多项无刷交流电机制造技术

一种多相无刷交流电机，包含定子结构和转子结构，定子结构的表面设有交替配置的平行的槽和伸出件，每个槽口与对应槽的最宽宽度一样；转子结构的表面装有永久磁化装置，其具有的和个表面单元面向槽和伸出件。磁化装置的所有表面单元产生一定的磁通密度，它的垂直于定子的对应表面的分量的平均幅值Ｂｒ（θ）按下式确定：Ｂｒ（θ）＝Ｍｒ（θ）.Ｌａ（θ）／Ｌｖ（θ），其中Ｌａ（θ）由上式确定，其中θ是相对于在转子结构上的一个参考位置按弧度计算的角位置；Ｂｒ（θ）是在角位置θ处的分量的平均幅值；Ｌｖ（θ）是在位置角θ处的伸出件和转子结构的表面之间的间隙距离；Ｍｒ（θ）是在角位置θ处的磁化装置的剩余磁感应强度的一个垂直于对应的定子表面的分量，Ｍｒ（θ）随对应于４π／Ｋ的周期变化；Ｋ是代表所有的表面单元的一个偶数，Ｃ是一任选的常数。本发明专利技术还涉及一种多相无刷交流电机的运行方法。（*该技术在2015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具有定子结构和转子结构的多相无刷电机。 在本
中公知有一种具有外转子和内定子的圆柱形旋转电机。在这种电机中，磁铁固定在电机的钢制圆柱形头部的内壁上。这些磁铁产生利用钢制伸出件引导环绕一系列的导体的磁场。电流通过导体产生环流并反作用于由磁铁产生的磁场以产生转矩。通过控制这些电流，能够控制转矩的大小和方向。正如在本
中所公知的，有一于1994.7.5授权给COUTURE等人的序号为5327034号美国专利。在这个专利中所表示的电驱动的车轮组件更具体地说是用于将电机包含在轮内的一种驱动系统。转子未经电接触直接驱动支承轮胎的轮辋。定子固定在轮的中心部分。这种电机的运行性能，一方面取决于所用磁路的几何参数，另一方面，取决于由电流和由磁铁产生的磁场的特性。为了确定这种电机的性能，必须考虑几个因素。首先，我们必须考虑由导体中的电流产生的磁场强度对于在定子结构中的磁通密度分布的影响。定子的磁路是由按非线性磁化曲线工作的金属片构成的。这一曲线具有高的起始导磁率，一直到达到一定的磁势值为止，在该点该导磁率数值下降到等于空气的导磁率。在金属片中的磁通分布是由在导体中的电流产生的以及由磁铁产生的磁场强度的叠加按照磁化曲线决定的。当电机运行在磁化曲线的高导磁率区时，磁通密度的增加与导体中的电流的增加成比例，该电流的增加又增加形成的转矩。在这种情况下，由这两个来源的和所形成的磁场维持，所有磁路区域均低于饱和阈值之下。导体中的电流可能增加到这样一个数值，使得总的磁势超出饱和阈值，磁通密度不再按相同的比例变化。这种现象产生在两种磁势累加的磁路区域。在这一点，转矩开始畸变，不再线性增加，随着导体电流的增加趋于饱和。其次，定子金属片中磁通密度的变化是一个因素，导致形成与磁滞效应和涡流电流有关的损耗。这些损耗与包含在磁通密度中的谐汉成比例。第三点，应当考虑在转子旋转过程中在每个磁铁和伸出件之间的引力引起的齿槽转矩。因而，由导体电流与磁铁的磁场的积产生的谐波转矩叠加到齿槽转矩上。第四，在槽中的可利用的空间的铜导体填充百分率影响电机的重量和铜导体与钢片之间的导热性。第五，磁路的几何参数的选用必须以最大程度引导磁通密度然而不会使其饱和，按照这种方式将电机的总重量降至最小。因此，我们认为当电机运行时，必须考虑同时产生的几种因素，以便提高电机的效率。当电机用作一电动驱动轮时，所有这些因素都明显地影响电机的性能。正如在本
所公知的，有一本由JR.Hendershot.Jr的著作，名称为“无刷永磁电动机的设计”，为了具体消除上述问题，提出了不同的几何参数。在这一著作中，提出了一些用于设计具有外转子的磁化式电机的标准。转子是由装有矩形磁铁的圆柱形圆筒头部构成的。定子是由倾斜的各伸出件构成的，各伸出件是沿相对于转子的伸出件各自的轴线长度按一个槽的节距歪斜的。定子的各伸出件必须形成有局部覆盖槽的曲线形的尖端，以便使一用于将导体逐个地嵌入到相应槽中的开口尺寸最小。该曲线的尖端必须具有相对均匀的厚度，以防止磁铁的磁场饱和。在这种电机中，每个定子槽的偏斜部分降低了齿槽转矩。偏斜的槽产生沿每个定子伸出件的长度的齿槽转矩的逐渐变化的相位移，因而，总体上所有的谐波被抵消了。偏斜的槽已经用在序号为5327034号美国专利中介绍的组件中。这种解决方案看起来简单，但是从实际的观点看来，它增加了结构的复杂性。此外，这种解决方案在沿定子转轴的轴线长度相对短的情况下难于实现。这是由于曲线形的尖端，它要能够引导磁场磁通的主要部分，同时还要使产生环绕导体的磁场所需的磁铁的数量最少。但是，由于利用这些相同的曲线形尖端，导体必须得逐个地插入相应的槽中。因此，使用矩表断面的导体几乎是不可能的，因为难于按顺序将各导体堆放在槽中。此外，由于这些曲线形的尖端，不可能利用大的矩形断面的导体。此外，由于这些曲线形的尖端。增加了由导体电流产生的磁场强度，这样导致由相同的曲线形的尖端产生漏磁通。由于叠加由磁铁产生的磁场强度，在累加的区域的总的磁场强度在较低的电流数值下就达到饱和阈值。电机的转矩对于电流的曲线的线性部分限于一个低的电流值下。正如本
中所公知的，在IEEE No.0018-9464188/1100-2901的一篇文章中，介绍了一种直线电动机，它的定子相对于转子是非偏斜的。在这种类型的电机中，使用均匀磁化的矩形磁铁。这样的磁铁与装有伸出件而无带有曲线形尖端的槽的非偏斜式定子使用。磁铁的宽度W等于(n+0.14)P，其中n是一个整数，P代表槽节距比率y/P等于0.5，y/P为在每极节距的范围内的定子伸出件的宽度y。经过对应磁铁两侧的其中之一的伸出件的磁阻转矩的基波分量抵消由下一个伸出件的磁阻转矩的基波分量，这第二个基波分量从另一侧接近该磁铁。那样，仅余下较低幅值的谐波转矩。当比率y/p为0.5时，得到最好的效果。利用这种解决方案，电机结构被简化了，但所有上述的不良影响并没有消除。应当指出，在旋转的过程中，由定子的伸出件产生的磁通按梯形展开。这种形状来源于磁铁的矩形。在伸出件和在定子的其余部分的磁通密度包含一个以上的谐波。每个谐波产生涡流电流，它产生的损耗本身又附加到电机的总损耗中。这些损耗附加到由基波分量引起的损耗中。此外，由绕组所匝连的磁通的形状取决于定子绕组怎样卷绕。采用简单的绕组，意指每槽每极为一相，如果在各相中的电流是正弦的，则出现引起转矩纹波的磁通谐波。通过增加在每极下的槽数。或者彼此配合的绕组以便滤除磁通谐波，总能降低该纹波，但是在这种情况下，组件的复杂性增加了。最后，比率y/p限制了可能选用的几何参数。正如在本
所公知的，在1992.11的Symposium proceedings，EVS(EVS学术会议论文集)中公开了一篇题为“用于电力车辆的新颖的高功率密度永久磁铁式电动机驱动器”的文章。这种电机装有矩形磁铁和采用另一种技术来防止齿槽转矩。这种矩形磁铁粘接到转子的内壁。定子包含带有局部覆盖槽的曲线形的尖端。槽用圆形导体来填充。转子极数对于定子槽数的比为11/10。在这个文献中提出的方案的目的是降低齿槽转矩。转子极数对于定子极数的比导致形成一种分布。在定子范围内每个转子磁极产生的各转矩的和形成的总转矩是均匀的。但总是出现在金属片中与磁通谐波相关的损耗问题。当电机带载运行时，为了得到均匀的转矩，绕组中的电流必须按梯形分布。这些电流谐波由于集肤效应(开尔文效应)产生附加损耗。应指出，这种电机也采用形成有曲线形尖端的伸出件和槽。正如本
所公知的，有一序号为3604961的美国专利。在这一专利中所介绍的电机是一种直流电机，它的定子磁极具有一定形状的永久磁铁，以便当转子结构旋转时降低齿槽转矩。该电机的转子形成有伸出件和不被曲线形尖端覆盖的槽。定子磁极按恒定的气隙覆盖了转子的周边部分。电机的齿槽转矩是由连续的各槽和在转子每个磁极的正面通过的转子伸出件产生的导磁率变化形成的。一个磁极产生具有正负最大相同幅值的交变齿槽转矩。在这种类型的标准电机中，各磁极彼此分开180 °的电角度。每个极产生的齿槽转矩的正负最大值都影响总的齿槽转矩的增加。可以使两个极当中的一个极相移一个固定的角度，使半数磁极的正的最大齿槽转矩对应于另半数磁极的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多相无刷交流电机，包含：定子结构，它的表面形成有交错配置的平行的槽和伸出件，每个所述的槽具有开向所述表面的开口，每个所述开口与对应槽的最宽宽度一样宽；以及转子结构，它的表面装有永久磁化装置，它所具有各个表面单元面向所述各槽和各伸 出件，每个所述表面单元面向所述槽的数目对应于所述电机的相数，所述磁化装置的所有表面单元产生的磁通密度具有垂直于相应定子表面的平均幅值Ｂｒ（θ）的分量，其由如下公式来确定：Ｂｒ（θ）＝Ｍｒ（θ）.Ｌａ（θ）／Ｌｖ（θ）其中Ｌａ（θ）按 下式来确定： ＊＊＊，其中：θ为相对于在所述转子结构上的一个参考位置按弧度计算的角位置；Ｂｒ（θ）是在所述角位置θ处的所述分量的平均幅值；Ｌｖ（θ）是在所述角位置θ处的所述伸出件和所述转子结构的所述表面之间的间隙距离；Ｍｒ（ θ）是在所述角位置处的所述磁化装置的剩余磁感应强度的分量，Ｍｒ（θ）垂直于定子结构的相应表面，Ｍｒ（θ）按照与４π／Ｋ相对应的周期变化，Ｋ是代表所有所述表面单元的一个偶数；Ｃ是一个任选常数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：皮勒考杜尔，布鲁诺福朗库，
申请(专利权)人：魁北克水电公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]