使齿槽转矩最小化的永磁铁旋转装置和利用其的永磁铁发电机及永磁铁电动机制造方法及图纸

本发明专利技术涉及使齿槽转矩最小化的永磁铁旋转装置和利用其的永磁铁发电机及电动机，更详细而言，不使用费用增加的以往用于减小齿槽转矩的多种方法，借助于单纯考虑极数与槽的组合及永磁铁的适宜排列，用于使包括电动机或发电机等使用的定子及转子而构成的永磁铁旋转装置的齿槽转矩实现最小化。通过本发明专利技术，使极数与槽数的组合及槽的齿下端宽和永磁铁与永磁铁之间的隔开距离相同，当应用适宜的绕线方法和间隔时，提供使齿槽转矩最小化的效果。

Permanent magnet rotating device that minimizes the cogging torque and the permanent magnet generator and permanent magnet motor using it

The present invention relates to a permanent magnet rotating device which minimizes the cogging torque and the permanent magnet generator and motor using it. In more detail, a variety of methods used to reduce the torque of the tooth slot in the past are not used, with the help of the combination of the poles and the grooves and the suitable arrangement of the permanent magnet to make the motor including the motor. The cogging torque of the permanent magnet rotating device is minimized by the stator and rotor used by the generator or the generator. Through the invention, the combination of the number of poles and the number of grooves and the width of the lower tooth end of the slot are the same as the distance between the permanent magnet and the permanent magnet, and the effect of minimizing the cogging torque is provided when the suitable winding method and interval are applied.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使齿槽转矩最小化的永磁铁旋转装置和利用其的永磁铁发电机及永磁铁电动机
本专利技术涉及使齿槽转矩最小化的永磁铁旋转装置和利用其的发电机及电动机，更详细而言，涉及一种不使用斜度和齿加工等费用增加的以往用于减小齿槽转矩的各种方法，借助于单纯考虑极数与槽的组合及永磁铁间的适宜排列以及相位角和波形而使得能够出现最大限度接近正弦波的波形的绕线方法，使齿槽转矩实现最小化的永磁铁旋转装置和利用其的永磁铁发电机与永磁铁电动机。
技术介绍
最近，为了减少作为地球变暖罪魁祸首的二氧化碳排放，在新再生能源领域进行了大量研究。特别是，如果是有风的地方便可以以较少费用安装发电机而获得电力的风力发电领域，正保持持续的成长趋势。迄今为止，在陆上大型风力发电方面，加装齿轮型感应电动机的风力发电机占据主导地位，但最近，随着海上风力发电市场快速成长，市场正在从维护费高昂的齿轮型同步发电机向加装了维护费少的无齿轮型永磁铁发电机的风力发电机转换。特别是在功率变动严重的小型风力发电中，大部分使用要求低RPM、高TORQUE的永磁铁发电机。可是，低RPM、高TORQUE的永磁铁发电机由于永磁铁的高磁通密度及铁芯与永磁铁间的磁场不均衡，具有齿槽转矩高、初始同步困难的缺点。因此，最近在小型风力发电机方面，为了使启动转矩和齿槽转矩实现最小化，即使在低风速下也能够启动叶片，去除了铁芯的无铁芯型AFPM(AxialFluxPermanentMagnet，轴向磁通永磁体)发电机或虽有铁芯但无槽的无槽型RFPM(RadialFluxPermanentMagnet，径向磁通永磁体)发电机的使用正在增加。但是，去除了铁芯的无铁芯型AFPM(AxialFluxPermanentMagnet)发电机或虽有铁芯但无槽的无槽型RFPM(RadialFluxPermanentMagnet)发电机，与有槽的RFPM(RadialFluxPermanentMagnet)发电机相比，具有磁通泄漏高、输出电压下降、效率减小的缺点。另外，由于结构复杂、永磁铁使用个数增加，因而成本上升，由于发电机本身的结构性问题，不易实现大容量化。有槽的RFPM(RadialFluxPermanentMagnet)发电机虽然具有结构简单、输出电压和效率高、可实现小型/轻量化的优点，但由于齿槽转矩大，因而存在初始启动困难、即使在额定运转时也发生振动的缺点。最近，为了将有槽的RFPM发电机用于风力发电机，进行了将BLDC电动机技术应用于RFPM发电机而使齿槽转矩最小化的作业，但大部分为高RPM用，因而存在需象同步发电机一样使用增速齿轮的问题。齿槽转矩可以定义为在由转子永磁铁和定子铁芯、气隙构成的磁路中，因试图向磁阻最小方向维持的倾向而发生的脉动转矩，一般而言，在永磁铁发电机或永磁铁电动机中，可以称为转子进行驱动时因磁场不均衡而发生的转矩最大值与最小值的差异值。最近，在电动机领域，随着利用永磁铁的超级优质电动机的需求的增加，提出了用于减小成为振动和噪声主要原因的齿槽转矩的多样方法，如果整理迄今用作减小齿槽转矩所需方法的方法，则有增加气隙长度、增加槽数和极数、使用辅助槽、变化定子齿的形状、定子或电枢的倾斜(skew)、使用分数槽或极、减小槽开口幅、变化磁铁形状、变化磁极的磁化、使用低磁通密度的磁铁、弧分数(ArcFraction)等。可是，用于减小齿槽转矩的所述方法成为了减小永磁铁电动机和永磁铁发电机的功率和效率或增加制造成本的主要原因。因此，开发在使功率与效率减小实现最小化的同时不使制造成本增加的齿槽转矩减小方法，成为了迫切的课题。
技术实现思路
(要解决的问题)本专利技术正是鉴于如上所述的以往技术问题而研发的，本专利技术目的是提供一种永磁铁旋转装置，通过使用能够改善极数与槽数的组合及插入于转子的永磁铁间的隔开距离并出现最大限度接近正弦波的波形的绕线方法，适宜地设计线圈截面积和线圈匝数(绕组)，从而在使功率和效率实现最大化的同时，不增加制造成本地使齿槽转矩实现最小化，飞跃性地减小振动和噪声。本专利技术另一目的在于，使齿槽转矩导致的初始启动转矩减小，使永磁铁电动机的初始启动更容易，从而体现LSPM(Line-StartPermanentMagnet，异步启动永磁体)同步电动机。(解决问题的手段)为了达成本专利技术要解决的课题，本专利技术的使齿槽转矩最小化的永磁铁旋转装置作为永磁铁旋转装置，其特征在于，包括：轴110；转子200，在其中央结合有轴，按既定间隔形成有多个永磁铁210；定子铁芯部300，其按既定间隔形成有多个槽310，供线圈绕线于各个槽中；且为了使齿槽转矩最小化，永磁铁的极数和槽的个数根据下述计算式1确定；转子200的永磁铁210与永磁铁210之间的隔开距离a形成得达到所述定子铁芯部300的齿下端宽b的70％～130％；所述定子铁芯部300的绕线是各相的线圈中两个线圈接连绕线的部分按180°相向排列，各相的线圈中两个线圈接连绕线的部分在各相间，按60°角度距离均一排列，线圈间隔达到5的绕线；绕线的线圈的每1mm2截面积额定电流为6A；绕线的匝数根据下述计算式2决定。[计算式1]P＝S/3-2(P：极数、S：槽数)[计算式2]匝数(绕组)＝{额定电压(Vac)×K}/{旋转角速度(rad/s)×磁通密度(T)}/槽数(S)/定子铁芯层叠长度(mm)(以上K为常数，是0.84～1.56范围的值)(专利技术的效果)具备本专利技术的使齿槽转矩最小化的永磁铁旋转装置的发电机和电动机由于启动转矩非常低，因而提供以较小的力便可启动的效果。因此，当将本专利技术的发电机加装于风力发电机时，可以将启动风速降低到1m/s以下，当应用于永磁铁电动机时，即使在高速下，也可以使齿槽转矩和转矩波动最小化，能够体现即使不使用驱动器或逆变器也可以启动及运转的LSPM同步电动机。另外，本专利技术提出的根据极数与槽数的组合及磁铁间隔开距离与齿(Teeth)下端宽的比率而开发的永磁铁旋转装置，由于永磁铁和槽无倾斜地排列成一直线，因而提供即使不减小发电机或电动机的功率和效率，也能够使齿槽转矩最小化的效果。另外，由于不需要斜度和齿加工等追加加工，因而提供可以在制造成本不上升的情况下使齿槽转矩最小化的效果。另外，由于可以与气隙和磁通密度无关地使齿槽转矩最小化，因而可以使用厚的永磁铁或使气隙最小化，提供与以往的永磁铁电动机或发电机相比可以实现小型、轻量化的效果。附图说明图1是概略地显示本专利技术实施例的使齿槽转矩最小化的永磁铁旋转装置的剖面图。图2是显示本专利技术一个实施例的使齿槽转矩最小化的永磁铁旋转装置的齿下端宽和永磁铁与永磁铁之间的隔开距离的示例图。图3是显示以往的3相绕线方法的示例图。图4是显示本专利技术一个实施例的使齿槽转矩最小化的永磁铁旋转装置的绕线方法的示例图。图5显示本专利技术一个实施例的根据三相绕线法而绕线的各相线圈中两个线圈接连绕线的部分按180度相向的示例的示例图。图6是显示本专利技术的线圈间隔的示例图。(附图标记说明)110：轴200：转子210：永磁铁300：定子铁芯部310：槽320：齿a：永磁铁与永磁铁之间的隔开距离b：槽下端齿宽c：转子与槽之间的气隙具体实施方式下面参照附图及具体实施例，对本专利技术进行详细说明。如图1所示，本专利技术的使齿槽转矩最小化的永磁铁旋转装置和利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使齿槽转矩最小化的旋转装置，作为永磁铁旋转装置，其特征在于，包括：轴(110)；转子(200)，在其中央结合有轴，按既定间隔形成有多个永磁铁(210)；定子铁芯部(300)，其按既定间隔形成有多个槽(310)，供线圈绕线于各个槽中；且为了使齿槽转矩最小化，永磁铁的极数和槽的个数根据下述计算式1确定；转子(200)的永磁铁(210)与永磁铁(210)之间的隔开距离(a)形成得达到所述定子铁芯部(300)的齿下端宽(b)的70％～130％；所述定子铁芯部(300)的绕线是各相的线圈中两个线圈接连绕线的部分按180°相向排列，各相的线圈中两个线圈接连绕线的部分在各相间，按60°角度距离均一排列，线圈间隔达到5的绕线；绕线的线圈的每1mm2截面积额定电流为6A；绕线的匝数根据下述计算式2决定。[计算式1]P＝S/3‑2(P：极数、S：槽数)[计算式2]匝数(绕组)＝{额定电压(Vac)×K}/{旋转角速度(rad/s)×磁通密度(T)}/槽数(S)/定子铁芯层叠长度(mm)(以上K为常数，是0.84～1.56范围的值)

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.14 KR 10-2016-00049181.一种使齿槽转矩最小化的旋转装置，作为永磁铁旋转装置，其特征在于，包括：轴(110)；转子(200)，在其中央结合有轴，按既定间隔形成有多个永磁铁(210)；定子铁芯部(300)，其按既定间隔形成有多个槽(310)，供线圈绕线于各个槽中；且为了使齿槽转矩最小化，永磁铁的极数和槽的个数根据下述计算式1确定；转子(200)的永磁铁(210)与永磁铁(210)之间的隔开距离(a)形成得达到所述定子铁芯部(300)的齿下端宽(b)的70％～130％；所述定子铁芯部(300)的绕线是各相的线圈中两个线圈接连绕线的部分按180°相向排列，各相的线圈中两个线圈接连绕线的部分在各相间，按60°角度距离均一排列，线圈间隔达到5的绕线；...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢淳昶，
申请(专利权)人：卢淳昶，
类型：发明
国别省市：韩国,KR