端接部分长度，在不增加电机轴向长度的前提下，相比普通切向结构永磁电机可以进一步增大气隙磁密，提高电机输出功率，特别适用于电机外径受限制的应用场合；

②电枢绕组端部效应对转子延伸端磁路影响小；

③灵活设计转子导磁体及磁钢轴向长度和定子铁心轴向长度比例，可以调节聚磁效果，改变气隙磁密的大小，满足不同设计要求和应用场合。

附图说明

图1是本发明的切向磁钢永磁同步电机结构示意图。

图2是切向磁钢永磁同步电机截面示意图。

图3是永磁体和转子N、S极导磁体结构示意图。

图1～图3中标号说明：1、定子铁心；2、电枢绕组；3、切向磁化永磁体；4、转子N极导磁体；5、转子S极导磁体；6、转轴；7、传动端固定杯罩；8、非传动端固定杯罩；9、轴承；10、前端盖；11、后端盖；12、机壳。

具体实施方式

本发明的切向磁钢永磁同步电机结构如图1所示，定子由定子铁心1及嵌绕于其槽内的电枢绕组2构成，转子上有切向磁化永磁体3和转子导磁体，转子导磁体材料为整块钢，切向磁化永磁体3和转子导磁体交替排布，图2为四对极结构，当然切向磁化永磁体3的个数及电机极对数可以更多，相邻的永磁体在其间的转子导磁体上极性相同，为N极或S极，为N极的导磁体为转子N极导磁体4，为S极的导磁体为转子S极导磁体5。切向磁化永磁体3和转子导磁体的轴向长度比定子铁心1长，两端长出的部分位于电枢绕组端接部分之下，长出部分转子外径比与定子铁心对应部分转子外径小，切向磁化永磁体3、转子N极导磁体4以及转子S极导磁体5结构如图3所示，切向磁化永磁体3、转子N极导磁体4以及转子S极导磁体5的结构如图3所示，切向磁化永磁体3和转子导磁体两端分别利用传动端固定杯罩7和非传动端固定杯罩8紧固后装于转轴6之上，上述结构安装于机壳12、前端盖10和后端盖11之内，前端盖10、后端盖11与转轴6之间有轴承9。