CN105958676A - 一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机 - Google Patents

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Abstract

一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机，U形定子铁心由T形导磁桥连接成为一个整体，固定凸台位于T型导磁桥上；一个定子极由两个相邻的U形定子铁心单元的各一个齿和位于两者之间的一个T形导磁桥、两个固定凸台、以及与T形导磁桥相邻的两块永磁体组成；每个电枢线圈套装在一个定子极上，在空间相互垂直的4个电枢线圈首尾串联成为一相电枢绕组。本发明独特的导磁桥形状使得电机具有永磁漏磁自锁能力，降低了加工难度、提高定子拼装精度的同时，显著降低了永磁体漏磁的大小，且固定凸台使得电机可以避免永磁体沿径向移动的危险，提高了电机的可靠性。同时，导磁桥的存在提高了电机的q轴电感大小，进而有效提升了磁阻转矩的大小。

Description

一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种磁通切换型永磁电机。
背景技术
随着能源危机的不断加剧，采用永磁励磁取代电励磁以节省能源消耗已成为全世界的共识，同时，由于我国是世界上稀土资源最丰富的国家，开放研究和推广应用新型结构的稀土永磁电机，可以显著提高电机的效率和功率密度，具有重要的理论意义和使用价值，尤其是近年来出现的定子永磁型电机，由于永磁体和电枢绕组均位于定子上，使得该类型电机的转子上既无绕组也无电刷，导致电机结构非常坚固、紧凑，鲁棒性高，十分适合于高速运行。
磁通切换永磁电机作为定子永磁型电机的主要代表，具有感应电势正弦度高、效率高、功率密度高、结构坚固可靠、转矩出力大的优点，非常适合于低速大扭转、高速宽调速运行的应用场合，因此，磁通切换永磁电机具备十分广泛的应用潜力，在工业调速***、家用电器、电气传动等方面已展现出较强的竞争力，特别是在电动汽车领域，它所具备的高功率密度、转子可靠性能强等优势，更成为目前国内外的研究热点。
然而，目前所提出的磁通切换永磁电机，定子铁心均为分散结构，给电机的加工和拼装带来了较大困难，尤其是严重影响电机的拼装精度，削弱了电机的性能和可靠性；虽然将分散的定子铁心连接成为一个整体可以解决此问题，但是会引起永磁漏磁，使得永磁体利用率和转矩密度均有一定程度的下降；并且，永磁体均为长方体，且与定子铁心相接触的表面比较光滑，容易造成在其所在槽内滑动，不易固定，存在沿电机径向脱落的可能性，对电机的正常运行带来安全隐患。
发明内容
为了克服现有磁通切换永磁电机存在的上述问题，本发明提供了一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机，包括U形定子铁心单元1、T形导磁桥2、电枢线圈3、永磁体4和转子铁心6，U形定子铁心单元1由T形导磁桥2连接成为一个整体，U形定子铁心单元1和T形导磁桥2、组成定子铁心，两个相邻的U形定子铁心单元1的各一个齿和位于两者之间的一个T形导磁桥2以及与T形导磁桥2相邻的两块永磁体4组成一个定子极；位于相邻定子极上的永磁体4的充磁方向相反，与一个T形导磁桥2相邻的两块永磁体4的充磁方向相同，永磁体4均为切向充磁；电枢线圈3套装在一个定子极上，在空间相互垂直的4个电枢线圈3首尾串联成为一相电枢绕组。
所述T型导磁桥2上设有固定凸台5。
所述转子铁心6为直槽结构或者斜槽结构。
所述U形定子铁心单元1、T形导磁桥2、和转子铁心6为导磁材质。
所述永磁体4的永磁磁场为径向磁场、轴向磁场或者横向磁场中的一种磁场或其中两种磁场的组合。
所述电枢线圈3为集中绕组形式。
本发明的具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机，定子铁心成为一个整体，降低了加工难度、提高定子拼装精度和可靠性；独特的导磁桥形状使得电机具有永磁漏磁自锁能力，由于与T形导磁桥相接触的两块永磁体的充磁方向相同，因此永磁体在径向远心端的漏磁磁通的方向相反，进而形成漏磁自锁，在降低了加工难度、提高定子拼装精度的同时，显著降低了永磁体漏磁的大小，提高了永磁利用率和永磁转矩的大小；固定凸台使得电机可以避免永磁体沿径向移动的危险，提高了电机的可靠性；导磁桥的存在提高了电机的q轴电感大小，进而有效提升了磁阻转矩的大小；该电机转子上既没有绕组，又没有永磁体，结构紧凑、坚固可靠，转动惯量小且转子为一块整体，适合于高速运行；电枢绕组和永磁体都置于定子，易于散热，抗振动能力强，运行可靠。
附图说明
图1是本发明具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机结构图。
图中：U形定子铁心单元1、T形导磁桥2、电枢线圈3、永磁体4、固定凸台5、和转子铁心6、第一电枢线圈301、第二电枢线圈302、第三电枢线圈303、第四电枢线圈304、第五电枢线圈305、第六电枢线圈306、第七电枢线圈307、第八电枢线圈308、第九电枢线圈309、第十电枢线圈310、第十一电枢线圈311、第十二电枢线圈312。
具体实施方式
本发明的具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机结构如图1所示，该电机包括该电机包括U形定子铁心单元1、T形导磁桥2、电枢线圈3、永磁体4、固定凸台5和转子铁心6， U形定子铁心单元1由T形导磁桥2连接成为一个整体；固定凸台5位于T型导磁桥2上；U形定子铁心单元1、T形导磁桥2和固定凸台5组成定子铁心，定子铁心和转子铁心可根据需要设计成相配合成内转子结构或外转子结构；两个相邻的U形定子铁心单元1的各一个齿和位于两者之间的一个T形导磁桥2、位于导磁桥上的两个凸台6、以及与T形导磁桥相邻的两块永磁体4组成一个定子极；永磁体4均为切向充磁；位于相邻定子极上的永磁体4的充磁方向相反，与一个T形导磁桥2相邻的两块永磁体4的充磁方向相同；电枢线圈3为集中绕组形式，每个电枢线圈3套装在一个定子极上；在空间相互垂直的四个电枢线圈3首尾串联成为一相电枢绕组。
在上述结构中，第一电枢线圈301、第四电枢线圈304、第七电枢线圈307、第十电枢线圈310串联组成A相电枢绕组，第二电枢线圈302、第五电枢线圈305、第八电枢线圈308、第十一电枢线圈311串联组成B相电枢绕组，第三电枢线圈303、第六电枢线圈306、第九电枢线圈309、第十二电枢线圈312串联组成C相电枢绕组。
永磁体4永磁磁场和电励磁磁场为径向磁场、轴向磁场或者横向磁场中的一种磁场或其中两种磁场的组合；该电机的机械结构为旋转、直线、平面、立体中的一种或几种的组合形式。U形定子铁心单元和转子铁心6采用硅钢片冲片或者其它导磁材料压叠制成；永磁体4为钕铁硼或其它永磁材质。
该电机在结构与性能上保留了传统磁通切换电机紧凑、简单、鲁棒性好、适于高速运行、效率高、功率密度大的优势；在维持定子铁心成为一个整体的前提下，其独特的T形导磁桥2形状使得电机具有永磁漏磁自锁能力，因此在降低了加工难度、提高定子拼装精度的同时，显著降低了永磁体漏磁的大小，且固定凸台5使得电机可以避免永磁体沿径向移动的危险，提高了电机的可靠性。具体而言，由于与T形导磁桥2相接触的两块永磁体4的充磁方向相同，因此在永磁体的径向远心端的漏磁方向相反，进而形成漏磁自锁，显著降低了永磁漏磁的大小，提高了永磁利用率和永磁转矩的大小。该电机中，T形导磁桥的存在提高了电机的q轴电感大小，进而有效提升了磁阻转矩的大小。
该电机中，转子铁心6上既无永磁体也无绕组，为直槽结构或者斜槽结构；直槽结构的转子铁心可保证在采用集中式电枢线圈和转子铁心不斜槽的条件下，就可获得正弦度非常高的磁链、感应电势和电感等静态特性；如果对电机励磁磁链、感应电势和电感等静态特性的正弦度要求较高，亦可将直槽结构的转子斜槽一定角度以提高正弦性。
本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机，其特征在于：包括U形定子铁心单元（1）、T形导磁桥（2）、电枢线圈（3）、永磁体（4）和转子铁心（6），U形定子铁心单元（1）由T形导磁桥（2）连接成为一个整体，U形定子铁心单元（1）和T形导磁桥（2）、组成定子铁心，两个相邻的U形定子铁心单元（1）的各一个齿和位于两者之间的一个T形导磁桥（2）以及与T形导磁桥（2）相邻的两块永磁体（4）组成一个定子极；位于相邻定子极上的永磁体（4）的充磁方向相反，与一个T形导磁桥（2）相邻的两块永磁体（4）的充磁方向相同，永磁体（4）均为切向充磁；电枢线圈（3）套装在一个定子极上，在空间相互垂直的4个电枢线圈（3）首尾串联成为一相电枢绕组。
2.根据权利要求1所述的一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机，其特征在于：所述T型导磁桥（2）上设有固定凸台（5）。
3.根据权利要求1所述的一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机，其特征在于：所述转子铁心（6）为直槽结构或者斜槽结构。
4.根据权利要求1所述的一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机，其特征在于：所述U形定子铁心单元（1）、T形导磁桥（2）、和转子铁心（6）为导磁材质。
5.根据权利要求1所述的一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机，其特征在于：所述永磁体（4）的永磁磁场为径向磁场、轴向磁场或者横向磁场中的一种磁场或其中两种磁场的组合。
6.根据权利要求1所述的一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机，其特征在于：所述电枢线圈（3）为集中绕组形式。
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