[实用新型]绕组互补型磁通切换双凸极永磁电机

说明书

技术领域

本实用新型是一种结构简单、坚固，具有较强转矩输出能力和较高功率密度的电机，涉及电机制造的技术领域，

背景技术

我国作为世界上稀土材料储藏量最大的国家，大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种新型永磁电机，具有重要的理论意义和应用价值。无论作发电还是电动运行，具有高效率、大转矩(功率)密度和低损耗等特点的新型永磁电机正呈现出加速发展的趋势。过去十多年来研究热点一直集中于以表面贴装式、插入式和内嵌式为代表的转子永磁型电机。然而，将永磁体放置于转子类型的电机在设计和运行过程中都会产成一系列问题，集中体现为以下三点：1.对永磁体粘贴在转子表面或插入转子凸极之间的结构，为了克服高速运行所产生的离心力影响，通常需要制作辅助的永磁体固定装置，并且永磁体处于定子和转子之间，加大了气隙长度，既增加了电机体积，又会导致气隙磁密减弱，影响出力；2.对永磁体埋入转子铁心内部的内嵌式结构，会影响转子的机械强度，并且需要辅助磁桥，同样会增加制作工艺；3.永磁体置于转子不利于该类型电机的冷却。  对转子永磁型电机而言，由于定子绕组产生的电枢反应磁通都会进入转子，与永磁体相互耦合，存在一定程度上的去磁危险；另一方面，无论是作为发电机还是电动机，为了获得正弦度较高的空载反电动势，通常在定子上安装分布绕组，会直接导致绕组端部较长，增加了导线长度和电阻，铜耗较大，降低了电机效率，更会使得电机体积增大，限制了转子永磁型结构在航天、航空、航海、电动汽车等对电机体积有严格要求领域的应用。因此，研究出能够克服上述缺点的新型结构永磁电机就成为电机工作者义不容辞的一个关键任务。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是提供了一种绕组互补型磁通切换双凸极永磁电机，使得该电机结构简单、坚固，具有高度正弦的空载反电动势、较强的转矩输出能力和较大的功率密度，同时具备较强的抗去磁能力，特别适合于作为交流调速系统的驱动元件。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的绕组互补型磁通切换双凸极永磁电机包括定子和转子两个部分，根据不同的应用场合可以采取内转子或外转子两种形式，转子位于定子的内部或外部，定子和转子都为双凸极结构，在定子上设置有集中绕组和永磁体；其中，集中绕组的任何一相的第一绕组线圈和第三绕组线圈径向相对，第二绕组线圈和第四绕组线圈径向相对，每个集中绕组线圈位于定子两个相邻的U形导磁铁心槽中，且上述四个绕组线圈依次顺序首尾串联连接；定子上两个相邻的U形导磁铁心之间设置有一块永磁体，永磁体材料可以是铁氧体或者钕铁硼，磁化方向为依次切向交替充磁；转子部分结构非常简单，既无永磁体也无绕组，为简单的导磁铁心冲片压叠而成，且为直槽转子，无需经过斜槽处理。

有益效果：由于本实用新型的集中绕组和永磁体都设于定子上，所以本实用新型结构非常简单而坚固，而且有利于改善该电机的冷却条件；

由于采用了集中绕组方式，可以减小端部长度，尽可能地减小电阻和铜耗，也保证了电机的结构紧凑，功率密度较大，效率较高；

由于集中绕组任何一相的第一绕组线圈和第三绕组线圈径向相对，第二绕组线圈和第四绕组线圈径向相对，所以在四个固定的转子位置(分别对应着匝链的永磁磁链正向最大、负向最大和两个过零点)，组成一相的两套线圈绕组中匝链的永磁磁链数量和方向都相同；

另一方面，由于组成一相的两套集中绕组线圈(每一套由径向相对的两个线圈串联而成)在磁路上存在180度的相位差，在顺序串联连接时，可以利用线圈在磁路上具备互补的特点，使得匝链的一相永磁磁链和产生的空载反电动势波形中的高次谐波分量幅值相等而相位上互补，在合成为一相磁链或电势时，自动抵消了大部分谐波，只保留了基波分量，保证了该电机在采用集中绕组和直槽转子的条件下，就可获得正弦度非常高的磁链、反电动势和电感等静态特性，从而使本实用新型特别适合于作为交流调速系统的驱动元件；

由于定子两个相邻的定子齿之间设置有永磁体，所以当转子与不同的定子齿对齐时，永磁体产生的永磁磁通穿过线圈的方向就会不同，从而产生磁通切换效应，导致线圈中匝链的永磁磁链为双极性；

在本实用新型的一个优选实施例中，由于转子为直槽转子，所以，保证了本实用新型在采用集中绕组和转子不斜槽的条件下，就可获得正弦度非常高的磁链、反电动势和电感等静态特性，从而使本实用新型更加适合于作为交流调速系统的驱动元件。