外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機的製作方法
2023-10-04 04:43:14 1
專利名稱：外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙凸極電機，特別是涉及一種外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極 電機。
背景技術：
磁通切換雙凸極電機最早是在1955年由學者Rauch和Johnson提出的，其結 構如圖1所示，在其後的很長一段時間內這種電機被研究的很少。隨著永磁材料的發展， Hoang等學者在1997年重新將研究目光投向磁通切換雙凸極電機。隨後又有人提出了混 合勵磁磁通切換雙凸極電機，如圖2所示。近幾年中國學者也開始對磁通切換雙凸極電機 進行比較系統的研究，其中研究比較多的有東南大學和浙江大學。磁通切換雙凸極電機的定、轉子均為凸極結構，電機的結構性能較好，相對於傳統 的轉子型永磁電機來說，永磁體置於定子上，不會產生不可逆退磁。磁通切換雙凸極電機的 轉子與開關磁阻電機轉子相似，既無永磁體也無繞組，機械強度高，適合高速或者超高速運 行，且對環境的要求較低，適合運行於較惡劣的環境。磁通切換雙凸極電機的每相永磁磁鏈 為雙極性，且磁鏈和反電勢波形都接近正弦分布，電機出力大，轉矩密度和功率密度較高。專利申請號為200910098786. 4的公開文件提出一種磁場增強型磁通切換雙凸極 電機。如圖3所示，該種電機包含轉子31、定子32、U型定子鐵芯321、切向充磁磁體322、 輔助永磁體323、三相電樞繞組33以及機殼34。但是由於採用的是內轉子結構，輔助磁極 貼在定子鐵芯外，永磁體用量較多，而且當電機極數較少時仍有很多漏磁產生，永磁體利用 率不高，磁場增強效果不理想。現有技術中對外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機研究還沒見相關報導，由於 外轉子電機具有轉動慣量比常規電機大，且電樞鐵芯直徑可以做的較大，能提高在不穩定 負載下電機的效率和輸出功率，在某些場合外轉子電機具有獨特的優勢，比如風力發電和 汽車製造，如汽車的輪轂，等領域。因此，提出漏磁少，損耗低，高功率密度的新型外轉子電 機成為本領域研究人員的主要任務。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種漏磁少，損耗低，高功率密度的 外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機。為達到上述目的，本發明採用如下技術方案
一種外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，包括定子、轉子、定轉子間氣隙及轉軸； 所述定子包括環繞轉軸設置的導磁襯套、環繞導磁襯套設置的徑向充磁輔助永磁體，環繞 徑向充磁輔助永磁體設置的定子鐵芯，所述的定子鐵芯由定子鐵芯組件組成、定子鐵芯組 件間設置有切向充磁永磁體，切向充磁永磁體N、S極交替排列，與定子鐵芯組件接觸的切 向充磁永磁體和徑向充磁輔助永磁體極性相同；轉子設置在定子外，定轉子鐵芯均為齒槽 式結構，定子鐵芯齒上纏有集中式電樞繞組，轉子上無繞組。
所述的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機為三相電機或多相電機，定子齒數
Ny ImiiM
JVs和轉子齒數Ντ滿足—=^―
Ns 2m
其中 為電機的相數，《為自然數，定子極數為偶數。所述的切向充磁永磁體沿圓周切向充磁，N極、S極交替排列。所述的電樞齒由切向充磁永磁體和緊貼在永磁體兩側的定子鐵芯組件的邊構成， 電樞齒上纏繞集中式電樞繞組。所述的徑向充磁輔助永磁體沿半徑方向充磁，N極、S極交替排列，與定子鐵芯組 件接觸的切向充磁永磁體和徑向充磁的輔助永磁體極性相同。所述定子齒數與定子鐵芯組件數相同。電機定子齒部可以採用極靴結構也可以不採用極靴結構。所述的定子鐵芯組件根據定子槽空間大小或呈U型或呈V型。所述的導磁襯套採用磁性材料。本發明所採用的技術方案的積極效果是
本發明的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機與現有雙凸極電機相比，主要技術特 點是採用外轉子結構、由切向充磁永磁體和沿徑向充磁輔助永磁體的合理配置，在使用較 少輔助磁極的情況下就能達到較好的效果，使電機的漏磁較少，氣隙磁密大幅提高、功率密 度較高，既可以做發電機又可用於電動運行，提高了電機在不穩定負載下的效率和功率，適 合於風力發電和汽車製造，如汽車的輪轂，等領域。下面結合附圖對本發明的實施和優點作進一步解釋。
附圖1是現有技術的一種磁通切換雙凸極電機的結構示意圖； 附圖2是現有技術的一種混合磁通切換雙凸極電機的結構示意附圖3是現有技術的一種內轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機的結構示意圖； 附圖4是本發明的一種外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機的結構示意圖； 附圖5是本發明的一種定子無極靴的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機的結構 示意附圖6是本發明的一種定子鐵芯組件為V型結構的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極 電機的結構示意圖。附圖符號說明
41，51，61 U/V型定子鐵芯組件42，52，62切向充磁永磁體
43，53，63轉子44，54，64徑向充磁輔助永磁體
45，55，65導磁襯套46，56，66轉軸
47，57，67電樞繞組。
具體實施例方式
由於不同相數的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機結構相似，下面僅以附圖 4所示的三相6/7結構外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機為例，詳細闡述本發明的具
4體實施方式。參見圖4，依據本發明的一種外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，包括定子、 轉子、定轉子間氣隙及轉軸46等。所述定子包括環繞轉軸46設置的導磁襯套45、環繞導 磁襯套45設置的徑向充磁輔助永磁體44，環繞徑向充磁輔助永磁體44設置的定子鐵芯，所 述的定子鐵芯由定子鐵芯組件41組成，定子鐵芯組件41間設置有切向充磁永磁體42，切向 充磁永磁體42的N、S極交替排列，與定子鐵芯組件41接觸的切向充磁永磁體42和徑向充 磁輔助永磁體44極性相同；轉子43設置在定子外，定轉子鐵芯均為齒槽式結構，定子鐵芯 齒上纏有集中式電樞繞組47，轉子上無繞組。所述外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機可以為三相電機或多相電機，定子齒 數Ns和轉子齒數Nr滿足
其中 為電機的相數，《為自然數，一般比較小，定子極數為偶數。例如當為三相電 機且定子齒數為6K時，轉子齒數可以為4K、5K、7K等多種結構，即得到6K/4K、6K/5K、6K/7K 等多種結構電機，K為正整數，如K=I時即得到6/4、6/5、6/7等多種結構外轉子磁通切換電 機；Κ=2時，即得到12/8、12/10、12/14等多種結構外轉子磁通切換電機。繼續參見圖4，所述的切向充磁永磁體42沿圓周切向充磁，N極、S極交替排列。所 述的電樞齒由切向充磁永磁體42和緊貼在永磁體42兩側的定子鐵芯組件41的邊構成，電 樞齒上纏繞集中式電樞繞組47。所述的徑向充磁輔助永磁體44沿半徑方向充磁，N極、S 極交替排列，與定子鐵芯組件接觸的切向充磁永磁體42和徑向充磁輔助永磁體44的極性 相同。所述定子齒數與定子鐵芯組件41的數量相同。定子鐵芯組件41之間設置的切向充 磁永磁體42和定子鐵芯組件41交替排列，切向充磁永磁體42的數量與徑向充磁輔助永磁 體44的數量相同。圖5顯示本發明的定子無極靴的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機。如圖所 示，該實施例所示的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，包括定子、轉子、定轉子間氣 隙及轉軸56等。所述定子包括環繞轉軸56設置的導磁襯套55、環繞導磁襯套55設置的 徑向充磁輔助永磁體54，環繞徑向充磁輔助永磁體54設置的定子鐵芯，所述的定子鐵芯由 定子鐵芯組件51組成，定子鐵芯組件51間設置有切向充磁永磁體52，切向充磁永磁體52 的N、S極交替排列，與定子鐵芯組件51接觸的切向充磁永磁體52和徑向充磁輔助永磁體 54極性相同；轉子53設置在定子外，定轉子鐵芯均為齒槽式結構，定子鐵芯齒上纏有集中 式電樞繞組57，轉子上無繞組。其結構與圖4所示的結構基本相同，不同的是，圖4顯示當 電機極數較少時，為了改善電勢波形和電機的性能，電機定子齒部可以採用極靴結構，當定 子採用極靴時，對電機的電勢波形有利，但是同時又要考慮定子槽空間，即槽滿率的問題。 在本申請中，定子槽空間的大小和電機軸徑、非導磁襯套的外徑、定子齒寬等因素有關。圖 5顯示當電機極數較多，定子槽空間較小時也可不採用定子極靴。同理，圖6所示的電機也 沒有採用定子極靴。圖6顯示本發明的定子鐵芯組件為V型的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電 機。如圖所示，該實施例所示的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，包括定子、轉子、定 轉子間氣隙及轉軸66等。所述定子包括環繞轉軸66設置的導磁襯套65、環繞導磁襯套65設置的徑向充磁輔助永磁體64，環繞徑向充磁輔助永磁體64設置的定子鐵芯，所述的定 子鐵芯由定子鐵芯組件61組成，定子鐵芯組件61間設置有切向充磁永磁體62，切向充磁永 磁體62的N、S極交替排列，與定子鐵芯組件61接觸的切向充磁永磁體62和徑向充磁輔助 永磁體64極性相同；轉子63設置在定子外，定轉子鐵芯均為齒槽式結構，定子鐵芯齒上纏 有集中式電樞繞組67，轉子上無繞組。其結構與圖4所示的結構基本相同，不同的是，圖4 顯示定子鐵芯組件根據定子槽空間的大小被設計成U型結構，而圖6顯示定子鐵芯組件根 據定子槽空間的大小被設計成V型結構。在圖4、圖5和圖6所示的實施例中，導磁襯套均採用磁性材料。本發明的外轉子磁通切雙凸極電機反電勢和磁鏈的正弦性較好，適合永磁無刷電 機的控制方式。當然，以上僅是本發明的具體應用範例，對本發明的保護範圍不構成任何限制。除 上述實施例外，本發明還可以有其它實施方式。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方 案，均落在本發明所要求保護的範圍之內。
權利要求
1.一種外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，其特徵在於，包括定子、轉子、定轉子 間氣隙及轉軸；所述定子包括環繞轉軸設置的導磁襯套、環繞導磁襯套設置的徑向充磁 輔助永磁體，環繞徑向充磁輔助永磁體設置的定子鐵芯，所述的定子鐵芯由定子鐵芯組件 組成、定子鐵芯組件間設置有切向充磁永磁體，切向充磁永磁體N、S極交替排列，與定子鐵 芯組件接觸的切向充磁永磁體和徑向充磁輔助永磁體極性相同；轉子設置在定子外，定轉 子鐵芯均為齒槽式結構，定子鐵芯齒上纏有集中式電樞繞組，轉子上無繞組。
2.根據權利要求1所述的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，其特徵在於，為三 相電機或多相電機，定子齒數Λ；和轉子齒數久滿足其中 為電機的相數，《為自然數，定子極數為偶數。
3.根據權利要求1所述的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，其特徵在於，所述 的切向充磁永磁體沿圓周切向充磁，N極、S極交替排列。
4.根據權利要求1所述的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，其特徵在於，所述 的電樞齒由切向充磁永磁體和緊貼在永磁體兩側的定子鐵芯組件的邊構成，電樞齒上纏繞 集中式電樞繞組。
5.根據權利要求4所述的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，其特徵在於，所述 的徑向充磁輔助永磁體沿半徑方向充磁，N極、S極交替排列，與定子鐵芯組件接觸的切向 充磁永磁體和徑向充磁的輔助永磁體極性相同。
6.根據權利要求2所述的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，其特徵在於，所述 定子齒數與定子鐵芯組件數相同。
7.根據權利要求1所述的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，其特徵在於，電機 定子齒部可以採用極靴結構也可以不採用極靴結構。
8.根據權利要求1所述的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，其特徵在於，所述 的定子鐵芯組件根據定子槽空間大小或呈U型或呈V型。
9.根據權利要求1所述的外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，其特徵在於，所述 的導磁襯套採用磁性材料。
10.根據權利要求1所述的外轉子磁場增強型磁通切雙凸極電機，其特徵在於，適合永 磁無刷電機的控制方式。
全文摘要
本發明提供一種外轉子磁場增強型磁通切換雙凸極電機，包括定子、轉子、定轉子間氣隙及轉軸等。所述定子包括環繞轉軸設置的導磁襯套、環繞導磁襯套設置的徑向充磁輔助永磁體，環繞徑向充磁輔助永磁體設置的定子鐵芯，所述的定子鐵芯由定子鐵芯組件組成、定子鐵芯組件間設置有切向充磁永磁體，切向充磁永磁體N、S極交替排列，與定子鐵芯組件接觸的切向充磁永磁體和徑向充磁輔助永磁體極性相同；轉子設置在定子外，定轉子鐵芯均為齒槽式結構，定子鐵芯齒上纏有集中式電樞繞組，轉子上無繞組。本發明漏磁少，損耗低，功率密度高，可廣泛應用於風力發電和汽車的輪轂等領域。
文檔編號H02K1/17GK102005836SQ20101058248
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者袁龍生, 趙朝會 申請人:上海電機學院