具有永磁体的磁阻型旋转电机制造技术

一种磁阻型旋转电机，包括：具有布置在其内圆周上的电枢绕组２的定子１，及具有沿周向方向的磁性不均衡，并被布置成抵消从相邻磁极之间通过的电枢绕组磁通的多个永磁体６的转子３。每个永磁体６沿着一个方向被磁化，该方向不同于使转子的磁化容易的方向；在转子３的磁极与间极之间形成磁性部分７。由于磁性部分７的提供，当电枢绕组不被激励时，３０％以上的永磁体磁通量分布在转子３中。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种装有永磁体的磁阻型旋转电机，该电机紧致小巧，具有大的功率输出，并且由于采用了新的磁极结构，能够以各种速度旋转。如附图说明图1所示，较早的磁阻型旋转电机包括定子1及凸极转子3，定子1具有电枢绕组2，由于该旋转电机不需要用于形成围绕转子3的磁场系统的线圈，转子3具有不均匀的铁芯4。于是该磁阻型旋转电机结构简单，价格低廉。现在我们来说明产生磁阻型旋转电机的输出功率的原理。由于转子的不均匀性，磁阻型旋转电机在转子的凸起部表现出小的磁阻，在转子的凹陷部表现出大的磁阻。即，在凸起部上方的空隙与凹陷部上方的另一空隙之间存在存储磁能差。磁阻型旋转电机的功率输出来自磁能的变化。注意，可借助不仅允许形成几何不均匀性，而且允许形成磁不均匀性的结构，即磁阻和磁通分布根据转子的位置而变化的结构来提供凸起部及凹陷部。永磁体型旋转电机是另一种高性能旋转电机。在该旋转电机中，在转子铁芯的整个圆周上布置有多个永磁体，不过电机的电枢绕组类似于感应电机的电枢绕组，磁阻型旋转电机的电枢绕组等。由于铁芯表面的不均匀性，磁阻型旋转电机具有不同的磁阻，取决于转子的旋转位置。磁阻的变化导致磁能被改变，从而产生转子的功率输出。不过在常规的磁阻型旋转电机中，电流的增大导致局部磁饱和在转子4的凸起部上被扩大。这样，扩大的磁饱和也将使漏到磁极之间的凹槽中的磁通量增大，以致有效磁通量降低，同时降低了功率输出。另一方面，使用具有高磁能积的“稀土金属”永磁体的磁阻型旋转电机是另一种大功率旋转电机。由于转子铁芯表面上永磁体的布置，当采用高能永磁体形成磁场时，永磁体型旋转电机能够在电机的空气隙中形成强磁场，形成紧致小巧，大功率的旋转电机。然而，应注意由于每个磁体的磁通量恒定，因此电枢绕组中感应产生的电压正比于转子的转速，逐渐变大。于是，如果要求电机以各种可变速度运转，直至高速旋转，那么在恒定电流及电压下，难以以2倍或更多倍于基本速度的旋转速度实现电机的“额定输出”运转。于是本专利技术的目的是提供一种磁阻型旋转电机，该电机紧致小巧，功率输出高，并且能够在宽广范围的可变速度下运转。为了实现上面描述的本专利技术的目的，根据本专利技术的第1方面，提供了一种磁阻型旋转电机，包括具有电枢绕组的定子；具有转子铁芯的转子，沿转子周向方向形成磁性不均衡；布置在转子铁芯中，用于抵消从在转子中确定的相邻磁极之间通过的电枢绕组磁通量的多个永磁体，每个永磁体沿着一个方向被磁化，该方向不同于使转子磁化容易的方向；及其中以这样的方式在转子铁芯中确保一个磁性部分，以便当电枢绕组不被激励时，30％(百分比)以上的永磁体磁通量分布在转子中，并且当电机被加载时，永磁体的交链磁通(interlinkage flux)大于电流及永磁体组成的复合交链磁通的10％。注意上面的复合链连磁通由电流的磁通矢量与永磁体的磁通矢量之间的相差改变。于是，现在我们规定当彼此互不影响的两个相位处于直角相交状态时的复合交链磁通的量用为本专利技术的上述复合交链磁通。当围绕转子铁芯形成磁性不均衡时，该不均衡的磁性凸起部构成磁阻电机的一个磁极，而磁性凹陷部作为电机的间极(即相邻磁极之间的部分)。即，磁性凸起部对应于使转子的磁化容易的“易磁化”方向，而磁性凹陷部对应于难以磁化转子的“难磁化方向”。根据本专利技术，永磁体被布置在转子铁芯的磁性凹陷部中。另外，在转子铁芯中，提供了把永磁体的磁通量封闭在短路中，以便当电枢绕组不被激励时，30％(百分比)以上的永磁体磁通量分布在转子中的磁性部分。借助这种结构，能够把转子旋转时产生的感应电压降到旋转电机的额定电压的0～70％。例如，在感应电压被调整为33％的情况下，即使旋转电机以3倍于基本速度的高速旋转，不可能对电路施加过度的电流。其次，当电机被加载时，上述磁性部分强烈地经受负载电流产生的磁通量引起的磁饱和。于是，分布在磁极之间的永磁体磁通量确实增大。根据本专利技术，磁极之间的磁性部分组成磁通回路，以致部分永磁体磁通量分布在间极的中心轴方向上。另外，磁性部分被设置成当电机被加载时，永磁体的交链磁通大于电枢电流及永磁体组成的复合交链磁通的10％。每个永磁体的磁通量具有排斥沿着间极的中心轴方向进入的电枢电流磁通，并增大永磁体方向的磁阻的作用，因为永磁体的相对导磁率大体上等于零。这样，由于永磁体的磁通量和电枢磁通量在相反的方向上互相抵消，间极的中心轴方向上的复合磁通量变小，或者当电枢电流小时，沿着与电枢电流相反的方向流动。于是，由于沿着间极的中心轴方向的交链磁通变小，围绕转子的磁性不均衡内部的变化被增强，足以使电机的功率输出确实增加。另一方面，电枢磁通量具有集中通过转子铁芯的磁性凸起部的分布倾向。因此，由于促进了空气隙周围的磁通密度的不均匀性，磁能变化变大，从而提供具有大转矩及大的功率因数的电机。关于以宽广范围的可变速度运转电机所需的终端电压的调节范围，下面将描述其作用。根据本专利技术，由于永磁体局部嵌入间极中，和永磁体围绕转子表面的整个圆周布置的常规旋转电机相比，转子圆周面上的永磁体表面积较小，以致永磁体引起的交链磁通也变小。于是，起因于电枢电流(旋转电机的励磁电流分量和转矩电流分量两者)的交链磁通参与永磁体的交链磁通，以致感应产生终端电压。在永磁体型旋转电机中，由于永磁体的交链磁通占据了几乎整个终端电压，因此能够调节终端电压。相反，由于本专利技术的旋转电机具有较小的永磁体交链磁通，当广泛地调节励磁电流时，能够在宽广的范围内控制终端电压。即，由于可把励磁电流分量调节到电压低于对应于该速度的电源电压，因此在恒压电源下，旋转电机能够以各种可变速度运转。另外，由于各个永磁体磁通量的一部分漏过前述形成短路的磁性部分，因此能够减小永磁体内部的抗磁场。这样，由于表示永磁体的B(磁通量)-H(场强)特性的去磁曲线上的操作点被升高(导致大的磁导系数)，因此改善了关于温度及电枢反作用力的抗去磁性能。特别地，在借助形成沿间极轴方向的磁通量的电枢电流，抵消永磁体的磁通量的情况下，虽然去磁场施加在永磁体上，也能够防止转子的去磁化。此外，由于永磁体被嵌入转子铁芯中，转子铁芯起永磁体的锁紧机构的作用，以致旋转电机可确保其高速运转。根据本专利技术的第2方面，提供了一种磁阻型旋转电机，包括具有电枢绕组的定子；具有转子铁芯的转子，沿转子周向方向形成磁性不均衡；布置在转子铁芯中，用于抵消从在转子中确定的相邻磁极之间通过的电枢磁通量的多个永磁体，每个永磁体沿着一个方向被磁化，该方向不同于使转子磁化容易的方向；及其中以这样的方式在转子铁芯中确保一个磁性部分，以便当电枢绕组不被激励时，80％(百分比)以上的永磁体磁通量分布在转子中，并且当电机被加载时，永磁体的交链磁通大于电流及永磁体组成的复合交链磁通的5％。虽然这一旋转电机的基本功能类似于前面提及的旋转电机，不过由于当电枢绕组不被激励时，80％以上的永磁体磁通量分布在铁芯中，感应电压非常小。于是，即使在电源等中产生短路，源于永磁体感应产生的电压的电流非常小，足以防止电机被烧毁或被过度制动。此外，由于永磁体的磁通量引起的定子铁芯损耗变小，当在电机无负载或轻微加载的情况下，能够改善电机的效率。另外，磁性部分被设置成当电机被加载时，永磁体的交链磁通大于电枢电流及永磁体组成的复合交链磁通的5％。由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻型旋转电机，包括：具有电枢绕组的定子；具有转子铁芯的转子，沿转子周向方向形成磁性不均衡；布置在转子铁芯中，用于抵消从在转子中确定的相邻磁极之间通过的电枢绕组磁通量的多个永磁体，每个永磁体沿着一个方向被磁化，该方向不同于促 进转子磁化的方向；及其中以这样的方式在转子铁芯中确保一个磁性部分，以便当电枢绕组不被激励时，３０％以上的永磁体磁通量分布在转子中，并且当电机被加载时，永磁体的交链磁通大于电流及永磁体组成的复合交链磁通的１０％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：堺和人，新政宪，高畠干生，桥立良夫，黑泽良一，中泽洋介，德增正，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]