[发明专利]一种高槽满率高性能开口槽直齿永磁电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种高槽满率高性能开口槽直齿永磁同步电机，可用于航空航天等对电机功率密度和可靠性要求较高的领域。

背景技术

近年来，随着稀土永磁材料的迅速发展，特别是铷铁硼永磁材料性能的不断提高和价格的逐渐降低，永磁电机在国防、工农业生产和家用电器等方面获得越来越广泛的应用。在一些特殊领域如航空航天、电动汽车等要求电机具有高的功率密度和效率。而槽满率是电机效率和功率密度提高的技术瓶颈。

一般永磁同步电机常采用分布绕组，且槽型大都为半开口槽。其绕组通常是在体外绕好后嵌入定子槽内，由于槽口比槽身窄很多，导致槽满率通常不超过50%，且绕组端部伸出较长，电机结构不紧凑，难以满足对功率密度有较高要求的特殊应用领域。为了提高槽满率目前常采用的手段是将定子分成多个定子段组件，每个定子段组件通常包括一个定子齿，定子齿绕好绕组后进行组装。该方法虽然可以提高槽满率，但是，分段式定子的组装通常适用于低速大功率电机，用来构成定子的硅钢片不宜太薄，否则相互交错，不便于组装。

另一方面一般永磁同步电机虽具有高功率密度，但是由于其固有的定位转矩，影响了其在高精度伺服驱动领域的应用，常规的解决方法是采用无槽或者斜槽等方法。但是无槽结构只适合于小功率电机且效率略低；而斜槽虽可以降低转矩脉动，同时也牺牲了功率。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构紧凑，槽满率高，反电势正弦，转矩脉动小的高性能电机。使得电机便于嵌线，且绕组端部伸出短，结构紧凑，功率密度高。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案实现：

本发明的永磁同步电机包括定子、转子，定子由定子铁芯和定子绕组构成，转子由永磁体和转轴构成，定子和转子之间存在气隙。定子铁芯采用开口槽，齿为齿宽相等的直齿；定子绕组采用单层集中绕组，每槽绕有一套绕组，绕有绕组的齿称为电枢齿，没有绕组的齿称为间隔齿；定子绕组在模具上绕好后整体嵌入槽中；嵌入槽中的定子绕组采用环氧树脂胶灌封；转子上永磁体采用halbach阵列，直接粘贴在转轴上。

上述电枢齿和间隔齿设计成等宽，定子齿宽用极弧系数k_s表示，k_s=（0.4~0.6）。

上述电机定子槽数和转子极数需满足z=p±2，z为电机槽数、p为转子极数。

上述电机绕线前需制作与电枢齿形状一致的模具，在线模上绕好线涂胶固定后，整体嵌入定子槽中。

上述定子绕组嵌入槽中后，槽中采用环氧树脂胶灌封时需要在真空高压环境下，需填满槽中和绕组端部间隙，使得环氧树脂胶在槽中与定子铁芯紧贴，在端部与机壳和电机两侧端盖紧贴。

上述永磁体内侧设计为直线，直接粘贴在多边形转轴上，转子无铁芯，永磁体采用不锈钢套筒或者碳素纤维包裹固定。

上述halbach阵列永磁转子中，每极永磁体的数目为2，充磁方向分别为径向和切向，定义径向磁化方向的永磁体极弧系数为k_r，k_r=（0.4~0.7）。

本发明的有益效果是：

1、本发明电机槽满率不小于65%，绕组端部伸出短，电机结构紧凑。

2、本发明采用开口槽直齿结构避免使用极靴齿，嵌线方便。

3、绕组由环氧树脂灌封后，散热性能好，尤其是端部绕组通过环氧树脂将热传导到端盖和机壳上，解决了绕组端部散热难的问题。

4、开口槽直齿结构使得电机定子绕组磁路磁阻增大，电感减小，提高了功率因数。

5、电机定子上的定子绕组为集中式绕组，绕组端部短，电阻和铜耗较小。

6、每槽只有一套绕组，起到电机相与相之间的物理隔离、热隔离以及磁路的解耦。

7、无铁芯halbach阵列永磁转子节约了转子空间，提高了电机功率密度，降低了转动惯量。

8、无铁芯halbach阵列径向充磁的永磁体产生的定位转矩和切向充磁的永磁体部分抵消，降低了转矩脉动。

附图说明

图1是电机结构示意图，其中(a)为原有电机结构，(b)为本发明。

图2是本发明永磁体结构图。

图3是本发明电机结构绕组环氧树脂灌封后实物图。

图4本发明自感互感对比图。

图5本发明空载反电势波形图。