[发明专利]定子内永磁电机

说明书

技术领域

本发明是关于一种定子永磁无刷电机结构的设计技术，属于电机设计的技术领域。

背景技术

与电励磁电机相比，永磁电机尤其是稀土永磁电机，具有结构简单、运行可靠、功率密度高和效率高的优点，因而应用范围及其广泛，几乎遍及国防、航空航天、工农业生产和日常生活的各个领域。一般永磁电机把永磁体置于转子表面或者内部，由于电机的转子不易散热，转子上的过高温升可能会造成安装于转子上的永磁体产生不可逆退磁。近年来，出现了一类将永磁体置于定子上的永磁电机，主要包括双凸极永磁电机(Doubly salient permanentmagnet machine，DSPM machine)、磁通切换永磁电机(Flux switching permanent magnetmachine，FSPM machine)以及磁通反向电机(Flux reversal machine，FRM)，这类电机都采用了定、转子双凸极的结构，因此，电机一方面保留了开关磁阻电机的主要优点，同时又克服了开关磁阻电机功率密度、效率和功率因数较低的缺点。这类将永磁体和电枢绕组均置于定子侧的电机，是一种与传统转子永磁型电机不同结构的定子永磁型电机，这类电机既有和开关磁阻电机相同的简单凸极转子，又可根据需要设置冷却介质，用以对电枢绕组和永磁体同时进行冷却散热，从而提高了电机稳定运行的可靠性和降低成本。

和开关磁阻电机相类似，双凸极结构的定子永磁型电机运行中会产生较大的转矩脉动和振动，特别是为了提高电机的功率密度，定子永磁型电机的气隙处磁感应强度设计得比较高，从而在凸极定子和凸极转子之间产生比传统转子永磁型电机大得多的定位转矩和转矩脉动，运行中产生较大噪声和振动，限制了电机的推广使用；其次，为了与传统转子永磁型电机如永磁同步电机、无刷直流电机相竞争，还有必要进一步提高电机的功率密度。

发明内容

技术问题：本发明提出了永磁体内嵌于定子上，转子为凸极的永磁电机的结构。一方面电机采用的简单凸极转子具有结构简单、牢固、适合高速运行的优点，另一方面定子上内置永磁体，电枢绕组嵌放于定子槽内，气隙和定子槽的交界处适当留有用于嵌线的槽口，这个结构安排使得电机气隙面可以用于产生工作转矩的区域增大，提高电机的输出功率，同时可以适当降低气隙磁场的磁密，从而减小凸极效应，降低电机的转矩脉动。

技术方案：本发明的目的是这样实现的：永磁体内嵌于电机的定子，永磁体外侧有附加气隙，永磁体内侧有铁心连接桥，定子冲片通过铁心连接桥成为一个整体；定子极和气隙交界面具有极靴，使定子槽和气隙交界处形成很小的槽开口，槽开口尺寸为满足电枢绕组嵌线之需，为2-3倍单股导线直径；转子为凸极结构，若干凸极在转子上均匀分布，电机转子无绕组、无永磁、无电刷和滑环。

电枢绕组为集中式绕组，每个定子极套有一个线圈，线圈的两边分别位于定子极两侧的定子槽内，每个定子槽内有两个线圈的边，线圈数量和定子极数相等；对三相电机，将面对面定子极上的两个线圈串联起来组成一相电枢绕组；对单相电机，所有线圈顺向串联起来组成单相电枢绕组。

单相电机的定子极数和转子极数相等，三相电机为定子6极和转子5极或为此整数倍。

在本发明中：所述的定子内永磁电机，永磁体具有接近于真空的低磁导率，因而具有很强的隔磁作用，当转子旋转时，转子的凸极将会引起定、转子之间气隙处的磁阻发生周期性的变化，从而引起气隙磁场分布的周期变化。定子内永磁电机巧妙利用了永磁体的隔磁作用来设计电机内部磁路，使气隙磁场的周期变化在电枢绕组匝链的磁链变化最大化，从而产生感应电势和电磁转矩。

在本发明中：所述的定子内永磁电机，定子槽开口尺寸的设计只需满足电枢绕组嵌线的要求，实际取2-3倍于单股导线直径。一个小的定子槽开口使得相同永磁磁通在气隙处形成较小的磁感应强度(定转子极正对时)，从而改善电机的定位力矩和由其引起的转矩脉动及振动；适当提高气隙的磁感应强度，可以增加电枢绕组匝链的磁链，增大电机的输出功率。

在本发明中：所述的定子内永磁电机，永磁体位于静止不动的定子内部，便于采用空气、水、油等不同介质进行冷却设计，可同时对位于定子槽内的电枢绕组、定子铁心和永磁体冷却，防止高温引起永磁体的不可逆退磁；电机设计时可根据不同的冷却条件来选取电机的热负荷参数，最大程度上拓展电机的功率输出。

有益效果：