CN101197510A - 单凸极永磁贴片偏磁电机方案 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，其特征是转子保留普通磁阻电机常用的凸极结构；定子铁芯沿气隙表面圆周方向依次粘贴满永磁体。类似于把普通永磁电机的转子改成磁阻转子，并把永磁体从转子搬到定子上去，构成一种新型电机。本发明参考了普通永磁电机的磁钢表面粘贴技术，接合主回路与齿槽偏磁式磁阻电机的偏磁原理，具有技术先进与工艺性好的特点。由于转子上不粘磁钢，该新型电机更适用于高速运转场合。与驱动控制电路配合，构成的开关偏磁调速电机***，具有宽广的调速范围和较高的性价比。

Description

单凸极永磁贴片偏磁电机方案

技术领域：

本发明属于机电领域，特别涉及一种偏磁式磁阻电机的改进，尤其是一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案。

背景技术：

磁阻电机与普通电机结构基本相同，也包括有定子、转子和支承壳体，而区别在于磁阻电机的转子通常是不带磁的，利用安装在定子磁极上的激励绕组产生磁场，对凸极转子产生吸力，驱动转子转动。

偏磁式磁阻电机在定子上下功夫，把驱动电流中的直流成份从中剥离，单独采用永磁或励磁方法替代，称作横向偏磁，有效地降低了视在驱动功率，降低了驱动电路成本并使之与其它电机驱动电路相兼容，给磁阻电机的广泛应用创造了一个有利条件。但该种电机的单位体积力矩比磁钢装在转子上的永磁电机较小。

齿槽偏磁式磁阻电机，在磁阻电机转子或定子齿槽中嵌入反向偏磁永磁体，称作纵向偏磁，能达到消除磁阻电机漏磁的目的，大大提高磁阻电机的各项性能及单位体积力矩。该种电机在比功率、比力矩方面与常规永磁电机相比已毫不逊色，但工艺性还是不够满意。

近几年获得大批应用的普通永磁电机，其永磁体的表面粘贴技术已相当成熟，其永磁材料的价格不断下降，性能大幅提高，但永磁体粘在转子表面，不采用费用高昂的特殊加固措施就无法在高速运转场合使用。

发明内容：

本发明是结合偏磁电机、齿槽偏磁电机磁路设计优势，采用永磁电机磁钢粘贴工艺技术，目的是发明一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案。该发明由于磁钢粘贴在定子上，工艺较简单；转子保留磁阻电机凸极结构，牢固可靠，适合各种速度运行。

本实用发明方案是这样实现的：

一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，由定子、转子、磁钢、轴、轴承、支承壳体构成，其特征是：转子保留普通磁阻电机常用的凸极结构；定子铁芯沿气隙表面圆周方向依次粘贴满永磁体，永磁体充磁极性方向垂直于气隙表面，相邻永磁体的间隙小于其间距的百分之三十，至少部分永磁体的间隙后边的铁芯内，紧接着设置有容线槽，每两个线槽间形成一个定子磁极。

一般磁阻电机定子齿槽宽度高达齿距的60％以上，称为凸极结构，加上转子也采用凸极，合起来叫双凸极电机结构。本发明用永磁体作为定子极齿，取其槽宽小于齿距的30％，相当于在原来每个齿槽的位置上都加了一新齿，形成隐极定子；只有转子还保留凸极，电机因此称为单凸极结构。采用单凸极结构比通常的双凸极结构，能成倍提高电机的力矩密度，成倍降低力矩脉动，但也可能使漏磁也数倍增加；本发明的磁钢在定子气隙面的这种布列方式，利用永磁体本身既能产生磁动势又几乎不导磁的特性，才消除了漏磁，使其力矩不会被可能更大倍数增加的漏磁所削弱。

所述的一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，其特征是：至少有一对充磁极性相反的永磁体粘贴在定子铁芯的每一个磁极上，相邻磁极间有线槽，整个气隙表面每相邻两片永磁体充磁极性方向都相反，每个磁极上相邻两片永磁体间隙相同。

所述的一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，其特征是：其定子铁芯，至少有一对充磁极性相反的永磁体组粘贴在定子铁芯的每一个磁极上，组内永磁体排列间距相同，相邻磁极间有线槽，整个气隙表面隔槽相邻的两组永磁体充磁极性方向相反，每个磁极上相邻两组永磁体间隙相同。

这种设计有利于采用多片小矩型磁钢来替代一片大的瓦形磁钢，能简化永磁体切割工艺，提高永磁材料利用率，降低成本。

所述的一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，其特征是：至少一片永磁体沾贴在定子铁芯的每一个磁极上，每一磁极上的永磁体数相等，同一磁极上充磁极性方向相同，相邻磁极间有线槽，隔槽相邻两磁极上的永磁体充磁极性方向相反。

上述每个磁极摆放至少一对永磁体的方案与每个磁极摆放至少一片永磁体的方案相比，前者较适合于设计集中式绕组，后者线槽多，更适合设计分布式绕组，使电机设计更加灵活、方便。

所述的一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，其特征是定子铁芯每个磁极上永磁体同一极性，相邻永磁体间密布排列。这也是用多片小磁钢替代一片大磁钢的典型做法。

所述的一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，其特征是转子齿数、定子永磁体对数之差，等于定子磁钢对数除以相数所得之商的一半。

所述的一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，其特征是转子齿数、定子铁芯磁极对数之差，等于定子每相的磁极对数。

从以上描述可以看出：在转子齿数不变的条件下，本发明由于定子有效齿数的成倍增加，电机的低速力矩脉动也大幅减小。

本实用新型结构独特，设计的单凸极永磁贴片偏磁电机方案设计合理，利用了常规永磁电机的贴片技术，既具有永磁偏磁磁阻电机的效果，又相当于部分齿槽中嵌设入永磁体，即齿槽偏磁的结构，达到消除磁阻电机漏磁的目的，还使电机制造的工艺改善。

偏磁电机采用永磁体贴片工艺比其他方案，能降低形状加工难度、尺寸精度、相互位置精度等相关技术要求，可以直接粘贴充好磁的永磁体，完全解决定子整体充磁的各种难题，单凸极贴片结构还能增加反电动势、减小绕组电感，使之更有利于驱动控制。

附图说明：

下面结合具体图例对本发明做进一步说明：

图1单凸极永磁贴片偏磁三相六极五齿电机示意图

图2单凸极永磁贴片偏磁三相十二极五齿电机示意图

图3单凸极永磁贴片偏磁三相十二极四齿电机示意图

其中

1-定子铁芯    11-定子磁极    12-容线槽

2-转子铁芯    3-壳体         4-永磁体

具体实施方式：

以下通过具体实例描述单凸极永磁贴片偏磁电机的设计方案。

实施例一：单凸极永磁贴片偏磁三相六极五齿电机

参照图1，图中(1)为定子铁芯，(11)为定子磁极，(12)为容线槽，(2)为转子，(3)为外壳，(4)为永磁体。

所示定子铁芯上有6个磁极，每个磁极上粘贴一对永磁体，每相邻永磁体充磁极性全部相反，每片永磁体在圆周上均匀排列。为保证永磁体粘贴位置准确，在每个磁极中间设计了一小凸台。定子绕组可采用单跨集中式，也可采用多跨的分布式绕法。

图1转子保留传统磁阻电机的凸极结构，转子齿数Z等于定子永磁体对数6，减去每相定子永磁体对数的一半为1，等于5。转子齿数也可以取6加1等于7齿。本例中定子每个磁极上永磁体对数为1，刚好磁极数也等于6，与定子永磁体对数相等。如果定子还取6磁极，每个磁极上粘两对永磁体，定子永磁体对数为12，此时转子齿数为10或14齿。

在本实施例的基楚上，改变定子磁极数与转子数后，同样适用于其它相数电机。如5相电机定子可设计为10个磁极，每极一对永磁体，转子齿数Z为：Z＝10-1＝9(齿)，或Z＝10+1＝11(齿)。

实施例二：单凸极永磁贴片偏磁三相十二极五齿电机

参照图2，图示为单凸极永磁贴片偏磁三相十二极五齿电机的示意图，图中引出标记与实施例一相同。

图2电机定子铁芯共有12个磁极，每个磁极上只粘贴一片永磁体，相邻永磁体充磁极性相反；转子5齿。与实施例的图1相比，图2仅是在图1基础上，保留永磁***置不变，把每个磁极都一分为二，中间多开了一个容线槽。图2中的磁极分布与图1基本上是一致的，多了一倍容线槽后，使得布线更加灵活，有利于采用跨距较小的集中式绕组，更有利于分布式绕组的设计。由于每个容线槽的减小，可能将同机座号电机的转子直径加大，获得更高功率密度。

虽然此处以三相电机为例，若改变定子磁极数和转子齿数，能很方便地设计成其它相数电机。例如某两相电机，将定子磁极数设计为16极，此时转子齿数Z为：Z＝16/2-4/2＝6(齿)，或：Z＝16/2+4/2＝10(齿)。

实施例三：单凸极永磁贴片偏磁三相十二极四齿电机

参照图3，图中所示三相电机定子12个磁极，每个磁极上贴一片永磁体；转子4齿。从机械结构上看，该例与图2的定子是一样的，仅是磁极的相序排列不同。图2每相的4个磁极的排列是：每两个相邻的磁极形成一组，两组对面排列；图3每相的4个磁极则是：每个磁极各占一角，均匀分布。图3这种磁极排列，使得转子的齿数计算方法不同，其转子齿数与磁极对数之差等于每相的磁极对数。本例中转子齿数Z等于定子磁极对数6减去每相的磁极对数2等于4齿。该例与图2相比，相对磁轭尺寸可取较小值，静态的定位力矩较大，停电后磁滞刹车速度较快，有其特色。

如果用偏磁电机原理来解释图2与图3两种方案，前一种属于“极偶反接式”磁极分布，每相通电时磁通增加的磁极与磁通减小的磁极成对产生，各相间联接方式较灵活；后一种属于“星角联接式”磁极分布，每相通电时每个磁极都增加或都减少磁通，产生的磁通增量须跟其它相才能平衡得过来，各相间最好采用星形联接，每次两相以上同时通电。

Claims (6)

1.一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，由定子、转子、磁钢、轴、轴承、支承壳体构成，其特征是：转子保留普通磁阻电机常用的凸极结构；定子铁芯沿气隙表面圆周方向依次粘贴满永磁体，永磁体充磁极性方向垂直于气隙表面，相邻永磁体的间隙小于其间距的百分之三十，至少部分永磁体的间隙后边的铁芯内，紧接着设置有容线槽，每两个线槽间形成一个定子磁极。

2.根据权利要求1所述的一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，其特征是：其定子铁芯，至少有一对充磁极性相反的永磁体粘贴在每一个磁极上，相邻磁极间有线槽，整个气隙表面每相邻两片永磁体充磁极性方向都相反，每个磁极上相邻两片永磁体间隙相同。

3.根据权利要求1所述的一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，其特征是：其定子铁芯，至少有一对充磁极性相反的永磁体组粘贴在定子铁芯的每一个磁极上，组内永磁体排列间距相同，相邻磁极间有线槽，整个气隙表面隔槽相邻的两组永磁体充磁极性方向相反，每个磁极上相邻两组永磁体间隙相同。

4.根据权利要求1所述的一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，其特征是至少一片永磁体沾贴在定子铁芯的每一个磁极上，每一磁极上的永磁体数相同，同一磁极上的永磁体充磁极性方向相同，相邻磁极间有线槽，隔槽相邻两磁极上的永磁体充磁极性方向相反。

5.根据权利要求2、3、4、所述的一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，其特征是转子齿数、定子永磁体的对数之差，等于定子永磁体的对数除以相数所得之商的一半。

6.根据权利要求4所述的一种单凸极永磁贴片偏磁电机方案，其特征是转子齿数、定子铁芯磁极对数之差，等于定子每相的磁极对数。

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