[实用新型]单相、三相、以及大功率多相的盘式永磁电机

说明书

技术领域

本发明涉及盘式永磁电机，更具体地说，涉及一种基于全磁通原理的单相盘式永磁电机、使用三个该种单相盘式永磁电机构成的三相盘式永磁电机，以及使用至少两个该种三相盘式永磁电机构成的大功率盘式永磁电机，该大功率盘式永磁电机可用于低速特大力矩直接驱动或大功率风力发电。

背景技术

传统无铁芯定子盘式无刷直流永磁电机的绕组设计中，通常沿用感应电机或盘式有铁芯永磁电机的设计方法。每极下布置三相绕组的3个边，这种绕组的端部很大，三相绕组的端部还产生重叠交叉，如图1所示。绕组的端部大，铜耗就大；绕组的端部重叠交叉又使得端部进一步变大和变厚，导致生产成本也会变高。由于电机气隙和绕组的总厚度不能大于8mm，否则气隙磁密太低，电机会因磁负荷太小而效率变低和体积变大，因此传统盘式永磁电机的功率容量均低于2Kw，不可能做得更大。

传统三相永磁盘式电机每极每相槽数Z/(2Pm)＞1/2，其中2P为极数，m为相数，Z为槽数。例如：8极24槽和8极36槽，等等。一般来讲，每极每相槽数越大的电机，绕组的端部就会越大，绕组的利用率越低，铜耗会越大，这类电机的制造成本就越高，而且其功率容量不可能超越几个千瓦。

在本实用新型专利申请人所申请的另一件申请号为200720172742.8的“盘式三相无刷永磁电机”实用新型专利中，公开了Z＝9N，2P＝8N或10N的盘式三相无刷永磁电机。这类电机的制造成本很低，绕组系数为0.946左右，绕组的端部很小，绕组利用率很高，铜耗也很小，但其功率容量也不可能超越几十千瓦。

另外，传统大功率三相盘式永磁电机通常都存在占额定转矩5％～0.5％大小的齿槽定位力矩，对于大功率和大力矩电机，齿槽定位力矩的绝对值非常大。而这个齿槽定位力矩又会对电机的运行和性能产生严重的不良影响。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决现有盘式电机功率无法做大，结构和生产工艺复杂以及绕组利用率低、生产成本高等问题。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：构造一种单相盘式永磁电机，其中在两个盘式转子上分别装有多对N、S极相间的永磁体，且第一个盘式转子上的永磁体N极正对第二个盘式转子上的永磁体S极以产生轴向气隙磁场；在无铁芯盘式定子的虚槽中装有绕组；其特征在于，所述无铁芯盘式定子的虚槽中装的是单相绕组；所述转子的磁极数2P与所述定子的虚槽数Z相等，即Z＝2P；在所述定子的Z＝2P个虚槽中，所述单相绕组线圈的排列次序为A-/A-A-/A-A-/A-A-/A-A…，以“A-/A”为基础在圆周内循环Z＝2P次，且依次串联形成所述单相绕组。

在本发明的单相盘式永磁电机中，所述盘式转子上各个永磁体与定子之间的轴向物理气隙最好是0.5～2mm；所述定子的厚度最好是3～10mm。

在本发明的单相盘式永磁电机中，所述盘式转子上各个永磁体的形状可为圆形，所述各个永磁体沿盘式转子外侧均布，同一转子上的永磁体N、S极排列间隙为0～1mm工艺间隙；所述定子上各个虚槽的形状是与所述盘式转子上各个永磁体对应的圆形，并沿盘式定子外侧均布；所述单相绕组Z＝2P个线圈的圆心与所述盘式转子上各个永磁体的圆心处于相同的径向半径的圆上，每个线圈为简单的环型线圈并填充在所述虚槽中。

在本发明的单相盘式永磁电机中，所述盘式转子上各个永磁体的形状可为扇形，所述各个永磁体沿盘式转子外侧均布，同一转子上的永磁体N、S极排列间隙为0.1～3mm工艺间隙；所述定子的各个虚槽的形状是与所述盘式转子上各个永磁体相同的扇形，并沿盘式定子外侧均布；所述单相绕组Z＝2P个线圈的几何中心与盘式转子上各个扇形永磁体的几何中心处于相同的径向半径的圆上，每个线圈为扇形并填充在所述虚槽中。

在本发明的单相盘式永磁电机中，每一个所述定子虚槽中的单相绕组采用双层线圈；第一个虚槽中，下层线圈由外圆向内圆绕N匝，然后从内圆绕向上层线圈的内圆，上层线圈再由内圆向外圆绕N匝，使得第一个虚槽虚槽中线圈的首端在下层外圆侧，而尾端在上层外圆侧；第一个虚槽中绕组的尾端绕向第二个虚槽，成为第二个虚槽线圈的首端并在该虚槽的上层外圆侧，上层线圈由外圆向内圆绕N匝，然后从内圆绕向下层线圈的内圆，下层线圈再由内圆向外圆绕N匝，使得第二个虚槽中线圈的首端在上层外圆侧，而尾端在下层外圆侧；其余各个虚槽中的绕组连接方式依此类推，直至绕完Z＝2P个虚槽中的全部线圈，最后一个虚槽中绕组的尾端在下层外圆侧，并与第一个虚槽下层外圆侧的绕组首端形成所述单相绕组。