一种气隙单极励磁磁势同步电机制造技术

本发明专利技术提供了一种气隙单极励磁磁势同步电机，由定子组件、转子或动子组件、机壳组件构成，在定子磁路上装有励磁元件，励磁磁源是径向励磁，励磁元件所形成的励磁磁场是同极性径向辐射磁场，径向励磁磁场的磁力线同一极性垂直于轴线方向辐射穿过电机气隙，定子铁芯外壳是导磁体。本发明专利技术具有力能指标优，适应多种工况，应用广泛的特点。

An Air Gap Single Pole Excitation Potential Synchronous Motor

The invention provides an air-gap unipolar excitation potential synchronous motor, which is composed of stator component, rotor or actuator component and chassis component. The excitation element is installed on the stator magnetic path. The excitation source is radial excitation. The excitation field formed by the excitation element is the same polar radial radiation field. The force line of the radial excitation field radiates through the motor gas in the same polarity perpendicular to the axis direction. The stator core shell is a magnet conducting body. The invention has the advantages of excellent force and energy index, adaptability to various working conditions and wide application.

【技术实现步骤摘要】
一种气隙单极励磁磁势同步电机
本专利技术属于机电领域，具体涉及同步电机。
技术介绍
当今在电机领域，高速化、低速化、高性能、低成本是人们努力的方向。同步电机，特别是永磁同步电机结构简单、体积小、损耗小、效率高，以及带励磁元件的同步电机既可做发电机也可做电动机使用等特点，使其得到了广泛的应用。交流同步电机和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷，无需直流电源。它和异步电机相比，由于不需要无功励磁电流，同步运行时无转差率，因而效率高，功率因数高。但它和异步电机相比也有成本高、起动困难等特点。1、普通转速同步电机现有普通转速同步电机，在工频情况下，常用的转速范围在750-3000转/分。无论发电机还是电动机其励磁元件一般都在转子上，气隙磁势是异极性的。也有些特种同步电机的励磁元件装在定子上，其励磁元件无论是径向还是切向安装，一般其气隙励磁磁势也是异极性的，对于径向磁化串联励磁绕组在定子铁芯上，励磁磁通回路是：A励磁磁势源→定子铁芯→气隙→转子铁芯→气隙→定子铁芯→B励磁磁势源→定子铁芯磁轭→A励磁磁势源回路上。每根励磁磁力线要经过气隙和励磁元件两次，磁势消耗较大或利用率较低。对此，1999年7月国防工业出版社出版的李钟明、刘卫国著的【稀土永磁电机】32-39页进行了论述。有一种同极性感应子特种电机，其励磁元件是安在定子两端盖内侧的凸缘上，可实现气隙磁势同极性，但它属于轴向励磁，轴向励磁占用轴向空间大，使电机轴向尺寸增长。同步电动机可以用来拖动功率较大，转速不要求调节的生产机械，或者要求恒定转速运行的负载。同步永磁电机结构简单，体积小，重量轻，效率高，功率因数高。但普通同步电机存在着起动困难，成本高等不足。2、高速同步电机高速电机一般指10000转/分以上的电机，主要应用于高速机床，空气循环制冷系统，储能飞轮，燃料电池，高速离心压缩机，高速破碎机，分布式燃气轮机高速发电系统等领域，有着广泛的应用前景。但在现有常用高速电机中普遍存在的难题：一是转子系统动力学问题，即转子旋转时，转子质量中心与回转中心的偏差消除问题；二是轴的支撑摩擦损耗问题；三是散热冷却问题等。对于不同原理和结构的高速电机还存在着不同的优缺点。（1）在现有永磁高速同步电动机方面，由于其功率密度高；效率高；功率因数高而得到广泛应用。但励磁永磁体都安装在转子上，在高速运行时，一是离心力极大，在超过一定转速时，很难承受离心力的作用。如果加保护套，又会出现增大气隙磁阻，降低电机性能问题。二是永磁体安装在转子上会增加转子的转动惯量，不利于电机的起动和运行。三是转子散热条件差，温度高，转子上的永磁体易出现退磁现象。也有些特种高速同步电机的励磁元件装在定子上，其励磁元件无论是径向还是切向安装，一般其气隙磁势也是异极性的；【水电能源科学】2008年8月第26卷第4期发表的“同性极式感应子电机电感计算”的文章中，表述了一种同极性高速感应子电机，其励磁元件是安在定子上，气隙磁势是同极性，但它采取的是轴向励磁。轴向励磁的缺点是电机轴向尺寸长，材料利用率低；当定子铁芯采用矽钢片叠置时，磁场沿定子矽钢片横向穿过，电磁损耗大。(2)在现有高速开关磁阻电动机方面，由于其转子结构简单；坚固耐用；效率居中；成本低廉以及耐高温等优点备受瞩目。但开关磁阻高速电动机也存在一些不足之处，一是由于这种电动机没有励磁磁场，其功率密度较低，效率较低。二是转矩波动和转子机械振动大。三是转子风摩耗大。四是需要精确的转子位置信号对转矩和电流进行控制，控制系统复杂。(3）在现有高速感应电动机方面，由于转子结构简单；功率密度居中，转子耐高温；成本低；实心转子可承受大的离心力等优点而得到应用。但存在转子损耗大，效率低；功率因数较低；实心转子涡流损耗大等问题。3、低速同步电机低速同步电机一般指在工频情况下，转速范围在几十转/分-几百转/分。由于可去掉减速箱实现直驱，因此，在许多需要低转速、大力矩的传动系统中得到应用。在许多领域，直线电机也要求是低速、大推力运行。螺旋电机，由于可实现双自由度运行，在需要低速、大扭矩时，低速螺旋电机可使传动和控制系统简化，节省空间，减少投资成本。（1）现有多极异步、多极同步电机可以实现一定的低速范围，但太低的速度由于受结构和工艺条件的限制，几乎无法实现。同时，极对数的增加，电机的利用程度也随着降低，体积和重量显著增加，力能指标变坏。（2）一般的直流电机，也有很好的调速特性和力能指标，但是在低速时往往出现力矩波动和转速波动问题，直流电机换向火花存在干扰问题，特别是需要直流电源，使得使用受到限制。（3）为了直接得到低速、大转矩，已研制出了低速同步电动机中，比较常见的有电磁减速（低速）电动机，滚切式电动机和谐波电动机。后面两种低速电动机力能指标很低、工艺相对复杂。在目前各种低速电动机中，使用比较广泛的是轴向励磁的减速电动机和反应式减速电动机，但反应式减速电动机的力能指标较低。1982年机械工业出版社出版，励鹤鸣、励庆孚编著的【电磁减速式电动机】第1-6页中进行了详细阐述。轴向励磁的低速电动机具有以下优点:1）没有高速转动和容易磨损的部件，对润滑要求很低，因此，运转平稳，噪声低，工作可靠，使用寿命长，不需维护，尤其适合某些特殊条件下使用；2）起动、反转以及不同负载时的输入电流变化不大，对电源要求低，可以在频繁的起动、停止和反转的条件下工作，长期堵转也不会烧坏；3）起动、停止和反转的时间非常短，一般在10-50毫秒以内，因此，可以作为伺服电动机使用；4）即使在定子绕组不通电的情况下，也能产生一定的自锁转矩；5）配以适当的脉冲电源可作为步进电动机（位置、角度等，构成廉价的开环伺服系统）使用；6）瞬时转速稳定度高；6）可多台电机在同一电源频率下准确同步运行；7）配用变频器可实现交流无级调速（恒转矩频带5赫兹-3/5/8倍工频，恒转矩速比达到100倍）；8）额定频率以下恒转矩运行，此时功率可变化；10）额定频率以上恒功率运行，此时转矩可变化；11）可通过调整功率、电流、转矩使设备更节能；12）可适用单相、多相电源等。轴向励磁的低速电动机也存在以下不足:1）相比普通永磁同步电机，由于轴向励磁低速电机采用的是转子或定子轴向励磁结构，使其轴向尺寸较长，同时造成轴向材料的有效利用率低，难以做成大功率低速电机。2）由于轴向励磁电机的转差率接近1，转子损耗大，以及电磁减速式电动机是基于利用气隙磁导分布不均匀作为工作原理，对磁通分布产生影响，会存在电枢反应附加单极反磁势，因此，在同样大小的励磁磁势条件下，轴向励磁电机的效率低于普通永磁同步电机。上述【电磁减速式电动机】第6-7页,23页，68-75页进行了相关说明。为了解决能够制造大功率电机问题，人们在一个端盖内侧的一个突缘或两个端盖的两个内侧突缘上装有环形的轴向励磁绕组或等效永磁体；这种电机，每根磁力线只经过励磁磁势源和主气隙一次，可以得到较大的转矩。但是，励磁磁通要经过端盖突缘和转子轴套之间的附加气隙，因此，要加大励磁磁势，同时轴向长度也要增加。尽管励磁绕组装在两端盖内侧端部的方式可以对气隙形成单极磁势，但仍属于轴向励磁。另一种方式是，将环形励磁元件装于两段定子铁芯之间，同时转子铁芯也分成两段，相互之间错移半个转子齿距。这种模式，每根磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气隙单极励磁磁势同步电机，由定子组件、转子或动子组件、机壳组件构成，定子组件与转子之间留有气隙，所述电机是电动机或发电机，所述电机是内转子电机或外转子电机，所述电机是同步磁阻电机或开关磁阻电机或感应子电机，所述电机是旋转电机或直线电机或步进电机或螺旋电机，所述直线电机是定子与动子是可以互换的电机，所述定子组件包括定子铁芯及其磁极、磁轭，定子主绕组、定子励磁元件，所述电机定子主绕组采用的是单相或多相交变电源，所述定子励磁元件是永磁体或电励磁绕组，励磁元件是由多个励磁单元拼组而成或由一个整体永磁励磁元件构成，所述转子组件包括转子铁芯及其磁极、磁轭和转子轴、轴承，所述机壳包括定子铁芯外壳、左端盖或上端盖、右端盖或下端盖，所述转子轴是由导磁体或非导磁体制成的空心轴或实心轴，其特征在于：所述在定子磁路上的励磁元件，其各励磁磁源的磁极的磁力线在对应于电机气隙的方向上是同极性径向励磁，各励磁元件所形成的励磁磁场是同极性径向辐射磁场，径向励磁磁场的磁力线同一极性垂直于电机轴线方向辐射穿过电机气隙，所述定子铁芯外壳是导磁体，励磁磁通经过定子铁芯外壳。

【技术特征摘要】
1.一种气隙单极励磁磁势同步电机，由定子组件、转子或动子组件、机壳组件构成，定子组件与转子之间留有气隙，所述电机是电动机或发电机，所述电机是内转子电机或外转子电机，所述电机是同步磁阻电机或开关磁阻电机或感应子电机，所述电机是旋转电机或直线电机或步进电机或螺旋电机，所述直线电机是定子与动子是可以互换的电机，所述定子组件包括定子铁芯及其磁极、磁轭，定子主绕组、定子励磁元件，所述电机定子主绕组采用的是单相或多相交变电源，所述定子励磁元件是永磁体或电励磁绕组，励磁元件是由多个励磁单元拼组而成或由一个整体永磁励磁元件构成，所述转子组件包括转子铁芯及其磁极、磁轭和转子轴、轴承，所述机壳包括定子铁芯外壳、左端盖或上端盖、右端盖或下端盖，所述转子轴是由导磁体或非导磁体制成的空心轴或实心轴，其特征在于：所述在定子磁路上的励磁元件，其各励磁磁源的磁极的磁力线在对应于电机气隙的方向上是同极性径向励磁，各励磁元件所形成的励磁磁场是同极性径向辐射磁场，径向励磁磁场的磁力线同一极性垂直于电机轴线方向辐射穿过电机气隙，所述定子铁芯外壳是导磁体，励磁磁通经过定子铁芯外壳。2.根据权利要求1所述的一种气隙单极励磁磁势同步电机，其特征在于：所述在定子磁路上装有的励磁元件，各励磁磁源的磁极的磁力线在对应于电机气隙的方向上是同极性径向励磁，是指各励磁元件安装在定子铁芯外壳内侧与定子铁芯磁轭之间的磁路上，各励磁元件产生的磁极的同一极性的磁场磁力线垂直于电机轴线方向辐射穿过电机气隙，定子铁芯外壳是导磁体，左右端盖或上下端盖是导磁体，励磁磁通经过定子铁芯外壳和两侧端盖，两侧端盖有一部分旋转截面面积与转子铁芯或导磁轴滑动接触配合，构成磁路的一部分。3.根据权利要求1所述的一种气隙单极励磁磁势同步电机，其特征在于：所述在定子磁路上装有的励磁元件，各励磁磁源的磁极的磁力线在对应于电机气隙的方向上是同极性径向励磁，是指各励磁元件安装在定子铁芯外壳两侧边端部与转子铁芯或导磁性轴之间的磁路上，各励磁元件产生的磁极的同一极性的磁场磁力线垂直于电机轴线方向辐射穿过电机气隙和导磁性轴隙，励磁元件的两个磁极端分别带有内、外极靴，定子铁芯外壳是导磁体，励磁磁通经过定子铁芯外壳，左右端盖或上下端盖是非导磁体，内极靴旋转截面与转子铁芯或导磁轴滑动接触配合，构成磁路的一部分。4.根据权利要求1、2、3所述的一种气隙单极励磁磁势同步电机，其特征在于：在励磁磁路的回路上，对应存在的空间间隙或气隙内填装有铁磁流体。5.根据权利要求1、2、3所述的一种气隙单极励磁磁势同步电机，其特征在于：所述电机是一种同步磁阻式电机，定、转子是凸极式或隐极式或混合式，转子磁极内装有鼠笼起动绕组。6.根据权利要求1、2、3所述的一种气隙单极励磁磁势同步电机，其特征在于：所述电机是一种开关磁阻式电机，定、转子是凸极式或隐极式或混合式，定子绕组接入交变开关电源。7.根据权利要求1、2、3所述的一种气隙单极励磁磁势同步电机，其特征在于：所述电机是一种电磁减速式电动机，定、转子是隐极式或混合式，定转子铁芯上都开有槽，并且定、转子开口槽数满足以下关系：转子开口槽数=定子开口槽数±定子绕组极对数，或转子开口槽数=定子开口槽数±气隙磁导波最大出现次数。8.根据权利要求7所述的一种气隙单极励磁磁势同步电机，其特征在于：在励磁磁路的回路上，对应存在的空间间隙或气隙内填装有铁磁流体，在存在的定子、转子齿槽或凹缺空间内用非导磁材料填充满。9.根据权利要求1、2、3所述的一种气隙单极励磁磁势同步电机，其特征在于：所述电机是一种直线电动机，所述直线电动机是单面或双面定子直线电动机。10.根据权利要求7所述的一种气隙单极励磁磁势同步电机，其特征在于：所述电机是一种直线电动机，所述直线电动机是单面或双面定子直线电动机。11.根据权利要求1、2、3所述的一种气隙单极励磁磁势同步电机，其特征在于：所述电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王政玉，王超颖，岑陈，张玉芹，
申请(专利权)人：王政玉，
类型：发明
国别省市：山东,37