[发明专利]一种低成本高功率密度单相高速永磁电动机及方法

权利要求书

1.一种低成本高功率密度单相高速永磁电动机，其特征是，包括：定子及转子；

在定子内部开有电枢槽，电枢槽内放置有电枢绕组，在定子内部开有空气槽，空气槽与电枢槽交替排列，均匀分布于定子铁芯内径一侧；所述空气槽采用梨形槽；

所述定子开有永磁体槽，用于放置铁氧体，铁氧体按照短-长- 短的方式排列形成一极，分布于电枢槽上方，每两相邻空气槽之间铁氧体充磁方向相同，形成一极，相同极性下永磁体之间设置有磁桥，使定子成为一个整体，空气槽两侧铁氧体充磁方向相反；

其中，长永磁体中的磁通分为两部分，每一部分分别与相邻的两块短永磁体产生的磁通并联经过主气隙进入转子齿形成主磁通；

所述定子由定子槽、定子齿、定子轭部和永磁体槽组成；所述转子包括转子齿，相邻的转子齿之间设有转子槽，所述定子齿和转子齿之间设有主气隙；

同极性下的铁氧体通过长度和安装角度的配合实现绝大多数磁通通过主气隙，实现聚磁功能，提高电动机的性能和功率密度；其中，通过电动机的设计气隙磁密确定永磁体的剩磁密度，再通过磁路计算确定铁氧体的尺寸，使其工作在最大磁能积状态附近；

在定子内径、外径以及永磁体槽尺寸一定的条件下，令铁芯的主要磁路部分在工况下磁密不会过高，从而确定定子轭部厚度使定子不会饱和。

2.如权利要求1所述的一种低成本高功率密度单相高速永磁电动机，其特征是，电动机运行时，控制一套电枢绕组的电流大小和方向，电枢电流磁场和铁氧体产生的磁场相互作用使得定子齿上的磁通相互增强或者抵消，定子磁场在某个方向上连续开通或者关断，利用定子和转子间磁阻变化产生转矩。

3.如权利要求1所述的一种低成本高功率密度单相高速永磁电动机，其特征是，所述电动机定子齿的个数n_s满足：n_s=2*n，其中n是大于等于2的自然数；

所述电动机转子齿的个数n_r和电动机定子齿的个数n_s满足：n_r=n_s/2；

所述永磁体的块数n_pm和电动机定子齿的个数n_s满足：n_pm/m=0.5*n_s，m为大于等于1的自然数。

4.如权利要求1所述的一种低成本高功率密度单相高速永磁电动机，其特征是，所述永磁体采用低成本的铁氧体，通过设置三块铁氧体之间的安置角度来实现聚磁效应，提高气隙磁密。

5.如权利要求1所述的一种低成本高功率密度单相高速永磁电动机，其特征是，所述电枢绕组从一个电枢绕组所在槽穿入，从相邻的电枢槽穿出，相邻两个电枢槽内的绕组组成一个电枢线圈，每个电枢线圈横跨两个定子齿距，相邻两个电枢槽内绕组的电流大小相同，方向相反。

6.如权利要求1所述的一种低成本高功率密度单相高速永磁电动机，其特征是，所述定子槽内只安放有一套电枢绕组，定子槽内不需要相间绝缘，槽利用率高。

7.如权利要求1所述的一种低成本高功率密度单相高速永磁电动机，其特征是，所述空气槽内灌注环氧树脂非导磁材料。

8.如权利要求1所述的一种低成本高功率密度单相高速永磁电动机，其特征是，所述定子齿，定子轭和转子齿均采用硅钢片叠压而成或者采用高导磁率铁芯材料一次制成。

9.基于权利要求1-8任一所述的一种低成本高功率密度单相高速永磁电动机的工作方法，其特征是，包括：

当电枢绕组不通电时，永磁体产生的磁通的一部分经过定子轭部，定子齿和主气隙沿电动机径向流入转子齿，再经过相邻的转子齿流出到主气隙到达另一个极下的永磁体，再经过定子背部闭合，这形成了电动机的主磁通；

当电枢绕组通电时，电枢绕组电流产生的磁场使得电枢绕组所在电枢槽两侧的定子齿分别呈现不同的极性，与永磁体产生的磁场作用叠加，使得一个定子齿显示极性，有主磁通磁通经过，相邻的另一个定子齿没有极性，无磁通流过，由于电枢绕组每隔一个槽设置，因此，电动机内有一半的定子齿具有极性，一半的定子齿没有极性，根据磁阻最小原理，将使转子旋转到使转子齿与具有极性的定子齿重合；

由于转子齿数为定子齿数的一半，此时正好有每个转子齿均与定子齿正对，这个位置为转子齿和定子齿的对齐位置，这个位置对应的磁阻最小；此时，若转子继续旋转，需改变电枢绕组内电流的方向，使得刚才不具有极性的定子齿显示极性，而原先有极性的定子齿不显示极性，这时，根据磁阻最小原理，转子齿将有旋转到与现在四个有极性定子齿对齐的趋势，因而转子将受力旋转，当转子齿与定子再次重合后，继续改变电枢绕组电流的方向，这个过程将一直重复，转子将持续旋转。