專利名稱：低齒槽定位力矩的定子永磁型電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發(fā)電機制造技術，特別是涉及到一種 定子7Jc》茲型電才幾纟支術。
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(fā)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(xiàn)出加速發(fā)展的趨 勢。長期以來國內(nèi)外的研究熱點一直集中于以表面貼裝式、插入式和 內(nèi)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(chǎn)成一系列問題，集中體現(xiàn)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(chǎn)生 的離心力影響，通常需要制作輔助的永磁體固定裝置，并且永磁體處 于定子和轉子之間，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(nèi)部的內(nèi)嵌式結 構，會影響轉子的機械強度，并且需要輔助磁橋，同樣會增加制作工 藝；3.永磁體置于轉子不利于該類型電機的冷卻。此外，對轉子永磁 型電機而言，由于定子繞組產(chǎn)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(fā)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(nèi)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(xiàn)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 性的石茲通切纟灸7lOf茲電才幾和》茲通反向7JUt電才幾。
然而，由于定子永》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(fā)電和伺服驅動領域的應
用。另一方面，針對傳統(tǒng)轉子永》茲型電才幾減小定位力矩的方法都相對 比較復雜，實施起來比較困難，提高了電機的制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(nèi)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，采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于實施。該方法適用于永磁 體置于定子，轉子僅由導磁鐵芯組成的電機結構，即對目前已經(jīng)出現(xiàn) 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 制造成本，反而可以減小鐵芯材料。
本實用新型是這樣實現(xiàn)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，其特征在于在所述轉子 上開有輔助槽。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點
由于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于定子上，轉子僅為導磁鐵芯，所以 本發(fā)明的電機結構非常簡單而堅固，而且有利于改善該電機的冷卻條件；此外，由于采用了集中繞組方式，可以減小端部長度，盡可能地
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(yōu)點
1. 采用新型的定子永磁型結構，即將永磁體置于定子而取代傳統(tǒng)
的轉子永磁型，轉子部分為硅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復雜的加工工 斗■
乙；
2. 傳統(tǒng)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(yōu)化等都會對電機性 能產(chǎn)生一定程度的影響，且會增加電機的制造成本。而本實用新型提 出的轉子開輔助槽非常容易實施，工程應用上便于實現(xiàn)，并且通過對 所開輔助槽的尺寸進行優(yōu)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(chǎn)生影響；
3. 通過實施本實用新型技術改造后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(fā)電系統(tǒng)，可以減小起動風速，拓寬輸出功率的風速范 圍；而用其組成的伺服驅動系統(tǒng)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位于定子1的內(nèi)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。
由于定子槽為12，轉子齒為10，因此所產(chǎn)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 析后，發(fā)現(xiàn)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(yōu)化設計，優(yōu)化 目標為在盡量減小定位力矩的同時，盡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，且讓其在一定范圍內(nèi)變化，通過解析法和有限
元方法計算得到最優(yōu)的尺寸參數(shù)。
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 以采用硅鋼片沖片壓疊制成，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)，其特征在于在所述轉子(2)上開有輔助槽(5)。
2. 根據(jù)權利要求1所述低齒槽定位力矩的定子永磁型電機,其特 征在于所述的輔助槽(5)為兩個。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述低齒槽定位力矩的定子永磁型電機, 其特征在于所述輔助槽(5)的槽深和槽口寬度一致。
4. 根據(jù)權利要求1所述低齒槽定位力矩的定子永磁型電機，其特 征在于所述轉子(2)為內(nèi)轉子或外轉子結構。
5. 根據(jù)權利要求1所述低齒槽定位力矩的定子永磁型電機，其特 征在于所述轉子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(chǎn)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(yōu)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、適于高速運行的優(yōu)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，特別適合于定子永磁型電機，使得該類型電機在直驅式風力發(fā)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(yōu)先權日2009年2月27日
發(fā)明者唐震東, 張小媛, 環(huán)劍斌, 為 花, 蘇申科, 鄭自明 申請人:環(huán)一軍