一種并聯(lián)型混合磁材料復(fù)合轉(zhuǎn)子磁通切換電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機制造技術(shù)領(lǐng)域，特指一種具有相對較高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度、高效率等特點的混合磁材料磁通切換電機，應(yīng)用于航空航天、風(fēng)力發(fā)電以及電動汽車等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著稀土永磁材料價格的飛漲，稀土永磁電機的制造成本也隨之逐年上升，因此出現(xiàn)了少稀土電機、非稀土電機。降低稀土永磁材料用量的方法主要分為兩種，一種是采用混合勵磁的方式，永磁體產(chǎn)生主磁通，電勵磁產(chǎn)生輔助磁通，由它們相互作用實現(xiàn)電磁能量轉(zhuǎn)換，使得混合勵磁電機在降低了永磁材料使用量的同時，不僅可以實現(xiàn)氣隙磁通的自由調(diào)節(jié)，也可以保證相對較高的轉(zhuǎn)矩輸出，但也由于勵磁繞組的使用，造成了混合勵磁電機銅耗的增加和轉(zhuǎn)矩密度的降低。另一種是利用價格低廉的非稀土(例如鐵氧體永磁材料)完全代替價格高昂的稀土永磁材料(例如釹鐵硼材料)，從而可以大幅度的降低電機的制造成本，然而因為非稀土永磁材料本身磁能積較低的特點，使得非稀土電機的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度往往遠(yuǎn)低于稀土電機。因此在保持電機相對較高功率密度和高轉(zhuǎn)矩密度的同時，降低稀土永磁材料的使用量成為電機領(lǐng)域中一個研究方向。
[0003]中國專利號20081010078.2的專利文獻(xiàn)提出了一種混合勵磁型磁通切換電機，該電機定子部分采用集中電樞繞組與勵磁繞組，永磁體放置于定子；另一方面轉(zhuǎn)子部分為凸極，既無永磁體也無繞組，結(jié)構(gòu)簡單而堅固。在結(jié)構(gòu)上保證了永磁式磁通切換電機緊湊、簡單的特點，也使該電機具有較強的轉(zhuǎn)矩輸出能力，但由于該電機中勵磁繞組的使用，使該電機的結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜，且增加了銅耗并降低了運行效率，使得該電機的應(yīng)用場合受到了一定的限制。中國專利號為201180053116.6的專利文獻(xiàn)提出了一種鐵氧體三相永磁電機，該電機的轉(zhuǎn)子鐵芯上裝有多對永磁體，轉(zhuǎn)子鐵芯的永磁體由鐵氧體制成，定子鐵芯上裝有三相繞組，該電機具有繞組端部小、定位力矩小、銅損耗和鐵損耗小的優(yōu)點。但是由于鐵氧體本身所具有的磁能積較低的特點，由此該電機的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相同尺寸稀土電機，使得該電機的應(yīng)用場合也受到一定的限制。
[0004]分析結(jié)果表明，上述兩類電機在減少稀土材料用量的角度上均呈現(xiàn)出明顯的效果，但是功率密度較低的問題始終不能獲得有效地解決。因此，通過將高性能的稀土永磁體和廉價的非稀土永磁體相結(jié)合，提出一種基于混合磁材料勵磁的電機，并試圖在維持相對較高功率密度和轉(zhuǎn)矩密度的同時，減少稀土永磁材料用量。中國專利號為201410508547.2的專利文獻(xiàn)中提出了一種應(yīng)用混合永磁體的磁通切換電機，該電機在磁通切換永磁電機定子模塊的軛部位置安裝高磁能積的稀土永磁體，在靠近電機定子模塊的齒部位置安裝低磁能積的鐵氧體永磁體，由此形成稀土永磁體與鐵氧體連接的混合永磁體模塊，克服了現(xiàn)有磁通切換電機成本過高、定子齒部嚴(yán)重磁飽和的問題。但是該電機仍不能解決定子外部嚴(yán)重漏磁的問題，致使永磁體的相對利用率較低，從而使得該電機的應(yīng)用場合也受到一定的限制。
[0005]因此，如何在維持電機相對較高功率密度和轉(zhuǎn)矩密度的同時，降低稀土永磁材料的使用量成為目前非稀土、少稀土電機領(lǐng)域亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)子魯棒性能好、具有相對較高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度、高效率的并聯(lián)型混合磁材料復(fù)合轉(zhuǎn)子磁通切換電機，以滿足在保證相對較高功率密度和轉(zhuǎn)矩密度的情況下，降低稀土永磁材料用量的要求。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明的非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸、內(nèi)轉(zhuǎn)子、定子和外轉(zhuǎn)子在徑向上由內(nèi)到外依次同軸心套裝，內(nèi)轉(zhuǎn)子與定子之間留有內(nèi)氣隙，定子與外轉(zhuǎn)子之間留有外氣隙，所述定子由定子鐵芯、混合永磁體模塊和三相電樞繞組組成，Ns個定子鐵芯沿圓周方向均勻布置，在相鄰的兩個定子鐵芯之間放置三相電樞繞組，Ns= 3N。，Nc為單相繞組所含有的線圈個數(shù)；每個定子鐵芯的中間緊密固定地嵌入一個混合永磁體模塊，定子鐵芯和混合永磁體模塊的徑向截面均是扇形；每個所述混合永磁體模塊均由內(nèi)釹鐵硼永磁體、鐵氧永磁體和外釹鐵硼永磁體沿徑向由內(nèi)而外無縫連接組成，內(nèi)釹鐵硼永磁體、鐵氧永磁體和外釹鐵硼永磁體三者的徑向中心線重合，同一個混合永磁體模塊上的外釹鐵硼永磁體、內(nèi)釹鐵硼永磁體和鐵氧永磁體的充磁方向相同且都為切向充磁，相鄰的兩個混合永磁體模塊的充磁方向相反。
[0008]進一步地，所有的定子鐵芯和混合永磁體模塊均具有與非導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸、定子軸心重合的同一圓心，內(nèi)釹鐵硼永磁體所占的弧度0_和外釹鐵硼永磁體所占的弧度β _相等，鐵氧永磁體所占的弧度β ff3。和定子鐵芯所占的弧度β s滿足約束關(guān)系:β feo/ β s〈 4/5 ；內(nèi)釹鐵硼永磁體所占的弧度3_或外釹鐵硼永磁體所占的弧度β _與定子鐵芯所占的弧度β 3滿足約束:β _/ β s< 1/3 或 β cpni/ β s< 1/3。
[0009]外轉(zhuǎn)子內(nèi)圈上有外鐵芯凸極，內(nèi)轉(zhuǎn)子上有內(nèi)鐵芯凸極，相鄰的兩個內(nèi)鐵芯凸極之間的徑向中心線與其間外鐵芯凸極的徑向中心線重合，外鐵芯凸極和內(nèi)鐵芯凸極具有相同的凸極齒數(shù)Nr，N1= NsiK^K1= 1，2，3…，Ns為定子鐵芯11數(shù)。
[0010]上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下有益效果，
[0011]1、本發(fā)明定子采用無定子軛型結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合復(fù)合轉(zhuǎn)子，使得相鄰永磁體在磁通路徑上形成了明顯的串聯(lián)磁路。相比并聯(lián)磁路下的傳統(tǒng)磁通切換永磁電機，該電機在一定程度上改善了定子齒部過飽和的現(xiàn)象，并有效提高了永磁體的利用率。
[0012]2、本發(fā)明模塊化定子鐵芯定子齒采用非等弧度設(shè)計，改變了蘊含在氣隙內(nèi)的磁共能對定轉(zhuǎn)子相對位置角變化率的方向，使得該電機內(nèi)外層氣隙產(chǎn)生的定位力矩經(jīng)過疊加后相互抵消，以達(dá)到減小作用在復(fù)合轉(zhuǎn)子上總定位力矩的目的，進而獲得減小轉(zhuǎn)矩脈動的效果O
[0013]3、本發(fā)明同時使用高性能釹鐵硼永磁材料與廉價鐵氧體永磁材料，且鐵氧體與釹鐵硼兩種永磁材料相互并聯(lián)，形成磁勢源的并聯(lián)，在保證電機相對較高轉(zhuǎn)矩密度和功率密度的同時使得釹鐵硼的用量得到降低，從而有利于降低電機的制造成本。
[0014]4、本發(fā)明采用混合磁材料模塊夾于定子鐵芯模塊的結(jié)構(gòu)，且在混合磁材料模塊中，鐵氧體位于內(nèi)外兩塊釹鐵硼材料之間，由此避免了鐵氧體位于定子端部時的定子端部磁飽和現(xiàn)象，同時也增加了鐵氧體用量調(diào)整的自由度。
[0015]5、本發(fā)明采用的混合磁材料模塊在圓周方向上交替切向充磁，使得電機的磁場具有聚磁特性，進而提高了氣隙的磁通密度。
[0016]6、本發(fā)明采用復(fù)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，使得電機在滿足單定子固定部件和單轉(zhuǎn)子運動部件特性的同時，形成內(nèi)外兩層氣隙的結(jié)構(gòu)，使得該電機可以有效地將傳統(tǒng)磁通切換永磁電機定子齒的過飽和部分的永磁磁能，轉(zhuǎn)化為建立電機的外磁場。因此，該電機不僅可以降低傳統(tǒng)磁通切換永磁電機定子齒的飽和程度，還可以使分別作用在復(fù)合轉(zhuǎn)子內(nèi)外轉(zhuǎn)子鐵芯上的電磁轉(zhuǎn)矩進行疊加，從而有效地提高了電機的轉(zhuǎn)矩輸出能力和功率密度。
[0017]7、本發(fā)明中，復(fù)合轉(zhuǎn)子通過端部圓盤相互連接，且在端部圓盤上分布有數(shù)個圓形孔，使得空氣在電機轉(zhuǎn)動的過程中在電機內(nèi)部流通，形成散熱風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)，從而可以有效的改善該電機的散熱性能。
[0018]8、本發(fā)明僅采用一套電樞繞組，因而巧妙地避免了傳統(tǒng)雙層氣隙永磁電機由于采用兩套電樞繞組所帶來的電磁耦合問題，從而保證了電機正常運行的穩(wěn)定性和可靠性。
【附圖說明】
[0019]下面根據(jù)附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。
[0020]圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)拆分示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的軸向視圖；
[0022]圖3是本發(fā)明圖2中環(huán)形圓盤的徑向截面放大示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明在去掉環(huán)形圓盤后的徑向截面放大不意圖；
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