一种永磁电机制造技术

本发明专利技术涉及一种永磁电机，包括：电机转子芯轴、永磁体、转子铁芯、定子铁芯、转子铁芯与定子铁芯之间形成的工作气隙、绕组、电机端盖、电机轴承、电机外壳和设置在转子铁芯上用于安装永磁体的槽，其中永磁电机在靠近转子铁芯的端部处安装有一对静止的导电性短路环。电机外壳的内壁设置有固定杆，导电性短路环利用螺栓通过安装孔安装在固定杆上。通过使用本发明专利技术的导电性短路环7，可以显著降低永磁电机的端部漏磁效应，进而提高了电机工作气隙中的有效磁场、提高永磁电机的电效率、大幅度降低永磁电机对环境的电磁辐射。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁电机
本专利技术涉及一种永磁电机，特别涉及一种能够抑制转子漏磁通危害的永磁电机。
技术介绍
基于电磁感应原理的电机包括电动机和发电机，前者是将电能转换为机械能的装置，而后者是将机械能转换成电能的装置。在电机中，为实现电能与机械能之间的转换，是通过在电机的定、转子间形成动态磁相互作用而达成。例如：在定子中输入三相交流电，即可在定子中形成一旋转动态磁场。该旋转磁场与转子中同时形成的交变磁场相互作用，即可驱动转子旋转。为实现转子中形成的交变磁场，就必须同时向转子绕组中输入所谓的励磁电流。对于永磁电机来说，所述转子的交变磁场可以通过N-S-N-...方式布置的永磁体来直接提供。这样一来，就节省了转子中励磁电流的消耗。所以永磁电机具有显著的节能特点。并且，由于永磁体具有恒定的磁势，在电能与机械能之间的转换效率方面，永磁电机比电励磁电机有更大的优势。另一方面，由于现代烧结Nd-Fe-B磁体具有很高的磁能密度，在相同功率下，与以载流绕组形成励磁磁场的常规电机相比，永磁电机还具有体积小、重量轻的优点。众所周知，电机是现代电气社会的“心脏”。今天，永磁电机已经广泛应用于各种工业和民用机械设备、风力发电、太阳能发电、汽车、和工业自动化设备、以及各种家用电器如空调、冰箱、洗衣机等领域，已成为国民经济与人们生活中不可或缺的一部分。适合于各种不同用途的永磁电机的种类繁多，通常分为旋转式永磁电机和直线式永磁电机两大类。其中，旋转式永磁电机应用最广。按永磁体在旋转式电机中的布置方式的不同又分为表贴式、内插式和盘式三种。附图1是通常的表贴式永磁电机的横剖面示意图，而附图2是通常的表贴式永磁电机的纵剖面示意图，其中，两对永磁体2按N-S极交错对称的方式安装在转子铁芯3的外表面上，与同轴设置的定子铁芯4形成磁回路并在定子与转子之间的气隙5中产生励磁磁场。在附图1中，用N表示永磁体的北极，S表示永磁体的南极。当永磁体2随同转子一起作旋转运动时，嵌装在定子铁芯4中的绕组6因切割磁力线而产生感应电动势，可对外输出电流。这样，施加于转子上的机械能便转换成了可由绕组6输出的电能，这就是永磁发电机的工作原理。反过来，若在绕组6中输入三相交流电，该电流会产生一旋转磁场，该旋转磁场与永磁体2相互作用，进而驱动转子旋转，对外输出机械力矩。换言之，施加于绕组6中的电能转换成了可由转子输出的机械能，这就是永磁电动机的工作原理。可见，永磁电动机与永磁发电机的工作原理皆是基于电磁感应原理，因此，在本专利技术以下的阐述中，只要说明了永磁电动机的工作原理也就同时说明了永磁发电机的工作原理。如无特别指明，本专利技术所述的永磁电机，既包括永磁电动机也包括永磁发电机。在附图1中，永磁体2安装在转子铁芯3的外表面上，通常称为表贴式永磁电机。由于转子处在定子的腔内，所以也称为内转子式永磁电机。显然，若将转子铁芯做成环形，将嵌装有绕组的定子同轴地设置于转子腔内，永磁体也可以安装在转子的内表面上；使用该种结构的电机称为外转子式永磁电机。目前，这样的外转子电机已经广泛应用于风力发电。很显然，外转子式永磁电机与内转子式永磁电机的工作原理相同。因此，在本专利技术以下的阐述中，只要说明了内转子式永磁电机的工作原理也就同时说明了外转子式永磁电机的工作原理，如无特别指明，本专利技术所述的永磁电机，既包括内转子式永磁电机也包括外转子式永磁电机。附图3是通常的内插式永磁电机的横剖面示意图，其中，转子铁芯3中开有平行于轴向的槽12，永磁体2安装在槽12内。槽12的侧向尺寸须比永磁体2的宽度略大，使得永磁体2的两个非极性面与槽12的两个侧面之间存在一定的间隙，以提高永磁体2的磁通利用效率。气隙5中的工作磁场同样是通过永磁体2与转子铁芯3、以及定子铁芯4所形成的磁回路所产生。显然，内插式永磁电机的工作原理与表贴式永磁电机的工作原理相同。因此，在本专利技术以下的阐述中，只要说明了表贴式永磁电机的工作原理也就同时说明了内插式永磁电机的工作原理。如无特别指明，本专利技术所述的永磁电机，既包括表贴式永磁电机也包括内插式永磁电机。一般永磁电机技术的端部漏磁是普遍存在的。漏磁率与永磁电机转子的径高比相关：转子的直径越大，轴长越短，漏磁率越大；反之转子的直径越小，轴向长度越长，漏磁率越小。根据永磁电机径高比的不同，漏磁率一般可达到5％～30％。显然，永磁电机的端部漏磁首先会导致电机效率的降低；其次，由于永磁电机转子的端部漏磁是随同转子一起旋转的，由电磁感应定律可知，作旋转运动的端部漏磁场会被电机的端盖、法兰等切割形成感应电流，产生明显的损耗发热，造成电机发热故障、增加维修维护成本；特别是，应用于矿山、食品、制药、化工等领域的环境敏感的大功率永磁电机，作旋转运动的端部漏磁场会形成对周围环境强烈的电磁辐射，容易引发火灾、乃至爆炸等安全事故。根据法拉第电磁感应定律：ε＝-dΦ/dt(1)式中ε表示感应电动势，Φ表示磁通量，t是时间。可见，磁通量的变化率越大，感应电动势越大。因而，电机的转速越大，所述的端部漏磁损耗也越大、端部漏磁对外形成的电磁辐射也越强。
技术实现思路
本专利技术人通过研究发现，若在定子端盖靠近转子处设置静止的导电性的短路环7，根据公式(1)可知，做旋转运动的转子其端部漏磁场会因扫过所述的静止的导电性的短路环7，而在导电性的短路环7中产生反向感应电流，该反向感应电流也就是涡流，具有抑制所述漏磁场穿越导电性的短路环7的作用，也就是说导电性的短路环7中产生了与转子漏磁场方向相反的感应磁场；并且，随着电机转子转速的增大，漏磁场的变化率越大，导电性的短路环7中所产生的反向感应磁场也随之增大，这样一来，所述漏磁通就会被挤回工作气隙。图5a是用有限元方法计算的永磁电机的端部漏磁通状态示意图，其中永磁电机端部存在较强的漏磁通力线13。图5b是设置了静止的导电性的短路环7后该永磁电机的端部漏磁通状态示意图，其中永磁电机端部的漏磁通13被显著抑制。由此可以清楚地看到，通过安装本专利技术的导电性的短路环7，端部漏磁效应得到了大幅度降低。这就显著提高了永磁电机工作气隙5中的有效磁场，使得电机获得更高的电效率，同时大幅减小了端部漏磁带来的诸多弊端效应。这样一来，永磁电机在额定功率相同的前提下，使用本专利技术的导电性短路环7，可以获得更高的输出效率，这意味着使用本专利技术的导电性短路环7，能起到节省电能的目的；尤其对于大功率永磁电机，使用本专利技术的导电性短路环7，不仅可以显著节约用电成本，还可以大幅提高其运行安全性，减少因漏磁损耗所产生的端部发热故障、降低维修维护成本。本专利技术的技术方案为：一种永磁电机，包括：电机转子芯轴1、永磁体2、转子铁芯3、定子铁芯4、转子铁芯与定子铁芯之间形成的工作气隙5、绕组6、电机端盖8、电机轴承9、电机外壳10和设置在转子铁芯上用于安装永磁体的槽12，其特征在于永磁电机在靠近转子铁芯的端部处安装有一对静止的导电性短路环7。电机外壳的内壁设置有固定杆16，导电性短路环7利用螺栓11通过安装孔15安装在固定杆16上。优选地，导电性短路环7的外径大于电机工作气隙5的外径，小于定子铁芯4的外径，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁电机，包括：电机转子芯轴(1)、永磁体(2)、转子铁芯(3)、定子铁芯(4)、转子铁芯与定子铁芯之间形成的工作气隙(5)、绕组(6)、电机端盖(8)、电机轴承(9)、电机外壳(10)和设置在所述转子铁芯(3)上用于安装所述永磁体(2)的槽(12)，其特征在于所述永磁电机在靠近所述转子铁芯(3)的端部处安装有一对静止的导电性短路环(7)，所述电机外壳(10)的内壁设置有的固定杆(16)，所述导电性短路环(7)利用螺栓(11)通过安装孔(15)安装在所述固定杆(16)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种永磁电机，包括：电机转子芯轴(1)、永磁体(2)、转子铁芯(3)、定子铁芯(4)、转子铁芯与定子铁芯之间形成的工作气隙(5)、绕组(6)、电机端盖(8)、电机轴承(9)、电机外壳(10)和设置在所述转子铁芯(3)上用于安装所述永磁体(2)的槽(12)，其特征在于所述永磁电机在靠近所述转子铁芯(3)的端部处安装有一对静止的导电性短路环(7)，所述电机外壳(10)的内壁设置有的固定杆(16)，所述导电性短路环(7)利用螺栓(11)通过安装孔(15)安装在所述固定杆(16)上。


2.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于：所述导电性短路环(7)的外径大于电机所述工作气隙(5)的外径，小于所述定子铁芯(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：何若冲，刘知然，
申请(专利权)人：何若冲，刘知然，
类型：发明
国别省市：北京;11