專利名稱：適于高速運(yùn)行的磁通切換電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固，具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩輸出能力和較高功率密度 的電機(jī)，尤其是一種能夠?qū)崿F(xiàn)混合勵(lì)磁功能的電機(jī)，屬于電機(jī)制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)的不斷加劇，采用永磁勵(lì)磁取代電勵(lì)磁以節(jié)省能源消耗已成為全 世界的共識(shí)，同時(shí)由于我國(guó)是世界上稀土資源最豐富的國(guó)家，開(kāi)發(fā)研究和推廣應(yīng)用 新型結(jié)構(gòu)的稀土永磁電機(jī)，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。特別是目前廣泛研究 的混合動(dòng)力汽車，要求其中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)體積小、重量輕、效率高、可靠性強(qiáng)， 免維護(hù)、轉(zhuǎn)矩出力大、調(diào)速范圍寬。然而，由于永磁電機(jī)自身存在氣隙磁場(chǎng)無(wú)法調(diào) 節(jié)的瓶頸，限制了其在混合動(dòng)力汽車中的應(yīng)用。絕大多數(shù)的永磁電機(jī)空載永磁磁鏈 都大于直軸電感與額定電流的乘積，永磁電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的最大轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)的 最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速之間是一對(duì)無(wú)法調(diào)和的矛盾 一方面，增大永磁磁鏈固然可以提高電 機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩輸出能力，同時(shí)會(huì)限制電機(jī)的高速運(yùn)行(由于不斷增大的空載反電動(dòng) 勢(shì))；另一方面，當(dāng)逆變器的電流限額和電機(jī)的直軸電感固定時(shí)，減小永磁磁鏈有利 于提高電機(jī)的恒功率運(yùn)行范圍但會(huì)限制轉(zhuǎn)矩出力。因此，上述永磁電機(jī)的缺點(diǎn)成了 限制其應(yīng)用推廣的瓶頸。而目前出現(xiàn)的以轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)為原型的混合勵(lì)磁電機(jī)大 部分都將直流勵(lì)磁繞組放置定子。為了給電勵(lì)磁磁通提供一條不論是徑向還是軸向 與永磁磁通并行的路徑，所提出的電機(jī)結(jié)構(gòu)都非常復(fù)雜，不論從制造工藝還是成品 化大規(guī)模生產(chǎn)而言，都面臨巨大的挑戰(zhàn)?；旌蟿?lì)磁型的電機(jī)如果為了實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的調(diào) 節(jié)而從結(jié)構(gòu)復(fù)雜度上需要做出重大犧牲，其競(jìng)爭(zhēng)力將會(huì)大打折扣。因此，本發(fā)明提 出了一種新型結(jié)構(gòu)的混合勵(lì)磁型磁通切換電機(jī)，以避免出現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而力圖在保 持純永磁式電機(jī)基礎(chǔ)之上不做重大修改即可實(shí)現(xiàn)混合勵(lì)磁功能。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型的目的是提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、魯棒性好的適于高 速運(yùn)行的磁通切換電機(jī)，該電機(jī)可合理安排電勵(lì)磁繞組空間，在不額外增加體積的
條件下可進(jìn)一步提高電機(jī)的功率密度，同時(shí)通過(guò)電勵(lì)磁電流和電樞電流的靈活調(diào)節(jié)、 提高各項(xiàng)性能，包括最大轉(zhuǎn)矩、恒功率最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速和整個(gè)運(yùn)行區(qū)范圍內(nèi)的高效率。
技術(shù)方案本實(shí)用新型的適于高速運(yùn)行的磁通切換電機(jī)包括定子，永磁體， 三相集中電樞繞組，單相集中勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)子；每?jī)蓚€(gè)定子齒之間設(shè)有一個(gè)永磁體， 在永磁體的內(nèi)側(cè)空出一塊面積安置勵(lì)磁繞組，三相集中電樞繞組的各線圈均橫跨在 兩個(gè)定子齒上，其中，三相集中電樞繞組一共有12個(gè)集中電樞線圈，第一集中電樞 線圈、第三集中電樞線圈徑向相對(duì)，第二集中電樞線圈、第四集中電樞線圈徑向相 對(duì)，順序串連后組成A相電樞繞組；第五集中電樞線圈、第六集中電樞線圈徑向相 對(duì)，第七集中電樞線圈、第八集中電樞線圈徑向相對(duì)，順序串連后組成B相電樞繞 組；第九集中電樞線圈、第十集中電樞線圈徑向相對(duì)，第十一集中電樞線圈、第十 二集中電樞線圈徑向相對(duì)，順序串連后組成C相繞組。勵(lì)磁繞組一共有12個(gè)集中勵(lì) 磁線圈，其中第一勵(lì)磁繞組線圈、第二勵(lì)磁繞組線圈、第三勵(lì)磁繞組線圈、第四勵(lì) 磁繞組線圈、第五勵(lì)磁繞組線圈、第六勵(lì)磁繞組線圈、第七勵(lì)磁繞組線圈、第八勵(lì) 磁繞組線圈、第九勵(lì)磁繞組線圈、第十勵(lì)磁繞組線圈、第十一勵(lì)磁繞組線圈、第十 二勵(lì)磁繞組線圈均為集中繞組，橫跨于相鄰兩塊永磁體下方的槽中，每個(gè)槽中分布 有兩個(gè)線圈為雙層，同一個(gè)槽中的兩個(gè)線圈通電極性一致，上述12個(gè)線圈依次順序 首尾串聯(lián)連接，組成單相勵(lì)磁繞組。其中定子為U型導(dǎo)磁鐵心單元和永磁體相間 拼裝而成。轉(zhuǎn)子為直槽轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上既無(wú)永磁體也無(wú)繞組。永磁體是鐵氧體或者釹 鐵硼永磁磁鋼。電樞繞組為集中繞組。勵(lì)磁繞組亦為集中繞組，且在永磁體的下方 空間中雙層排布，其中第一集中勵(lì)磁線圈至第十二集中勵(lì)磁線圈依次首尾相連， 組成單相勵(lì)磁繞組，且同一個(gè)槽中的兩個(gè)勵(lì)磁線圈電流方向一致。
在勵(lì)磁繞組不通電流時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子與不同的定子齒對(duì)齊，永磁體產(chǎn)生的永磁磁通
穿過(guò)各個(gè)集中電樞線圈的方向就會(huì)不同，從而產(chǎn)生磁通切換效應(yīng)，導(dǎo)致每相電樞繞
組中所匝鏈的永磁磁鏈為雙極性。本發(fā)明最為關(guān)鍵的是，在永磁體的下方空出一塊
面積安置單相勵(lì)磁繞組，其中每個(gè)勵(lì)磁繞組槽中放置雙層繞組。對(duì)于組成一相的四
個(gè)電樞繞組線圈而言，第一集中線圈和第三集中線圈徑向相對(duì)，在任何轉(zhuǎn)子位置其
繞組中匝鏈的磁鏈都數(shù)量和方向相同，對(duì)第二集中線圈和第四集中線圈情況相同。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子在圖l所示位置時(shí)，轉(zhuǎn)子分別有一個(gè)齒與第一集中電樞線圈和第二
集中電樞線圈的一個(gè)定子齒相對(duì)，根據(jù)永磁體的磁化方向，兩個(gè)電樞線圈中的永磁
磁通都從轉(zhuǎn)子齒經(jīng)過(guò)氣隙穿進(jìn)定子齒，且數(shù)值最大。此時(shí)，若通過(guò)第一勵(lì)磁繞組線
圈和第五勵(lì)磁繞組線圈分別施加與永磁磁勢(shì)方向相同的電勵(lì)磁磁勢(shì)，則可以增加匝 鏈到第一集中電樞線圈和第二集中電樞線圈中的磁通，從而影響感應(yīng)出的電勢(shì)。相 反，如果改變電流方向，使產(chǎn)生的電勵(lì)磁磁通與永磁磁通方向相反，則可以減小第 一集中電樞線圈和第二集中電樞線圈中的合成磁鏈，進(jìn)而減小電樞繞組中感應(yīng)的電 勢(shì)。可見(jiàn)，通過(guò)改變勵(lì)磁繞組中的電勵(lì)磁電流大小和方向就可以對(duì)永磁磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào) 節(jié)，從而可以克服上述的純永磁式電機(jī)中的缺點(diǎn)，使得該混合勵(lì)磁型磁通切換電機(jī) 能夠滿足不同性能的需求，特別適合于作為交流調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)元件。
此外，該電機(jī)結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)導(dǎo)致其具有聚磁效應(yīng)，空載氣隙磁通密度較大，電 機(jī)具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩輸出能力，功率密度較高；同時(shí)，電樞繞組與勵(lì)磁繞組都是集中 繞組，端部短，電阻較小，效率較高。而且，電樞反應(yīng)磁通和永磁磁通在空間上互 相垂直，磁路上是并聯(lián)關(guān)系，保證了該電機(jī)具有較強(qiáng)的抗去磁能力。
有益效果
1. 在結(jié)構(gòu)上保留了永磁式磁通切換電機(jī)緊湊、簡(jiǎn)單、魯棒性好、適于高速運(yùn)行 的優(yōu)勢(shì)；
2. 在性能上保留了永磁式電機(jī)轉(zhuǎn)矩出力大、功率密度高、高正弦度電勢(shì)的優(yōu)勢(shì)；
3. 增加的一套電勵(lì)磁繞組在無(wú)需增加電機(jī)體積的條件下即可安放；
4. 電機(jī)中的電樞和勵(lì)磁兩套繞組都釆用集中繞組，端部較短；
5. 與已有的混合勵(lì)磁電機(jī)(包括轉(zhuǎn)子永磁型和定子永磁型)相比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，研 制容易。


圖l是本實(shí)用新型的定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組和勵(lì)磁繞組結(jié)構(gòu)示意圖。 其中有定子l,永磁體2，三相集中電樞繞組3、第一集中電樞線圈311、第 二集中電樞線圈312、第三集中電樞線圈313、第四集中電樞線圈314、第五集中電 樞線圈321、第六集中電樞線圈322、第七集中電樞線圈323、第八集中電樞線圈324、 第九集中電樞線圈331、第十集中電樞線圈332、第十一集中電樞線圈333、第十二 集中電樞線圈334，單相勵(lì)磁繞組4、第一集中勵(lì)磁線圈401、第二集中勵(lì)磁線圈402、 第三集中勵(lì)磁線圈403、第四集中勵(lì)磁線圈404、第五集中勵(lì)磁線圈405、第六集中 勵(lì)磁線圈406、第七集中勵(lì)磁線圈407、第八集中勵(lì)磁線圈408、第九集中勵(lì)磁線圈 409、第十集中勵(lì)磁線圈410、第十一集中勵(lì)磁線圈411、第十二集中勵(lì)磁線圈412，轉(zhuǎn)子5。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型適于高速運(yùn)行的磁通切換電機(jī)包括定子鐵心1和轉(zhuǎn)子 鐵心5，轉(zhuǎn)子5位于定子1的內(nèi)部，定子1和轉(zhuǎn)子5都為凸極結(jié)構(gòu)，其中定子鐵心 部分由12個(gè)U形導(dǎo)磁鐵心組成，在定子1上設(shè)置有三相集中繞組3、單相勵(lì)磁繞組 4和12塊永磁體2;
集中繞組3的A相第一繞組線圈311和第三繞組線圈313徑向相對(duì)，第二繞組 線圈312和第四繞組線圈314徑向相對(duì)，每個(gè)繞組線圈套于定子1中兩個(gè)相鄰的U 形鐵心的槽中，且上述四個(gè)繞組線圈依次順序首尾串聯(lián)連接；定子l中兩個(gè)相鄰的 U形導(dǎo)磁鐵心之間設(shè)置有永磁體2;
集中繞組3的B相第一繞組線圈321和第三繞組線圈323徑向相對(duì)，第二繞組 線圏322和第四繞組線圈324徑向相對(duì)。與A相繞組相似，每個(gè)繞組線圈套于定子 1中兩個(gè)相鄰的U形鐵心的槽中，且上述四個(gè)繞組線圈依次順序首尾串聯(lián)連接；定 子1中兩個(gè)相鄰的U形導(dǎo)磁鐵心之間設(shè)置有永磁體2;
集中繞組3的C相第一繞組線嵐331和第三繞組線圈333徑向相對(duì)，第二繞組 線圈332和第四繞組線圈334徑向相對(duì)。與A相和B相繞組相似，每個(gè)繞組線圈套 于定子1中兩個(gè)相鄰的U形鐵心的槽中，且上述四個(gè)繞組線圈依次順序首尾串聯(lián)連 接；定子1中兩個(gè)相鄰的U形導(dǎo)磁鐵心之間設(shè)置有永磁體2;
勵(lì)磁繞組4 一共有12個(gè)線圈，置于每個(gè)永磁體下方的空間中為雙層排放方式。 其中第一勵(lì)磁繞組線圈401、第二勵(lì)磁繞組線圈402、第三勵(lì)磁繞組線圈403、第四 勵(lì)磁繞組線圈404、第五勵(lì)磁繞組線圈405、第六勵(lì)磁繞組線圈406、第七勵(lì)磁繞組 線圈407、第八勵(lì)磁繞組線圈408、第九勵(lì)磁繞組線圈409、第十勵(lì)磁繞組線圈410、 第十一勵(lì)磁繞組線圈411、第十二勵(lì)磁繞組線圈412均為集中繞組，橫跨于相鄰兩 塊永磁體下方的槽中，每個(gè)槽中分布有兩個(gè)線圈為雙層，同一個(gè)槽中的兩個(gè)線圈通 電極性一致。上述12個(gè)線圈依次順序首尾串聯(lián)連接，組成單相勵(lì)磁繞組。
當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子在圖1所示位置時(shí)，轉(zhuǎn)子5分別有一個(gè)齒與第一集中電樞線圈311 和第二集中電樞線圈312的一個(gè)定子齒相對(duì)，根據(jù)永磁體2的磁化方向，兩個(gè)線圈 中的永磁磁通都從轉(zhuǎn)子齒經(jīng)過(guò)氣隙穿進(jìn)定子齒，且數(shù)值最大。此時(shí)，若通過(guò)第一勵(lì) 磁繞組線圈401和第五勵(lì)磁繞組線圈405分別施加與永磁磁勢(shì)方向相同的電勵(lì)磁磁 勢(shì)，則可以增加匝鏈到第一集中電樞線圈311和第二集中電樞線圈312中的磁通，從而影響感應(yīng)出的電勢(shì)。相反，如果改變電流方向，使產(chǎn)生的電勵(lì)磁磁通與永磁磁
通方向相反，則可以減小第一集中電樞線圈311和第二集中電樞線圈312中的合成 磁鏈，進(jìn)而減小感應(yīng)的電勢(shì)。集中電樞繞組3的B相和C相的線圈的工作原理同上， 可以大大提高電機(jī)性能和工作效率。
轉(zhuǎn)子5可以是直槽轉(zhuǎn)子，保證了本發(fā)明在采用集中繞組和轉(zhuǎn)子不斜槽的條件下， 就可獲得正弦度非常高的磁鏈、反電動(dòng)勢(shì)和電感等靜態(tài)特性，從而使本發(fā)明更加適 合于作為交流調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)元件。
永磁體2是鐵氧體或者釹鐵硼永磁磁鋼，定子1和凸極轉(zhuǎn)子5都可以采用硅鋼 片沖片壓疊制成，定子1由U型結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁鐵心拼裝組成。
權(quán)利要求1.一種適于高速運(yùn)行的磁通切換電機(jī)，其特征在于該電機(jī)包括定子(1)，永磁體(2)，三相集中電樞繞組(3)，單相集中勵(lì)磁繞組(4)和轉(zhuǎn)子(5)；每?jī)蓚€(gè)定子齒之間設(shè)有一個(gè)永磁體(2)，在永磁體(2)的內(nèi)側(cè)空出一塊面積安置勵(lì)磁繞組(4)，三相集中電樞繞組(3)的各線圈均橫跨在兩個(gè)定子齒上。其中，三相集中電樞繞組(3)一共有12個(gè)集中電樞線圈，第一集中電樞線圈(311)、第三集中電樞線圈(313)徑向相對(duì)，第二集中電樞線圈(312)、第四集中電樞線圈(314)徑向相對(duì)，順序串連后組成A相電樞繞組；第五集中電樞線圈(321)、第六集中電樞線圈(322)徑向相對(duì)，第七集中電樞線圈(323)、第八集中電樞線圈(324)徑向相對(duì)，順序串連后組成B相電樞繞組；第九集中電樞線圈(331)、第十集中電樞線圈(332)徑向相對(duì)，第十一集中電樞線圈(333)、第十二集中電樞線圈(334)徑向相對(duì)，順序串連后組成C相繞組；勵(lì)磁繞組(4)一共有12個(gè)集中勵(lì)磁線圈，其中第一勵(lì)磁繞組線圈(401)、第二勵(lì)磁繞組線圈(402)、第三勵(lì)磁繞組線圈(403)、第四勵(lì)磁繞組線圈(404)、第五勵(lì)磁繞組線圈(405)、第六勵(lì)磁繞組線圈(406)、第七勵(lì)磁繞組線圈(407)、第八勵(lì)磁繞組線圈(408)、第九勵(lì)磁繞組線圈(409)、第十勵(lì)磁繞組線圈(410)、第十一勵(lì)磁繞組線圈(411)、第十二勵(lì)磁繞組線圈(412)均為集中繞組，橫跨于相鄰兩塊永磁體下方的槽中，每個(gè)槽中分布有兩個(gè)線圈為雙層，同一個(gè)槽中的兩個(gè)線圈通電極性一致，上述12個(gè)線圈依次順序首尾串聯(lián)連接，組成單相勵(lì)磁繞組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于高速運(yùn)行的磁通切換電機(jī)，其特征在于定子(1) 為U型導(dǎo)磁鐵心單元和永磁體(2)相間拼裝而成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于高速運(yùn)行的磁通切換電機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子(5) 為直槽轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上既無(wú)永磁體也無(wú)繞組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于高速運(yùn)行的磁通切換電機(jī)，其特征在于永磁體(2) 是鐵氧體或者釹鐵硼永磁磁鋼。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于高速運(yùn)行的磁通切換電機(jī)，其特征在于電樞繞組(3) 為集中繞組。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于高速運(yùn)行的磁通切換電機(jī)，其特征在于勵(lì)磁繞組(4) 為集中繞組，且在永磁體(4)的下方空間中雙層排布。
專利摘要適于高速運(yùn)行的磁通切換電機(jī)，該電機(jī)包括定子(1)，永磁體(2)，三相集中電樞繞組(3)，單相集中勵(lì)磁繞組(4)和轉(zhuǎn)子(5)；每?jī)蓚€(gè)定子齒之間設(shè)有一個(gè)永磁體(2)，在永磁體(2)的內(nèi)側(cè)空出一塊面積安置勵(lì)磁繞組(4)，三相集中電樞繞組(3)的各線圈均橫跨在兩個(gè)定子齒上。在結(jié)構(gòu)上保留了永磁式磁通切換電機(jī)緊湊、簡(jiǎn)單、魯棒性好、適于高速運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，無(wú)需額外增加電機(jī)體積就可以實(shí)現(xiàn)混合勵(lì)磁功能，保證了該電機(jī)具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩輸出能力和較高的功率密度，特別適合于要求體積小出力大的應(yīng)用場(chǎng)合，能夠?qū)崿F(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的大轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)的寬調(diào)速功能。
文檔編號(hào)H02K3/12GK201188558SQ200820116078
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者明 程, 為 花 申請(qǐng)人:東南大學(xué)