[发明专利]具有聚磁作用的永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流同步电机，特别是涉及一种具有聚磁作用的永磁同步电机。

背景技术

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Machine, PMSM）由于没有励磁绕组和励磁装置，不消耗励磁功率，还可以省去滑环和电刷，所以与电励磁电机相比，具有结构简单、运行可靠、功率密度高、损耗少、形状和尺寸灵活多样等显著优点，应用范围极为广泛。

传统的永磁同步电机按永磁体在转子上的位置不同可以分为表面式和内置式两种结构。定子和转子之间的气隙是均匀的，定子绕组采用分布式绕组使电机的气隙磁通更好的接近正弦分布。

附图1所示的是典型的表面径向式转子磁路结构，永磁体贴在转子表面，直接面向气隙，漏磁系数较小。附图2所示的是典型的内置径向式转子磁路结构，永磁体外表面与定子内圆之间有铁磁物质制成的极靴，其直轴电抗和交轴电抗是不等的，类似于凸极电机。附图1和2均采用径向磁路结构，在径向结构中，一对极的两块永磁体是串联的，一块永磁体截面对每极气隙提供磁通，两块永磁体对磁路提供磁势，因此，电机气隙磁感应强度近似等于永磁体工作点的磁感应强度。

图3所示的是内置切向式转子磁路结构，相邻两块永磁体是并联的，由两块永磁体截面通过磁极向气隙提供磁通，只有一块永磁体向磁路提供磁势，其气隙磁感应强度可能大于永磁体工作点的磁感应强度，是一种聚磁结构形式。

图4所示的是本申请人申请的另一中国专利“采用集中绕组的新型永磁同步电机”（申请号：200910054368.5），采用集中绕组，转子为偏心圆弧设计，相对于径向结构而言，气隙磁密度较高，电机效率有所提高。

采用如附图1所示的转子结构的永磁同步电机，转子的重量较大、转动惯量大，其采用的瓦片形和弧形永磁体的形状复杂，加工费时，加工成本高；并且，电枢反应直接作用于永磁体上，容易引起不可逆的退磁；转子表面无法安装启动绕组，无异步启动能力，不能用于异步启动永磁同步电机，且电机的电磁功率和电磁转矩较小。

采用如附图2所示的转子结构的永磁同步电机，虽然其直轴电抗和交轴电抗不相等，属于凸极电机，具有较高的电磁功率，但是为了是气隙磁通更好的接近正弦分布，定子采用分布式绕组。而使用分布式绕组具有以下缺点：（1）分布式绕组端部较长、浪费大量铜；（2）漏抗较大；（3）下线困难，结构复杂。

采用图3和图4所示的转子结构的永磁同步电机，虽然都具有一定的聚磁作用，但其转轴侧漏磁大，且转轴侧需采用非导磁衬套来隔磁，转轴材料为非导磁材料，具有以下缺点：（1）重量大；（2）结构复杂；（3）对转轴材料要求高。

因此，我们需要一种结构简单、重量轻、对转轴材料要求低、电机性能好的永磁同步电机。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种具有聚磁作用的永磁同步电机，其减少了端部漏磁，取消了非导磁衬套，拓宽了转轴材料的选择范围，简化了电机结构，优化了电机性能，并且下线容易、结构简单、制造周期短、重量轻。

本发明采取的技术方案是：

一种具有聚磁作用的永磁同步电机，包含定子和转子，定子和转子间具有气隙，所述定子包含定子铁心和定子绕组，所述转子包含转子铁心、转轴，和永磁磁钢，所述定子绕组为集中式绕组，所述转子为偏心圆弧形的转子，所述永磁磁钢端部直接相连，磁钢宽度取极限值，所述定子和所述转子之间的气隙为非均匀气隙。

所述定子有九个槽，定子绕组为分数槽绕组。

所述永磁磁钢为径向磁钢。

所述偏心圆弧形的转子是指，所述转子外形为由若干个圆弧组成的莲花瓣式，所述圆弧的圆心O’偏离定子圆心O。

本发明的有益效果是：

(1)通过对转子结构的改进，优化了气隙磁密的分布，利用非均匀气隙使气隙磁通更好地接近正弦波形；

(2)所采用偏心的圆弧形转子具有重量小、转动惯量小的优点，因此电机具有更好的起动性能；

(3)采用集中式绕组具有端部短、用铜量少、漏抗小、效率高、下线方便、制造周期短、结构简单、绕组端部不重叠、发生匝间短路故障概率低的优点；

(4)永磁磁钢端部直接相连，有效地减少了端部漏磁，同时，使得转轴侧无需安装隔磁衬套，并降低了对转轴材料的要求；