低齒槽定位力矩的定子永磁型電機的製作方法
2023-12-02 05:39:16
專利名稱：低齒槽定位力矩的定子永磁型電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發電機製造技術，特別是涉及到一種 定子7Jc》茲型電才幾糹支術。
技術背景我國作為世界上稀土材料儲藏量最大的國家，大力研究和 推廣應用以稀土永磁電機為代表的各種新型永磁電機，具有重要的理 論意義和應用價值。無論作發電還是電動運行，具有高效率、大轉矩 (功率)密度和低損耗等特點的新型永磁電機正呈現出加速發展的趨 勢。長期以來國內外的研究熱點一直集中於以表面貼裝式、插入式和 內嵌式為代表的轉子永,茲型電才幾。然而，該類型電才幾在"i殳計和實際運 行過程中都會產成一系列問題，集中體現為以下三點l.對永,茲體粘 貼在轉子表面或插入轉子凸極之間的結構，為了克服高速運行所產生 的離心力影響，通常需要製作輔助的永磁體固定裝置，並且永磁體處 於定子和轉子之間，加大了氣隙長度，既增加了電機體積，又會導致 氣隙磁密減弱，影響出力；2.對永》茲體埋入轉子鐵心內部的內嵌式結 構，會影響轉子的機械強度，並且需要輔助磁橋，同樣會增加製作工 藝；3.永磁體置於轉子不利於該類型電機的冷卻。此外，對轉子永磁 型電機而言，由於定子繞組產生的電樞反應磁通都會進入轉子，與永 磁體相互耦合，存在一定程度上的去^f茲危險；另一方面，無論是作為 發電機還是電動機，為了獲得正弦度較高的空載反電動勢，通常在定 子上安裝分布繞組，會直接導致繞組端部較長，增加了導線長度和電 阻，銅耗較大，降低了電機效率，更會使得電機體積增大，限制了轉 子永磁型結構在航天、航空、航海、電動汽車等對電機體積有嚴格要求領域的應用。因此，近一二十年來，國內外對新型定子7JC磁式電才幾 的研究已成為一個熱點，目前一共出現了三種結構的定子永磁型電 機，分別是永磁磁鏈為單極性的雙凸極永》茲電機，和永》茲》茲鏈為雙極 性的石茲通切糹灸7lOf茲電才幾和》茲通反向7JUt電才幾。
然而，由於定子永》茲型電才幾釆用雙凸^l結構，且具有聚》茲功能，
使其氣隙磁密相對較大，導致定位力矩較為突出，由此引起電機運行 過程中的轉矩脈動較大，限制了其在風力發電和伺服驅動領域的應
用。另一方面，針對傳統轉子永》茲型電才幾減小定位力矩的方法都相對 比較複雜，實施起來比較困難，提高了電機的製造成本和加工工藝難 度,同時對電機性能有不同程度的影響
實用新型內容
本實用新型的目的就是提出 一種低齒槽定位力矩的定 子永磁型電機，採用簡單有效的方法能夠減小永磁電機的定位力矩， 尤其是針對定子永磁型電機的結構特點易於實施。該方法適用於永磁 體置於定子，轉子僅由導磁鐵芯組成的電機結構，即對目前已經出現 的三種定子永》茲型電機都可行，而且簡單有效，無需增加電枳^殳計和 製造成本，反而可以減小鐵芯材料。
本實用新型是這樣實現的: 一種低齒槽定位力矩的定子永磁型電 機，包括定子和轉子兩個部分，所述定子和轉子都為雙凸極結構，在 所述定子上設置有三相集中繞組和永磁體，其特徵在於在所述轉子 上開有輔助槽。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點
由於本實用新型的技術實施對象為定子永磁型電機，而該類型電機 的集中電樞繞組和永磁體都設置於定子上，轉子僅為導磁鐵芯，所以 本發明的電機結構非常簡單而堅固，而且有利於改善該電機的冷卻條件；此外，由於採用了集中繞組方式，可以減小端部長度，儘可能地
減小電阻和銅耗，也保證了電機的結構緊湊，功率密度較大，效率較
高。具體到本實用新型的技術方案，具有如下優點
1. 採用新型的定子永磁型結構，即將永磁體置於定子而取代傳統
的轉子永磁型，轉子部分為矽鋼片壓疊而成的實心鐵芯，使得電才幾轉
子結構非常堅固，且不再需要為固定轉子磁鋼而添加複雜的加工工 鬥■
乙；
2. 傳統的針對轉子永一磁型電機的定位力矩減小方法，包括定子斜 槽、轉子斜極、定子槽口寬度不均、永磁體表面優化等都會對電機性 能產生一定程度的影響，且會增加電機的製造成本。而本實用新型提 出的轉子開輔助槽非常容易實施，工程應用上便於實現，並且通過對 所開輔助槽的尺寸進行優化，可以保證在減小定位力矩的同時不會對 電機的空載電勢、轉矩(功率)輸出能力等性能產生影響；
3. 通過實施本實用新型技術改造後的定子永磁型電機既減小了定 位力矩，又保留了功率密度大、容易冷卻、適合高速運行的特點。用 其組成的風力發電系統，可以減小起動風速，拓寬輸出功率的風速範 圍；而用其組成的伺服驅動系統在低速運行時的轉矩脈動問題也可以 得到有效地控制。
圖1是本實用新型所述的磁通切換永磁電機的結構示意圖 圖2是本實用新型所述的雙凸極永v磁電機結構示意圖 圖3是本實用新型所述的磁通反向永磁電機結構示意圖
l.定子 2.轉子 3.集中電樞繞組 4"1o磁體 5.輔助槽
具體實施方式
:以圖1所例，本實用新型低齒槽定位力矩的磁通切換 雙凸極永f茲電機包括定子1和轉子2，轉子2位於定子1的內部或者外部，定子1和轉子2都為雙凸極結構，其中定子1由12個U形導磁 鐵心組成，在定子1上設置有三相集中繞組3和12塊永磁體4,轉子 2有10個轉子齒，每個轉子齒上開有2個輔助槽5。
由於定子槽為12，轉子齒為10，因此所產生的定位力矩基波分量 頻率為60,對應的機械周期為6度。而對該電機定位力矩進行諧波分 析後，發現其定位力矩各高次諧波分量中，二次諧波較大。因此，選 取在其轉子齒上開2個輔助槽以削弱定位力矩的二次諧波分量。
此外，對所開輔助槽的槽深和槽口寬度都進行了優化設計，優化 目標為在儘量減小定位力矩的同時，儘可能保證電機空載電勢的幅值 和正弦度保持不變。在具體實施過程中，為方便起見，保持輔助槽的 槽深和槽口寬度一致，且讓其在一定範圍內變化，通過解析法和有限
元方法計算得到最優的尺寸參數。
永磁體4是鐵氧體或者釹鐵硼永磁體，定子1和凸極轉子2都可 以採用矽鋼片沖片壓疊製成，定子1由U型結構的導磁鐵心拼裝組 成。
轉子2為直槽轉子，轉子上既無永磁體也無繞組。
圖2低齒槽定位力矩的雙凸極永f茲電機和圖3低齒槽定位力矩的
磁通反向永磁電機中定位力矩減少的方法和圖1低齒槽定位力矩的^茲
通切換7JC磁電機的原理是一樣的。
權利要求1.低齒槽定位力矩的定子永磁型電機，包括定子(1)和轉子(2)兩個部分，所述定子(1)和轉子(2)都為雙凸極結構，在所述定子(1)上設置有三相集中繞組(3)和永磁體(4)，其特徵在於在所述轉子(2)上開有輔助槽(5)。
2. 根據權利要求1所述低齒槽定位力矩的定子永磁型電機,其特 徵在於所述的輔助槽(5)為兩個。
3. 根據權利要求1或2所述低齒槽定位力矩的定子永磁型電機, 其特徵在於所述輔助槽(5)的槽深和槽口寬度一致。
4. 根據權利要求1所述低齒槽定位力矩的定子永磁型電機，其特 徵在於所述轉子(2)為內轉子或外轉子結構。
5. 根據權利要求1所述低齒槽定位力矩的定子永磁型電機，其特 徵在於所述轉子U)為直槽轉子，該轉子(2)上既無永磁體也無繞組。
專利摘要本實用新型公開了一種低齒槽定位力矩的定子永磁型電機，在轉子上開有輔助槽以增加氣隙齒槽磁導的高次諧波分量，使得產生的定位力矩基波頻率增加，而幅值相應減小。通過對轉子輔助槽尺寸的優化設計可以在減小定位力矩的同時保證電機的空載電勢、轉矩輸出能力等性能指標不受影響。在結構上保留了定子永磁型電機緊湊、簡單、魯棒性好、適於高速運行的優勢，無需額外增加電機體積，相反可以減小轉子的鐵心用量。相比較其他減小定位力矩的方式，該技術方法簡單方便有效，成本低，特別適合於定子永磁型電機，使得該類型電機在直驅式風力發電機、混合動力汽車等領域有較好的應用前景。
文檔編號H02K1/17GK201378759SQ20092014476
公開日2010年1月6日 申請日期2009年2月27日 優先權日2009年2月27日
發明者唐震東, 張小媛, 環劍斌, 為 花, 蘇申科, 鄭自明 申請人:環一軍