[实用新型]一种适合恒功率宽调速运行的定子永磁电机

说明书

技术领域

本实用新型是一种结构简单、坚固，具有恒功率宽调速运行范围和较高功率密度的电机，涉及电机制造的技术领域。

背景技术

我国作为世界上稀土材料储藏量最大的国家，大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种新型永磁电机，具有重要的理论意义和应用价值。无论作发电还是电动运行，具有高效率、大转矩(功率)密度和低损耗等特点的新型永磁电机正呈现出加速发展的趋势。过去十多年来研究热点一直集中于以表面贴装式、插入式和内嵌式为代表的转子永磁型电机。然而，将永磁体放置于转子的电机类型在设计和运行过程中都会产成一系列问题，集中体现为以下五点：1.对永磁体粘贴在转子表面或插入转子凸极之间的结构，为了克服高速运行所产生的离心力影响，通常需要制作辅助的永磁体固定装置，增加了工艺；并且永磁体处于定子和转子之间，加大了有效气隙长度，既增加了电机体积，又减弱了气隙磁密，限制出力；2.对永磁体埋入转子铁心内部的内嵌式结构，会影响转子的机械强度，并且需要辅助磁桥，同样会增加制作工艺和成本；3.永磁体置于转子，不利于该类型电机的冷却，为了散热往往需要进行特殊的风路或其它冷却方式设计；4.目前广泛采用的磁钢都是居里温度较低的钕铁硼，受温升影响导致永磁电机存在一定的退磁甚至完全失磁风险。对于转子永磁型结构，若利用定子电枢绕组对转子磁钢进行在线充磁，定子电枢绕组磁势需要经过气隙磁阻，导致充磁成本增加甚至不可行；5.作为调速用电机，往往要求能够实现宽调速恒功率运行，特别是在汽车等领域中作为驱动元件使用。而目前的转子永磁型电机，在超过额定转速后的恒功率运行范围内，通常是采用在电枢电流中增大无功电流分量以削弱永磁磁场的弱磁控制算法。然而，在实际设计电机时，很难满足理论上的无限高速恒功率运行条件(即直轴电感L_d较小，无法保证额定电流I_r与直轴电感L_d的乘积等于甚至大于直轴永磁磁链Ψ_md)，甚至实现5倍以上的调速都有较大的困难。

另一方面，国际上出现了一种新型的双极性磁通反向永磁电机，其结构原理是在每个凸极定子齿上并排安装两块极性相反的永磁体，其目的是为了获得双极性的永磁磁链，且通过将永磁体和电枢绕组都置于定子，就可以完全克服上述的转子永磁型电机的主要缺点。但该结构直接导致两块磁钢和定子齿形成短路，漏磁严重，降低了单位磁钢的利用率。本发明目的就是在双极性磁通反向永磁电机结构基础之上，改变磁钢极性和定子齿形，提出了一种新型结构的带辅助凸极的定子表面贴装式双凸极永磁电机，通过增加的辅助凸极以增大直轴电感，实现恒功率宽调速范围弱磁运行。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是提供了一种适合恒功率宽调速运行的定子永磁电机，使得该电机结构简单、坚固，具有高度近似方波(直槽转子)或者正弦波(斜槽转子)的空载反电动势、较强的转矩输出能力和较大的功率密度，同时具备较强的抗去磁能力，特别适合于作为恒功率调速系统的驱动元件。

技术方案：本实用新型适合恒功率宽调速运行的定子永磁电机，包括定子和转子，转子位于定子的内部或外部，定子和转子都为双凸极结构，在定子上设置有集中绕组、永磁体和辅助凸极；其中，集中绕组的任何一相的每个集中绕组线圈均位于定子铁心槽中，且每相绕组线圈可串联或并联连接；永磁体位于定子，每个定子齿面向气隙的外表面贴装两块永磁体，且同一个齿下面的两块磁钢极性相同，相邻定子齿下面的磁钢磁性相反。

辅助凸极位于定子齿中部，以增加直轴电感。转子为直槽或斜槽转子。永磁体是铁氧体、钐钴或者钕铁硼等其他类型永磁磁钢。

集中绕组的第一A相绕组线圈和第二A相绕组线圈径向相对，第一B相绕组线圈和第三B相绕组线圈径向相对，第一C相绕组线圈和第三C相绕组线圈径向相对。

有益效果：由于本实用新型的电机将电枢集中绕组和永磁体都设于定子上，转子仅为导磁铁心，所以本发明结构非常简单而坚固，特别适合于高速运行，而且有利于改善该电机的冷却条件；

由于在定子齿部突出了一个辅助凸极，可以明显增加直轴电感，使得该类型电机在同样的额定电流和永磁磁链的条件下，提高了弱磁能力，拓宽了恒功率调速运行范围；同时保证了了电机的结构紧凑，功率密度较大，效率较高；

由于采用了集中绕组方式，可以减小端部长度，尽可能地减小电阻和铜耗，也保证了电机的结构紧凑，功率密度较大，效率较高；

由于定子电枢绕组和永磁体都置于定子，电枢绕组磁势对永磁体充磁或者去磁都很容易实行；