[发明专利]一种双极性定子表面贴装式永磁电机

说明书

 

技术领域

本发明是采用新型充磁方式的定子表面贴装式永磁电机，电枢线圈匝链的磁通呈双极性变化，具有较强转矩输出能力与较高功率密度的电机，属于电机制造的技术领域。

 

背景技术

随着能源危机的不断加剧，采用永磁励磁取代电励磁以节省能源消耗已成为全世界的共识，同时由于我国是世界上稀土资源最丰富的国家，开发研究和推广应用新型结构的稀土永磁电机，具有重要的理论意义和实用价值。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的电机类型在设计和运行过程中都会产生一系列问题，集中体现为以下五点：

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，增加了工艺；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，又减弱了气隙磁密，限制出力；

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和成本；

3、永磁体置于转子，不利于该类型电机的冷却，为了散热往往需要进行特别的风路或其它冷却方式设计；

4、目前广泛采用的磁钢都是居里温度较低的钕铁硼，受温升影响导致永磁电机存在一定的退磁甚至完全失磁风险；

5、若期望利用定子电枢绕组对磁钢进行充磁或者去磁，对于转子永磁型的结构，定子电枢绕组磁势需要经过气隙磁阻，导致充磁成本增加甚至不可行。

另一方面，在上个世纪90年代末，国际上陆续出现了三种新型结构的定子永磁型电机，即磁通脉动永磁电机、磁通切换永磁电机和磁通反向永磁电机，其结构共性为将永磁体和电枢绕组都置于定子，转子仅由硅钢片等软磁材料组成。其中磁通反向电机的结构原理是每个凸极定子齿上并排安装两块极性相反的永磁体，其目的是为了获得双极性的永磁磁链。具体而言，传统的磁通反向永磁电机采用的充磁方式可以获得近似方波的每相空载感应电势，适合于无刷直流方式控制。为了适应交流调速与伺服驱动场合，本发明在传统磁通反向永磁电机结构基础之上，修改了永磁体的充磁方向，提出了一种新型充磁方式的双极性定子表面贴装式永磁电机。

 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种结构简单、坚固，电枢线圈匝链的永磁磁链呈双极性变化，具有高度近似正弦波的空载感应电势、较强的转矩输出能力和较大的功率密度，适用于交流调速系统的驱动元件的双极性定子表面贴装式永磁电机。

技术方案：本发明的双极性定子表面贴装式永磁电机，包括定子铁心，转子铁心、设置在定子铁心上的集中式电枢绕组和永磁体，定子铁心和转子铁心都为凸极结构，集中式电枢绕组的线圈设置在定子铁心的定子齿槽中，每个定子齿面向转子铁心的一侧并排设置有两块径向充磁方向相反的永磁体。集中式电枢绕组均由N_s/m个线圈组成，其中N_s为定子极数，m为电机相数，N_s/m=2ⁿ，n为大于等于1的正整数，若N_s/m=2，则每个集中式电枢绕组的两个电枢线圈串联或并联连接且不具备互补性，若N_s/m=2ⁿ⁺¹，n为大于等于1的正整数，则每个集中式电枢绕组的2ⁿ⁺¹个绕组线圈中的2ⁿ个线圈具备绕组互补性，2ⁿ⁺¹个绕组线圈串联相接组成2ⁿ个线圈组，2ⁿ个线圈组串联或者并联连接。

本发明中，两块径向充磁的永磁体并排贴装于一个定子齿面向转子的表面，且相邻两块永磁体的充磁方向相反。若第一个定子齿下的两块永磁体充磁方向为N-S，与之相邻的定子齿下两块永磁体充磁极性亦为N-S，即相邻两个定子齿下的四块永磁体充磁方向为：N-S-N-S。永磁体可以是铁氧体、钐钴或者钕铁硼等其他类型永磁材料。转子上既无永磁体也无绕组。

本发明的一种实施方案中，定子环绕在转子外部，构成内转子结构。另一种方案中，转子环绕在定子外部，构成外转子结构。

本发明中，定子铁心和转子铁心均采用硅钢片或其他导磁材料。

本发明的电机既可用于发电运行亦可用于电动运行。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：