一種定子永磁型場調制電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電機，尤其涉及一種將電樞繞組和永磁體均置于定子側的場調制型永磁電機。
【背景技術】
[0002]目前，研究較多的永磁電機類型主要包括:普通永磁同步電機、雙凸極永磁電機、磁通切換永磁電機、磁通反向永磁電機、橫向磁通永磁電機、軸向磁通永磁電機、磁齒輪復合永磁電機等。雖然上述各類永磁電機在拓撲結構上存在較大差異，但是，它們的基本工作原理相通，即均利用氣隙基波磁場實現機電能量轉換。與之不同，近些年出現的場調制永磁電機，基于磁齒輪效應，能夠利用氣隙基波磁場和某一氣隙諧波磁場同時共同作用于機電能量轉換。因此，場調制永磁電機具有更高的轉矩密度，而且其機械結構也不復雜，現階段該類型電機已得到廣泛的關注和研究。
[0003]目前出現的場調制型永磁電機均采用轉子放置永磁體/定子放置電樞繞組的旋轉勵磁式永磁結構，將永磁體放置在轉子上，既降低了轉子的機械可靠性，又增加了永磁體在轉子旋轉過程中脫落的風險，而且永磁體散熱也不方便，存在永磁體熱不穩定退磁的隱患。基于上述背景，研制一種轉子結構簡單、機械可靠性高、加工制作方便的新型場調制永磁電機具有重要的理論意義和工程實用價值。
【發明內容】
[0004]技術問題:本發明為了解決現有的場調制永磁電機存在的轉子機械可靠性低和永磁體散熱差的問題，提供了一種將電樞繞組和永磁體均置于定子側的新型場調制永磁電機拓撲結構。
[0005]技術方案:為解決上述技術問題，本發明提供了一種定子永磁型場調制電機，該電機由外至內包括同軸心排列的外殼、定子、氣隙、轉子和轉軸，定子通過燕尾槽固定在外殼內部，定子與轉子之間設置氣隙，轉子固定在轉軸外部；
[0006]所述定子包括若干沿圓周等距間隔排列的定子鐵心、嵌入相鄰定子鐵心之間的定子永磁體、凸出于定子鐵心內周的定子齒、嵌入相鄰定子齒之間的多相對稱電樞繞組；
[0007]所述轉子包括與定子同軸心的環形轉子鐵心、若干凸出于轉子鐵心外圍的轉子凸極；
[0008]所述外殼為不導磁的環形部件，用于固定安裝定子；
[0009]所述定子齒的個數Ns、電樞繞組繞制的極對數Pw、轉子凸極的個數隊滿足以下關系:NS= 2 X (Nr-pw) ο
[0010]優選的，所述定子永磁體沿圓周切向充磁，且相鄰永磁體充磁方向相反。
[0011]優選的，定子齒的個數應為3的倍數，以便能夠繞制出三相對稱電樞繞組。
[0012]有益效果:本發明提供了一種全新的定子永磁型場調制電機結構，與現有的轉子放置永磁體/定子放置電樞繞組的場調制型永磁電機相比，具有以下優點:
[0013]1.本發明的場調制電機采用定子永磁型結構，即永磁體和電樞繞組均置于定子偵牝結構更加牢靠，永磁體不存在脫落的風險，而且永磁體散熱容易；
[0014]2.相比轉子永磁型結構，本發明的定子永磁型場調制電機，轉子僅為由鐵心構成的凸極結構，轉子上既無永磁體也無繞組，結構非常簡單，機械可靠性高，轉子能夠承受高轉速旋轉；
[0015]3.由于工作原理的特殊性，本發明的定子永磁型場調制電機，電樞繞組設計均采用集中繞組形式，繞組繞制簡單，易于實現模塊化下線和定子模塊化加工，機械裝配更加方便。
[0016]本發明的定子永磁型場調制電機能夠獲得理想的運行性能，永磁體和電樞繞組均置于定子上，有利于提高轉子機械可靠性，同時便于永磁體的散熱，進而能夠提高電機的整體性能。
【附圖說明】
[0017]圖1為定子永磁型場調制電機截面結構。
[0018]圖中有:外殼1，定子2，定子鐵心21，定子永磁體22，定子齒23，電樞繞組24，氣隙3，轉子4，轉子鐵心41，轉子凸極42，轉軸5。圖中箭頭代表永磁體充磁方向。
【具體實施方式】
[0019]本發明提供了一種定子永磁型場調制電機，該電機由外至內包括同軸心排列的外殼1、定子2、氣隙3、轉子4和轉軸5，定子2通過燕尾槽固定在外殼I內部，定子2與轉子4之間設置氣隙3，轉子4固定在轉軸5外部；所述定子2包括若干沿圓周等距間隔排列的定子鐵心21、嵌入相鄰定子鐵心21之間的定子永磁體22、凸出于定子鐵心21內周的定子齒23、嵌入相鄰定子齒23之間的多相對稱電樞繞組24 ;所述轉子4包括與定子2同軸心的環形轉子鐵心41、若干凸出于轉子鐵心41外圍的轉子凸極42;所述外殼I為不導磁的環形部件，用于固定安裝定子2 ;所述定子齒23的個數Ns、電樞繞組24繞制的極對數Pw、轉子凸極42的個數隊滿足以下關系:NS= 2X (Nr-Pw)0
[0020]本發明中，定子永磁體22沿圓周切向充磁，且相鄰永磁體充磁方向相反。
[0021 ] 本發明中，定子齒23的個數應為3的倍數，以便能夠繞制出三相對稱電樞繞組。
[0022]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0023]參見圖1，本發明的定子2與轉子4之間設置氣隙3，以保證轉子能夠自由旋轉。
[0024]所述的定子2中定子鐵心21和定子永磁體22沿圓周方向交替排列，定子鐵心21內周上設置凸出的定子齒23，因此，定子齒23的個數與定子永磁體22的極數相等，電樞繞組24采用集中繞組形式繞制在定子齒23上。
[0025]所述的定子永磁體22由稀土釹鐵硼或其它永磁材料制成，定子永磁體22沿圓周切向充磁，且相鄰永磁體充磁方向相反。
[0026]本發明的轉子4由環形的轉子鐵心41和若干凸出于轉子鐵心41外圍的轉子凸極42構成，轉子凸極42能夠對定子磁場進行調制，為了獲得較好的磁場調制效果和較高的轉矩密度，實際應用中，轉子凸極極弧系數需要進行優化設計。
[0027]所述的定子鐵心21、定子齒23、轉子鐵心41、轉子凸極42由硅鋼疊片或其它導磁材料構成，與普通永磁同步電機的定、轉子鐵心制造工藝相同。
[0028]本發明的轉軸5與外部的動力輸入裝置或動力輸出裝置聯接，起到輸入或輸出動力的作用。因此，轉軸5可以是和轉子4單獨的部件，轉子4固定設置在轉軸5外圓周上；當然轉軸5也可以是和轉子4制成一體的部件，乃至于轉軸5可以在結構上視為轉子4的位于軸心的一部分。
[0029]所述的轉軸5由不銹鋼或其它非導磁材料構成，與普通永磁同步電機的轉軸制造工藝相同。
[0030]本發明的外殼I為由鋁或其它非導磁材料構成的環形部件，外殼I的內環處通過燕尾槽結構與定子鐵心21緊密連接，用以固定安裝定子2，外殼I與普通永磁同步電機的外殼制造工藝相同。
[0031]不同于普通的永磁同步電機，本發明的電機基于磁場調制原理工作，又不同于現有的轉子永磁型場調制電機，本發明的電機采用了定子永磁型結構，所以，本發明提出的定子永磁型場調制電機在理論分析、結構優化設計、參數計算等方面與現有的電機類型有著本質的區別。本發明的電機通過轉子凸極42和定子齒23引起的氣隙磁導變化對定子永磁體22產生的磁場進行調制，從而使得轉子磁場的磁極對數不再與定子永磁磁場極對數相同。此時，定子電樞繞組24繞制的極對數不再與定子永磁磁場極對數相同，而是與調制產生的極對數較少的轉子磁場極對數相同，即所述定子齒23的個數Ns、電樞繞組24繞制的極對數Pw、轉子凸極42的個數隊滿足以下關系:
[0032]Ns= 2 X (Nr-pw)(I)
[0033]參見圖1，所示電機的轉子凸極數為13，定子齒數(定子永磁體極數)為18，則電樞繞組繞制的極對數為4。
[0034]由于工作原理和結構的特殊性，本發明的電機定子齒上繞組磁鏈均為單極性磁鏈，所以電樞繞組24均采用集中繞組形式設計，該繞制方式進一步簡化了下線工藝，便于進行定子的模塊化加工。此外，為了能夠繞制出三相對稱電樞繞組，定子齒23的個數隊應滿足:
[0035]Ns= 3k(2)
[0036]其中，k為正整數。
[0037]本發明涉及的定子永磁型場調制電機將永磁體和電樞繞組置于定子側，具有轉子結構簡單，機械可靠性高、永磁體散熱容易、加工制作方便的特點。
[0038]以上所述僅為本發明的較佳實施方式，本發明的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本發明所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護范圍內。
【主權項】
1.一種定子永磁型場調制電機，其特征在于，該電機由外至內包括同軸心排列的外殼(I)、定子(2)、氣隙(3)、轉子(4)和轉軸(5)，定子(2)通過燕尾槽固定在外殼(I)內部，定子⑵與轉子⑷之間設置氣隙(3)，轉子(4)固定在轉軸(5)外部； 所述定子(2)包括若干沿圓周等距間隔排列的定子鐵心(21)、嵌入相鄰定子鐵心(21)之間的定子永磁體(22)、凸出于定子鐵心(21)內周的定子齒(23)、嵌入相鄰定子齒(23)之間的多相對稱電樞繞組(24)； 所述轉子⑷包括與定子⑵同軸心的環形轉子鐵心(41)、若干凸出于轉子鐵心(41)外圍的轉子凸極(42)； 所述外殼(I)為不導磁的環形部件，用于固定安裝定子(2); 所述定子齒(23)的個數Ns、電樞繞組(24)繞制的極對數Pw、轉子凸極(42)的個數隊滿足以下關系=Ns= 2 X (Nr-pw) ο2.根據權利要求1所述的定子永磁型場調制電機，其特征在于，定子永磁體(22)沿圓周切向充磁，且相鄰永磁體充磁方向相反。3.根據權利要求1所述的定子永磁型場調制電機，其特征在于，定子齒(23)的個數應為3的倍數，以便能夠繞制出三相對稱電樞繞組。
【專利摘要】本發明公開了一種定子永磁型場調制電機，該電機由外至內包括同軸心排列的外殼、定子、氣隙、轉子和轉軸，定子通過燕尾槽固定在外殼內部，定子與轉子之間設置氣隙，轉子固定在轉軸外部；所述定子包括若干沿圓周等距間隔排列的定子鐵心、嵌入相鄰定子鐵心之間的定子永磁體、凸出于定子鐵心內周的定子齒、嵌入相鄰定子齒之間的多相對稱電樞繞組；所述轉子包括環形轉子鐵心、若干凸出于轉子鐵心外圍的轉子凸極。本發明的電樞繞組和永磁體均置于定子側，利用轉子凸極引起的氣隙磁導變化對定子磁場調制，進而實現機電能量轉換，具有轉子結構簡單、機械可靠性高、永磁體散熱容易、加工制作方便的特點。
【IPC分類】H02K1/17, H02K1/24, H02K1/16, H02K1/14
【公開號】CN105071562
【申請號】CN201510612637
【發明人】李祥林, 王玉彬
【申請人】中國石油大學(華東)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年9月24日