CN103051098A

CN103051098A - 多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机

Info

Publication number: CN103051098A
Application number: CN2013100228189A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Guangdong Zhaoqing Xgy Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Zhaoqing Xgy Technology Co Ltd
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明公开了一种多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机，是一种电负荷和磁负荷分成多单元独立通路，低齿槽转矩，具自容错性的磁通切換型电机。包括定子双永磁铁心凸极、齿顶弧面弧度削齿转子、三相多元电磁通路的电枢绕组等主要部分。三相电枢绕组的各相分成若干独立电磁通路，定子铁心凸极采用双永磁，加上转子齿顶弧面的弧度削齿方法，两者的协同作用最终使电机的齿槽转矩降为最低。该电机是一种具有功率密度高，高效节能，运转平滑，噪音低，自容错性强，功率可调，且当某一电枢绕组发生故障仍可继续运行的高可靠性，可作电动机亦可作发电机，全封闭结构，适宜高速、高温和恶劣环境以及水下使用，适用范围广的创新型电机。

Description

多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机

技术领域：

本发明涉及了一种“多元电/磁通路、低齿槽转矩的磁通切换型电机”，是一种电负荷和磁负荷分成多单元独立通路，低齿槽转矩，具自容错性的磁通切換型电机。包括定子双永磁铁心凸极、齿顶弧面弧度削齿转子、三相多元电磁通路的电枢绕组等主要部分。三相电枢绕组的各相分成若干独立电磁通路，定子铁心凸极采用双永磁，加上转子齿顶弧面的弧度削齿方法，两者的协同作用最终使电机的齿槽转矩降为最低。该电机是一种具有功率密度高，高效节能，运转平滑，噪音低，自容错性强，功率可调，且当某一电枢绕组发生故障仍可继续运行的高可靠性，可作电动机亦可作发电机，全封闭结构，适宜高速、高温和恶劣环境以及水下使用，适用范围广的全创新型电机。该电机中文简称为多元磁通切换电机，英文缩写为MFSPM。

背景技术：

随着社会的发展、能源的紧缺，各领域对电机的高性能、高效率、高可靠性等各方面提出了更高的需求，特别在航空航天、军事装备、海陆交通及一些重要的工矿设备，尤其急需具有高功率密度（体积小）、高效率（节能）、高可靠性（可带故障运行）、运行平稳（噪声低）、结构坚固、能耐受恶劣环境、适用范围广等综合性能好的新型电机。但传统的各类电机都很难完全适应这些条件的要求。目前较为先进的永磁类电机，包括“永磁无刷电机BLDC”、“永磁同步电机”PMSM、“无铁心永磁电机”等虽有较高的效率，但由于制造工艺和防护性等原因，一般都采用内转子永磁型结构（无铁心永磁电机则必需釆用转子永磁型结构，而且目前功率只局限于小、微型电机）。由于转子在运行时温升较高、散热条件差，加上高速旋转时产生的离心力，易使永磁件退磁或脱落，使用一段时间后容易造成电机性能逐渐下降，甚至不能使用。“开关磁阻SPM电机”具有结构简单，鲁棒性好，电/磁路独立性好，具容错性，转子没有永磁，也没有绕组，适应高速、高温运行，但亦存在齿槽转矩脉动大，噪声大，振动大，效率也低于永磁类电机，加上驱动控制***复杂、成本高等缺点，未能广泛推广应用。目前除了开关磁阻电机（但也存在上述的缺点），其他类型电机都会因某绕组发生很小的一点故障，电机即时不能继续运行的致命弊端，可靠性不理想，在一些有高可靠性要求的领域，甚至会酿成重大的安全事故，在军事上会延误战机。研制一种新型的、高功率密度、高效率、鲁棒性好、具有自容错的高可靠性、在恶劣环境具较强耐受性的节能、环保、坚固、耐用的新型电机，成为世界各国工程技术人员科研的热点和亟待突破的课题。我司工程技术人员综合分析各类电机的长、短处，尤其对永磁类电机和开关磁阻电机两类电机所具有的优点或潜在的可融性，对此进行分析、对比、借鉴、整合，研制发明一种结构、原理、技术特征全新的“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机”。本发明属自主原创性发明。

发明内容：

通过对现有的各类电机的各自结构、性能、特点的综合解析，尤其对永磁类、开关磁阻等较先进电机的深入剖析其各自具有的优点，或潜在的可融性，通过分析、对比、借鉴、整合、研制发明一种创新型的“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机”。发明内容如下。

“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机”的结构是由带散热肋的外壳、前/后端盖，前/后端盖O形密封圈、前端盖转轴密封组件、转轴、前/后轴承、弹簧垫圈、引出线孔密封组件、电枢绕组引出线、电流过载保险器、齿顶弧面削齿的转子、双永磁铁心凸极定子、三相多元电/磁通路电枢绕组等主要构成。

“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机”的齿顶弧面削齿的转子，技术特征是：由硅钢片按要求的尺寸、形状的冲片叠压而成，外圆周均布有偶数个凸齿，凸齿数量根据电机的相数、极数来确定，数量为偶数个，各个凸齿的齿顶弧面均经适度的弧度修削。

“多元电/磁通路、低齿槽转矩的磁通切换型电机”的双永磁铁心凸极定子，技术特征是：由硅钢片按要求的尺寸、形状的冲片叠压而成，此有两种方法：方法一，将硅钢片冲成整片后，叠压成一定的厚度而成；方法二，将定子铁心按凸极的数量分成同等份，先按要求的尺寸、形状冲片，再组装叠压成铁心轭部两端有凹凸定位的组件，再组装成整体定子铁心；定子的圆周內均布有偶数铁心凸极，数量是根椐电机的相数、极数来确定，数量为偶数个。

“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切換型电机” 的双永磁铁心凸极，技术特征是：各铁心凸极在沿定子轴向的二槽沟中，均分别各嵌入一片同极性永磁体，即每个凸极中嵌有2片永磁体，构成双永磁铁心凸极，与相邻铁心凸极嵌入的永磁体为异极性；再在定子铁心轭部以上的凸极周边，用玻纤绝缘带包覆、粘结、增强兼作绝缘层。

“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机”的三相多元电/磁通路电枢绕组，技术特征是：三相多元电/磁通路电枢绕组，分成A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组，各相序的电枢绕组各自嵌绕在定子圆周内按各相序、各单元电/磁路对应的铁心凸极；各相序的电枢绕组都被分成若干单元电/磁通路；同单元的电/磁通路电枢绕组，分别嵌绕在定子圆周内按电机的极数和电/磁路设计相对应的凸极，串联连接，构成一路独立的电/磁通路。以定子12极、转子10极电机为例：每相在定子中各占有4个铁心凸极，各自分布在定子圆周内相互成90度机械角对应的位置，每2个铁心凸极中的电枢绕组为一单元电/磁通路；如A相电枢绕组A1a-A1b为F1电/磁通路，A2a-A2b为F2电/磁通路；F1电/磁通路电枢绕组的A1a-A1b分别嵌绕在定子圆周内相互成90度机械角分布的铁心凸极，串联连接，构成F1电/磁通路；A2a-A2b嵌绕在定子圆周径向与F1通路绕组相对应的铁心凸极，串联连接，构成F2电/磁通路；F1、F2两路电/磁通路电枢绕组，各自经串接“过载电流保险器”后再并联连接，成为A相具有2单元电/磁通路的电枢绕组，余下B相电枢绕组和C相电枢绕组的嵌绕和连接方式与A相的电枢绕组相同。

附图说明：

共四张图，如下。

图1为多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机的径向截面原理图。

10	转轴	16	转子齿
				13	定子双永磁凸极铁心	17	永磁体
14	电枢绕组	22	过载电流保险器

图2为多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切換型电机的轴向结构剖面示意图。

1	外壳	10	转轴
				2	散热肋	11	前轴承
3	前端盖	12	后轴承
				4	后端盖	13	定子双永磁凸极铁心
5	O形密封圈	14	电枢绕组
				6	端盖加強肋	15	转子
7	弹簧垫圈	18	出线孔密封件
				8	转轴密封组件	19	引出线
9	防尘盖	22	过载电流保险器

图3为转子凸齿的齿顶弧面弧度削齿示意图（齿顶的虚线部份被削去）。

16

转子齿顶弧面弧度削齿

图4为定子铁心分成等份组件的冲片和双永磁铁心凸极组件用玻纤绝缘带包复粘结示意图。

20

定子铁心分成等份的冲片

21

双永磁铁心凸极玻纤绝缘包覆层

具体实施方式：

为实现上述的目的，本发明采取下列具体的技术实施方式。

多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机，包括带散热肋铝合金（或其他金属）外壳（1）、前端盖（3）、后端盖（4）、前/后端盖O形密封圈（4）、转轴（10）、前轴承（11）、后轴承（12）、弹簧垫圈（7）、前端盖转轴密封组件（8）、引出线密封组件（18）、过载电流保险器（22）、齿顶弧面削齿转子（15）、双永磁铁心凸极定子（13）、三相多元电/磁通道电枢绕组（14）等主要部份组成。如图2。

带散热肋的外壳和前/后端盖，是由铝合金材料或其它金属材枓，通过挤压或压铸或铸造成型后经机加工而成，前/后端盖的内侧端面都有加强肋；外壳与前/后端盖的圆周结合部位有O形密封圈，前端盖的轴孔与转轴之间有密封组件，后端盖的引出线孔有橡胶密封组件，上述的密封器材可根据需要选用耐高温、耐化学剂、耐油材料，防止泥、水及化学物质渗入电机内部；前端盖轴承室内有弹簧垫圈；转轴是根据电机用途的需要，选用不同牌号钢材机加工而成。如图2。

齿顶弧面削齿转子：是由硅钢片冲片叠装压成，外圆周均布有偶数个凸齿，数量是根据电机的相数、极数来确定，数量为偶数个，各个齿的齿顶弧面均作适度的弧面修削，这样能减少反电势各次谐波的份量，使反电势波形更加正弦，电磁转矩脉动能有效削减。如图3虚线部分被削去。

双永磁铁心凸极定子，是由硅钢片按要求的尺寸、形状的冲片叠压而成，此有两种方法：方法一，将硅钢片冲成整片后，叠装压成一定的厚度而成；方法二，将定子铁心按凸极的数量分成同等份，按要求的尺寸、形状冲片，叠装成轭部两端带凹凸定位的组件，再组装成整体定子铁心；定子的圆周內均布有偶数铁心凸极，数量是根椐电机的相数、极数来确定，数量为偶数个。

双永磁铁心凸极，各铁心凸极在沿定子轴向的二槽沟中均分别嵌入一片同极性永磁体，即每个凸极中嵌有2片永磁体，嵌入的永磁体可以是铁氧体永磁、或稀土钕铁硼永磁、或稀土钐钴永磁、或铝镍钴永磁，构成双永磁铁心凸极，与相邻铁心凸极嵌入的永磁体为异极性，这样的技术措施能协同转子的弧面弧度削齿方法，对削弱齿槽转矩脉动有相当良好的效果；再在定子铁心轭部以上的凸极周边，用玻纤绝缘带包覆粘结、增强兼作绝缘层。如图4。

三相多元电/磁通路电枢绕组，分别嵌绕在定子圆周內各相序、各自单元的电/磁路对应的凸极，方法是：先将同相序电枢绕组分成若干单元电/磁通路，再将同单元的电/磁通路电枢绕组分别嵌绕在定子圆周内按电/磁路设计相互对应的凸极，串联连接，构成一独立单元的电/磁通路；然后将同相的各单元电/磁通路电枢绕组，各自经串接过载电流保险器后并联连接，成为一相具有多单元电/磁通路绕组，例如：图1中的定子12极，转子10极的多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切換型电机，A相的A1a与A1b电枢绕组为F1单元电/磁通路，A2a与A2b电枢绕组为F2单元电/磁通路，F1单元电/磁通路电枢绕组的A1a和A1b分别嵌绕在定子铁心圆周内相互成90度机械角分布的凸极，串联连接，构成F1电/磁通路。A2 a和A2 b嵌绕在定子圆周径向与F1通路绕组相对应的凸极，串联连接，构成F2电/磁通路。F1、F2两路电/磁通路电枢绕組，各自经串接过载电流保险器后并联连接，成为A相具有2单元电/磁通路的电枢绕组。余下B相和C相的电磁通路电枢绕组的嵌绕和连接方法与A相电/磁通路电枢绕组相同，如图1。

过载电流保险器，与各电/磁通路电枢绕組的首端串联连接，再与同相的其他电/磁通路电枢绕组并联连接，构成一相具有多单元电/磁通路的电枢绕組，过载电流保险器安装在电机外壳后端的内壁，如图2。

上述虽然结合附图对本发明的结构原理、具体实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应该了解，本发明的实施举例并非对发明保护范围的限制，在不脱离本发明结构、原理和技术特征、实施方式范围的基础上，还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于本发明要求的保护范围之内。

本发明的有益效果：

多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机，是具有功率密度高，效率高，可靠性高，运转平稳，噪声低，可适用于高速、高温和恶劣环境使用，可根据需要设计成不同大小功率、相数、极数、转速的新型电机，既可用作电动机，亦可用作发电机，特别适用于有高可靠性要求的航空航天、军事装备、海陆交通工具、工矿重大装备等重要不同领域，应用范围广。

由于各电/磁路的独立性较好，若当某相的某电/磁通路电枢绕组发生故障时，基本不会影响其他非故障电/磁通路的电枢绕组正常工作。因此电机可带故障继续运行，具有高可靠性。

定子铁心凸极采用双永磁，这对齿槽转矩有很好的消弱效果，再加上转子齿顶弧面的弧度削齿方法，两者的协同作用，最终使电机的齿槽转矩降为最低，运转平滑、噪声低，电机效率也会因此提高。

永磁件装嵌在定子，散热条件好，不易因高温退磁，不会因电机转子高速运转时产生的离心力而脱落，这样也增加了电机的可靠性和使用寿命。

各电/磁通路电枢绕组均为集中绕组，端部短，制造工艺简单，节省电磁铜线，故障的检查、维修非常容易。

转子由硅钢片加工叠压而成，既无永磁体，也无绕组，结构简单、坚固，适宜高速、高温运转。

外壳、端盖的材料一般釆用铝合金（也可用其他金属材料），由于铝合金的导热率较高，容易将电机工作时的高温及时散去，同时比重轻，使电机的重量減少。

电机全密封设计，适用恶劣环境（泥水飞溅、尘土飞扬）及水下使用。

Claims

1.“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机”的结构是由带散热肋的外壳、前/后端盖、前/后端盖O形密封圈、转轴、前/后轴承、弹簧垫圈、前端盖转轴密封组件、引出线孔密封组件、过载电流保险器、三相电枢绕组引出电源线、齿顶弧面削齿的转子、双永磁铁心凸极定子、三相多元电/磁通路的电枢绕组等主要构成，技术特征是：带散热肋的外壳和前/后端盖，是由铝合金材料或其它金属材枓成型后经机加工而成，外壳与前/后端盖的圆周连接部位有O形密封圈，前端盖的轴孔与转轴之间有密封组件，前端盖轴承室内有弹簧垫圈，前/后端盖的内端面都有加强肋。

2.“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机”的齿顶弧面削齿的转子，技术特征是：由硅钢片按要求的尺寸、形状的冲片叠压而成，外圆周均布有偶数个凸齿，凸齿数量根据电机的相数、极数来确定，数量为偶数个，各个凸齿的齿顶弧面均经适度的弧度修削。

3.“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机”的双永磁铁心凸极定子，技术特征是：由硅钢片按要求的尺寸、形状的冲片叠压而成，此有两种方法：方法一，将硅钢片冲压成整片后，叠装压成一定的厚度而成；方法二，将定子铁心按凸极的数量分成同等份，按要求的尺寸、形状冲片，叠装成轭部两端带凹凸定位的组件，再组装成整体定子铁心；定子的圆周內均布有偶数个铁心凸极，数量是根椐电机的相数、极数来确定，数量为偶数个。

4.“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切換型电机” 的双永磁铁心凸极，技术特征是：各个铁心凸极在沿定子轴向的二槽沟中均分别嵌入一片同极性永磁体，即每个凸极中嵌有2片永磁体，嵌入的永磁体可以是铁氧体永磁、或稀土钕铁硼永磁、或稀土钐钴永磁、或铝镍钴永磁，构成双永磁铁心凸极，与相邻铁心凸极嵌入的永磁体为异极性；再在定子铁心轭部以上的凸极周边，用玻纤绝缘带包覆粘结、增强兼作绝缘层。

5.“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机”的三相多元电/磁通路电枢绕组，技术特征是：三相多元电/磁通路电枢绕组，分成A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组，它们各自分别嵌绕在定子圆周内按各相序、各自单元电/磁路对应的铁心凸极，各相的电枢绕组都被分成若干单元电/磁通路，同单元电/磁通路的电枢绕组，分别嵌绕在定子圆周内按电机的极数和电/磁通路设计所对应的铁心凸极，串联连接，构成一独立的电/磁通路。

6.“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机”在现有结构、原理、技术特征和具体实施方式基础上进行的各种变化和改进、延伸技术。

7.“多元电/磁通路、低齿槽转矩磁通切换型电机”中文简称为多元磁通切换电机，英文缩写为MFSPM。