绕组互补型转子永磁磁通切换电机制造技术

本发明专利技术公开了一种绕组互补型转子永磁磁通切换电机，包括定子铁心和转子模块；所述定子铁心与转子齿模块均为凸极结构；定子铁心上设置有电枢绕组和容错齿，所述电枢绕组为集中式绕组，采用半齿绕结构，相邻两个电枢绕组之间有容错齿；转子模块包括转子齿模块和轴，转子齿模块固定于轴上；转子齿模块包括表面永磁体、内置永磁体和若干组转子导磁齿。本发明专利技术的绕组采用互补型结构，有效抑制空载感应电势中高次谐波的产生，提高空载感应电势波形的正弦特性，在定子铁心中加入容错齿，改变主磁路结构，有效抑制定位力矩，减小输出转矩波动。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种绕组互补型转子永磁磁通切换电机，包括定子铁心和转子模块；所述定子铁心与转子齿模块均为凸极结构；定子铁心上设置有电枢绕组和容错齿，所述电枢绕组为集中式绕组，采用半齿绕结构，相邻两个电枢绕组之间有容错齿；转子模块包括转子齿模块和轴，转子齿模块固定于轴上；转子齿模块包括表面永磁体、内置永磁体和若干组转子导磁齿。本专利技术的绕组采用互补型结构，有效抑制空载感应电势中高次谐波的产生，提高空载感应电势波形的正弦特性，在定子铁心中加入容错齿，改变主磁路结构，有效抑制定位力矩，减小输出转矩波动。【专利说明】绕组互补型转子永磁磁通切换电机
本专利技术涉及电机领域，具体涉及绕组互补型转子永磁磁通切换电机。
技术介绍
传统的转子永磁型同步电机转子磁路结构一般分为表面式与内置式两种，电枢绕组布置方式一般分为集中式绕组或分布式绕组。采用集中式绕组能够有效减小端部绕组长度，降低铜耗，提高效率，但空载感应电势波形谐波含量较大，不易采用正弦波控制；采用分布式绕组空载感应电势正弦特性较好，但绕组端部较长，铜耗较大。 近年来受到广泛关注的定子永磁型磁通切换电机，其结构特点是永磁体与电枢绕组均位于定子侧，转子上既无永磁体也无电枢绕组，结构简单，适合高转速运行，且具有转矩密度高，输出功率大，在采用直槽转子的条件下反电势正弦特性好等优点。 但是，定子永磁型磁通切换电机的缺点在于永磁体用量较大，在定子侧永磁体漏磁严重,降低了永磁体的利用率；永磁体与电枢绕组均置于定子侧，导致永磁体与电枢绕组必然构成空间竞争关系，减小了电枢绕组的槽面积，影响电机输出功率密度；电枢磁场与永磁磁场共同作用，使定子铁心内的磁密过饱和，在影响转矩密度的同时产生较大铁耗，温升过高，引起永磁体退磁；此外，转子侧即无永磁体也无电枢绕组，仅由硅钢片构成凸极结构，降低了转子侧的空间利用率，影响了转矩密度与功率密度。 文件CN103219849A中，提出一种转子永磁型双凸极电机，其结构特点在于将永磁体置于转子侧，电枢绕组置于定子侧，有效的提高了电机转子侧与定子侧的空间利用率，具有较高的转矩密度和功率密度，且与传统转子永磁电机相比，空载感应电势更接近正弦。 但是，文件CN103219849A所提出的转子永磁型双凸极电机也有一些明显的缺点: (I)永磁磁链与空载感应电势正弦特性虽然优于传统转子永磁电机，但谐波含量依然较大，对输出转矩脉动以及交流调速系统产生影响； (2)转子结构采用U型导磁单元，使得转子铁心轭部中形成与主磁路并联的磁路，削弱了主磁通大小，在一定程度上减小了转矩密度与功率密度。 (3)在转子运动过程中，转子齿与线圈201的相对位置与转子齿和线圈204的相对位置相同，引起气隙中的磁场能量对定转子相对位置的导数相同，因此产生较大定位力矩。
技术实现思路
专利技术目的:为了现有转子永磁型同步电机空载感应电势谐波含量较大，端部绕组较长的缺点，以及定子永磁型磁通切换电机定子侧与转子侧空间利用率较低的不足，本专利技术提供一种绕组互补型转子永磁磁通切换电机，解决了现有技术的不足。 技术方案:绕组互补型转子永磁磁通切换电机，其特征在于，包括定子铁心和转子模块；所述定子铁心与转子齿模块均为凸极结构； 定子铁心上设置有电枢绕组和容错齿，所述电枢绕组为集中式绕组，采用半齿绕结构，相邻两个电枢绕组之间有容错齿； 转子模块包括转子齿模块和轴，转子齿模块固定于轴上；转子齿模块包括表面永磁体、内置永磁体和若干组转子导磁齿；每组转子导磁齿包括两个转子导磁齿，所述内置永磁体嵌入两个转子导磁齿之间；内置永磁体均采用切向充磁，且充磁方向一致；每组两个转子导磁齿表面均贴装一块表面永磁体，该两块表面永磁体米用径向充磁，充磁方向相反；表面永磁体在磁路上与内置永磁体构成串联结构。 进一步的，每相电枢绕组均包括四个线圈，分别为I号线圈、2号线圈、3号线圈和4号线圈；各相电枢绕组中I号线圈与3号线圈径向相对；2号线圈与4号线圈径向相对；1号线圈与2号线圈空间位置相差90° ;且各相电枢绕组之间空间位置相差60°。这样的结构使得三相空载感应电势相差120°。 进一步的，每相电枢绕组中I号线圈与2号线圈具有互补性，因此顺向串联，构成一个线圈组，两个线圈中匝链的永磁磁链相位相差180°且极性相反，能够抵消永磁磁链中的高次谐波，提高永磁磁链的正弦性，同理，3号线圈与4号线圈也顺向串联，构成第二个线圈组，两个线圈组依据工况顺向串联或并联，共同构成一相电枢绕组。 进一步的，容错齿位于相邻两个线圈之间；定子铁心包括定子铁心轭部和定子齿；定子铁心轭部、定子齿、容错齿、表面永磁体、内置永磁体与转子导磁齿共同构成主磁通闭合回路。定子铁心中设置有容错齿，为主磁通提供通路；由于容错齿的作用，互补的两个线圈所在的磁通回路中的磁场能量对定转子相对位置的导数正负相反，相互抵消，有效抑制了定位力矩，减小了运行过程中的转矩脉动。 进一步的，所述绕组互补型转子永磁磁通切换电机，其特征在于所述定子铁心为直槽结构，加工方便，工序简单。 进一步的，所述表面永磁体和内置永磁体均为钕铁硼、铁氧体、钐钴等永磁材料。 进一步的，定子铁心、转子导磁齿均为硅钢片等导磁材料；所述轴为高强度非导磁材料。 有益效果:本专利技术的绕组采用互补型结构，有效抑制空载感应电势中高次谐波的产生，提高空载感应电势波形的正弦特性，在定子铁心中加入容错齿，改变主磁路结构，有效抑制定位力矩，减小输出转矩波动。具体的，具有以下优点: (I)采用转子永磁型结构，将永磁体放置于转子侧，有效提高了定转子侧空间利用率，增大了电枢绕组槽面积，有效提高了转矩密度与功率密度。 (2)采用转子永磁型结构，将电枢绕组与永磁体分别放置于定转子侧，有效减小了定子与转子齿的磁饱和程度，降低了铁耗，提高了电机的运行效率和过载能力。 (3)本专利技术定子铁心与转子齿模块均为凸极结构，在电机工作过程中输出永磁转矩的同时，输出由于凸极效应产生的磁阻转矩，提高输出转矩密度。 (4)本专利技术定子电枢绕组采用集中式绕组半齿绕结构，与传统转子永磁同步电机采用分布式绕组结构相比，有效减小了端部绕组的长度，降低的端部电阻铜耗，提高了电机效率。 (5)本专利技术定子电枢绕组采用互补型结构，与文件CN103219849A中的电机结构相t匕，有效的抵消了单个线圈中偶次谐波对磁链的影响，优化了单相绕组内永磁磁链的正弦特性，进而减小了永磁磁链与空载感应电势谐波含量，抑制了输出转矩脉动。 (6)本专利技术定子铁心中设置有容错齿，为主磁通提供通路；由于容错齿的作用，互补的两个线圈所在的磁通回路中的磁场能量对定转子相对位置的导数正负相反，相互抵消，有效抑制了定位力矩，减小了运行过程中的转矩脉动。 (7)本专利技术转子导磁齿气隙侧表面永磁体径向充磁，可通过调节表面永磁体结构参数，优化转子极弧，改善永磁磁链正弦特性；内置永磁体与表面永磁体在磁路上构成串联结构，可通过优化内置永磁体与表面永磁体体积比，增加永磁磁链幅值，提高空载感应电势大小。 (8)本专利技术转子齿模块中，内置永磁体与表面永磁体产生的磁动势在磁路上构成串联结构，有效的提高了永磁体的抗去磁能力。 【专利附图】【附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
绕组互补型转子永磁磁通切换电机，其特征在于，包括定子铁心(1)和转子模块；所述定子铁心(1)与转子齿模块(4)均为凸极结构；定子铁心(1)上设置有电枢绕组(2)和容错齿(3)，所述电枢绕组(2)为集中式绕组，采用半齿绕结构，相邻两个电枢绕组(2)之间有容错齿(3)；转子模块包括转子齿模块(4)和轴(8)，转子齿模块(4)固定于轴(8)上；转子齿模块(4)包括表面永磁体(5)、内置永磁体(6)和若干组转子导磁齿(7)；每组转子导磁齿(7)包括两个转子导磁齿(7)，所述内置永磁体(6)嵌入两个转子导磁齿(7)之间；内置永磁体(6)均采用切向充磁，且充磁方向一致；每组两个转子导磁齿(7)表面均贴装一块表面永磁体(5)，该两块表面永磁体(5)采用径向充磁，充磁方向相反；表面永磁体(5)在磁路上与内置永磁体(6)构成串联结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：花为，苏鹏，张淦，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32