一種叉指交替極永磁電機的製作方法

2024-03-02 19:09:15

技術領域

本發明屬於電機結構技術領域，特別涉及了一種叉指交替極永磁電機。

背景技術：

近些年，由於永磁電機具有高轉矩密度、高效率，被廣泛應用於家電、電動汽車、風力發電和航空航天等場合。

傳統的表貼式永磁電機，其結構如圖1所示。轉子表面完全由永磁體覆蓋，而永磁體所採用的材料是價格高昂的稀土永磁材料，因此表貼式永磁電機的生產成本較高。

另外，轉子的離心力可能會使表貼式永磁體脫落，為了避免造成不可挽回的損壞，需在永磁體外添加不導磁的保護套，這樣不僅增加了成本，而且使得定轉子間的等效氣隙變大，從而降低了輸出轉矩能力。

技術實現要素：

為了解決上述背景技術提出的技術問題，本發明在提供一種叉指交替極永磁電機，克服了傳統表貼式永磁電機的缺陷，節約了永磁材料和保護套的使用，增強輸出轉矩能力。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為：

一種叉指交替極永磁電機，包括n段轉子，n為大於等於2的整數；n段轉子依次沿轉子軸向相接，且相鄰兩段轉子之間設有軸向充磁的環形永磁體，相鄰環形永磁體的充磁方向相反；n段轉子的結構相同，每段轉子的表面均勻設有多個凸極，相鄰凸極之間的凹槽內鑲嵌有永磁體，在轉子表面形成凸極與永磁體交替排列結構；相鄰兩段轉子表面的永磁體沿周向偏移半個電周期角度；同段轉子表面上的各永磁體的充磁方向相同，相鄰兩段轉子表面上的永磁體的充磁方向相反。

基於上述技術方案的優選方案，各段轉子表面的永磁體的充磁方式為徑向充磁、平行充磁或Halbach陣列充磁。

基於上述技術方案的優選方案，各段轉子表面的永磁體、相鄰兩段轉子之間的環形永磁體的種類不相同。

基於上述技術方案的優選方案，每段轉子表面的永磁體的形狀與相鄰凸極之間凹槽的形狀相配合，使永磁體的各個面與凹槽的各個面緊密接觸，永磁體的上表面和凸極的上表面均為弧面，且永磁體上表面的弧度與凸極上表面的弧度相同，所有凸極上表面與永磁體上表面構成一完整的圓柱面。

基於上述技術方案的優選方案，每段轉子表面的永磁體的外側設有保護套。

基於上述技術方案的優選方案，所述交替極永磁電機的定子鐵芯和轉子鐵芯均由導磁材料製成。

基於上述技術方案的優選方案，所述交替極永磁電機能夠進行電動運行和發電運行。

基於上述技術方案的優選方案，所述交替極永磁電機能夠作為內轉子電機和外轉子電機。

採用上述技術方案帶來的有益效果：

本發明採用轉子凸極與永磁體交替排列的結構，與傳統的表貼式永磁電機相比，明顯減少了永磁體的的使用量，從而大大降低了生產成本。

另外，單個轉子凸極與永磁體交替排列的轉子結構會在轉軸端部產生單極性磁化，將對整個電機系統的可靠性和安全性產生影響，考慮採用轉子分段的方法，在轉子和轉軸內部提供漏磁路徑，避免了轉軸端部的磁化。

但是如果僅僅將轉子表面的永磁體分段，雖然能夠避免轉軸端部磁化，卻會在氣隙中產生軸向漏磁，降低轉矩輸出能力，為此本發明在轉子與轉子之間設置了環形軸向充磁永磁體，形成叉指永磁結構，進一步提升轉矩輸出能力。

附圖說明

圖1是傳統表貼式永磁電機結構示意圖。

圖2(a)、圖2(b)分別是實施例中4段轉子中第一段轉子、第二段轉子的二維示意圖。

圖3是本發明提出的叉指交替極永磁電機的三維示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。

本發明以三相12/10極的永磁電機為例，且採用4段轉子。採用A、B、C三相繞組，A相電樞繞組由A1、A2、A3和A4線圈串聯組合而成，B相和C相電樞繞組依次類推。電機包括12個定子極。

叉指交替極永磁電機包括4段轉子，4段轉子依次沿轉子軸向相接，且相鄰兩段轉子之間設有軸向充磁的環形永磁體，相鄰環形永磁體的充磁方向相反。4段轉子的結構相同，如圖2(a)、2(b)所示，每段轉子的表面均勻設有5個凸極，相鄰凸極之間的凹槽內鑲嵌有永磁體，在轉子表面形成5個凸極與5個永磁體交替排列結構，永磁體的形狀與凹槽的形狀相配合，使永磁體的各個面與凹槽的各個面緊密接觸，永磁體的上表面和凸極的上表面均為弧面，且永磁體上表面的弧度與凸極上表面的弧度相同，所有凸極上表面與永磁體上表面構成一完整的圓柱面；相鄰兩段轉子表面的永磁體沿周向偏移半個電周期角度。

圖3為本發明電機的整體三維示意圖。

上述實施例雖然以三相12/10極結構為例，但是任何相數和極槽配合的傳統表貼式永磁電機均可以改變為本發明設計的結構。

在本發明中，各段轉子表面的永磁體的充磁方式可以為平行充磁、徑向充磁或者Halbach陣列充磁。定轉子鐵芯採用導磁材料製成。轉子表面的永磁體、相鄰兩段轉子之間的環形永磁體的種類可以不相同。

在本發明中，轉子表面凸極與永磁體不必緊密接觸，可以在轉子表面永磁體的外側設置保護套，從而防止轉子表面永磁體脫落。

本發明設計的永磁電機既能夠作電動運行，也可以作發電運行；既可以作為內轉子電機，也可以作為外轉子電機。

本發明設計的永磁電機，因為採用轉子凸極與永磁體交替排列的結構，減少了永磁材料的使用，降低了生產成本。同時，採用分段轉子的結構，在轉子的表面以及各段轉子之間設置永磁體，形成叉指永磁結構，在消除轉軸端部磁化的同時，進一步提高轉矩輸出能力。

以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。