一種12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機的制作方法

本發明設計一種開關磁阻電機，特別是一種永磁輔助勵磁的開關磁阻電機，可用于風力發電場合。

背景技術：

近年來隨著電力電子技術的發展以及微處理器的普遍應用，基于開關磁阻電機的調速驅動系統受到了國內外學者的廣泛關注。開關磁阻電機特殊的定轉子結構使其具有結構簡單牢固、可靠性高和制造成本低等特點，這使得開關磁阻電機在紡織工業、航空工業、采礦行業、家電和電動汽車等領域得到廣泛的應用。

但是開關磁阻電機也存在很多問題，限制了其進一步的發展，例如電機損耗高，運行過程中轉矩脈動和噪聲較大，電機模型較難獲得，轉子表面利用率低，造成體積大轉矩小等。在專利201310263148.x中提出將6相12/10結構開關磁阻電機轉化為3相電機，即將相鄰兩個定子鐵心的磁極齒向相反方向偏移3°，獲得定子內徑非等間距的電機，可以縮短磁通閉合路徑，減小磁通閉合過程中的磁阻，雖然降低電機了的能量損耗，但未能考慮提高電機輸出轉矩的問題。

技術實現要素：

本發明的技術解決問題是：克服12/10結構開關磁阻電機的不足，提供一種利用永磁體和輔助繞組線圈輔助勵磁的電機，增加氣隙磁通，提高電機輸出轉矩。

本發明的技術解決方案是：一種12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機，由一個定子背軛、一個定子鐵心、十二個繞組線圈、六個輔助勵磁繞組線圈、六個永磁體、一個轉子鐵心、一個軸組成。定子背軛內側是定子鐵心和永磁體，定子背軛與定子鐵心、永磁體相連。其中定子鐵心有12個磁極齒，上面繞制有轉矩繞組線圈，轉矩繞組線圈為電機提供工作的磁場。定子鐵心的外側是定子背軛，定子背軛與定子鐵心相連。定義定子鐵心外徑為r1，內徑為r2，定子齒高為h1，定子齒根部弧長為λ，定子鐵心的磁極齒內徑所對應的圓弧為非等間距，相鄰兩個定子鐵心的磁極齒向相反方向偏移3°，即磁極齒a’和磁極齒b’所對應的圓弧的圓心角為33°，磁極齒b’和磁極齒c’所對應的圓弧的圓心角為27°；磁極齒c’和磁極齒d’所對應的圓弧的圓心角為33°，磁極齒d’和磁極齒e’所對應的圓弧的圓心角為27°；磁極齒e’和磁極齒f’所對應的圓弧的圓心角為33°，磁極齒f’和磁極齒a’所對應圓弧的圓心角為27°；磁極齒a1’和磁極齒b1’所對應的定子圓弧角度為33°，磁極齒b1’和磁極齒c1’所對應的圓弧的圓心角為27°；磁極齒c1’和磁極齒d1’所對應的圓弧的圓心角為33°，磁極齒d1’和磁極齒e1’所對應的圓弧的圓心角為27°；磁極齒e1’和磁極齒f1’所對應的圓弧的圓心角為33°，磁極齒f1’和磁極齒a’所對應圓弧的圓心角為27°。相鄰的兩個定子齒根部之間的弧長為△，永磁體嵌入在定子背軛與定子鐵心之間，其中心線與定子鐵心槽中心線重合，相鄰的兩個永磁體之間的夾角為60°。永磁體為六面體結構，與電機軸向方向平行的兩個面為拱形面，其余四個面為平面，其中有兩個側面與定子鐵心的側面相連。輔助勵磁繞組線圈纏繞在輔助勵磁繞組安裝槽內，六對輔助勵磁繞組安裝槽分別位于定子鐵心的軛部，每對安裝槽為從定子鐵心內、外兩側看過去的相對的方形凹槽，其中心線與定子鐵心槽中心線重合，相鄰的兩對安裝槽之間的夾角為60°。安裝槽深度為h2，寬度為w，每對輔助勵磁繞組安裝槽相連部分的厚度為μ，則應滿足μ≥1/3λ，1/2△≤w≤△。六個永磁體與六對輔助勵磁繞組安裝槽交替排列，均勻地分布在定子鐵心的軛部。定子鐵心內部是轉子鐵心，定子鐵心和轉子鐵心之間留有間隙，形成空氣隙，轉子鐵心有10個沿圓周均勻分布的磁極齒，均由導磁性良好的硅鋼片沖制后疊成，轉子鐵心的內部為軸。

上述方案的原理是：本發明利用永磁體和輔助勵磁線圈提供激勵磁通，由于電機的勵磁方式由傳統的電勵磁變成與永磁體共同作用的混合勵磁，這就能在保持輸入勵磁電流不變的情況下增加電機磁路的飽和程度，從而增加電機的電磁轉矩。本發明的磁通閉合回路為：轉矩繞組線圈的磁通路徑為：磁通從磁極齒的n極(所在的磁極齒纏繞線圈通電產生)出發，通過氣隙、轉子鐵心、氣隙又回到磁極齒的s極。以a’、b’兩相為例，其磁路為：磁通從磁極齒b’出發，經過氣隙、轉子鐵心、氣隙，流經磁極齒a’，再經磁極齒a’與b’之間的定子軛回到磁極齒b’，形成閉合回路，如圖3虛線所示。輔助勵磁繞組線圈產生的磁通路徑為與轉矩繞組產生的磁通路徑相同，以a’，b’兩相之間的輔助勵磁線圈為例，磁通從輔助勵磁繞組線圈出發，經過定子軛，磁極齒b’，氣隙，轉子鐵心，氣隙，磁極齒a’，回到輔助勵磁繞組線圈，形成閉合回路，如圖4虛線所示。將永磁體分別標記為p1，p2，p3，p4，p5，p6，永磁體的磁通路徑為：磁通從永磁體n極出發，環繞定子軛部一周，回到s極，形成閉合回路，如圖5中虛線所示。但永磁體磁通會在輔助勵磁繞組線圈的作用下，改變其原有的磁通路徑，以a’，b’和a1’，b1’之間的輔助勵磁繞組線圈通電為例，磁通從永磁體p1的n極出發，經過磁極齒b’，氣隙，轉子鐵心，氣隙，磁極齒a1’，永磁體p6，永磁體p5，永磁體p4，磁極齒b1’，氣隙，轉子鐵心，氣隙，磁極齒a1’，永磁體p3，永磁體p2，回到永磁體p1的s極，形成閉合回路，如圖6中虛線所示。由此可知，轉矩產生的原理為：轉矩繞組線圈通電，產生磁場，在轉子轉動過程中，由于磁拉力的存在，產生轉矩。永磁體產生的磁通在輔助勵磁繞組線圈的作用下，改變其磁通路徑，在保持輸入勵磁電流不變的情況下增加電機磁路的飽和程度，從而增加電機的電磁轉矩。

本發明與現有技術相比的優點在于：本發明所述一種12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機，通過增加永磁體與輔助勵磁繞組線圈，在保持輸入勵磁電流不變的情況下增加電機磁路的飽和程度，從而增加電機的電磁轉矩。

附圖說明

圖1為本發明技術方案12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機軸向剖面圖；

圖2為本發明技術方案12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機定子結構圖，其中圖2a為三維立體結構圖，圖2b為圖2a的定子端面圖,圖2c為定子齒結構圖；

圖3為本發明技術方案12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機轉矩繞組線圈磁通路徑圖；

圖4為本發明技術方案12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機輔助勵磁繞組線圈磁通路徑圖；

圖5為本發明技術方案12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機永磁體磁通路徑圖；

圖6為本發明技術方案12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機永磁體在輔助勵磁繞組線圈工作時的磁通路徑圖；

具體實施方式

如圖1所示，一種12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機由定子背軛(1)、定子鐵心(2)、轉矩繞組線圈(3)、輔助勵磁線圈(4)、永磁體(5)、轉子鐵心(6)、軸(7)組成。定子背軛(1)內側是定子鐵心(2)和永磁體(5)，定子背軛(1)與定子鐵心(2)、永磁體(5)相連。其中定子鐵心(2)有12個磁極齒，上面繞制有轉矩繞組線圈(3)，轉矩繞組線圈(3)為電機提供工作的磁場。定子鐵心(2)的外側是定子背軛(1)，定子背軛(1)與定子鐵心(2)相連。定義定子鐵心(2)外徑為r1，內徑為r2，定子齒高為h1，定子齒根部弧長為λ。其中，定子鐵心(2)的磁極齒內徑圓弧為非等間距，相鄰兩個定子鐵心(2)的磁極齒向相反方向偏移3°；相鄰的兩個定子齒根部弧長為△，永磁體嵌入在定子背軛與定子鐵心之間，其中心線與定子鐵心槽中心線重合，相鄰的兩個永磁體之間的夾角為60°。永磁體為六面體結構，與電機軸向方向平行的兩個面為拱形面，其余四個面為平面，其中有兩個側面與定子鐵心的側面相連。輔助勵磁繞組線圈纏繞在輔助勵磁繞組安裝槽內，六對輔助勵磁繞組安裝槽分別位于定子鐵心的軛部，每對安裝槽為從定子鐵心(2)內、外兩側看過去的相對的方形凹槽，其中心線與定子鐵心槽中心線重合，相鄰的兩對安裝槽之間的夾角為60°。設安裝槽深度為h2，寬度為w，每對輔助勵磁繞組安裝槽相連部分的厚度為μ，則應滿足μ≥1/3λ，1/2△≤w≤△。六個永磁體與六對輔助勵磁繞組安裝槽交替排列，均勻地分布在定子鐵心的軛部。定子鐵心(2)內部是轉子鐵心(6)，轉子鐵心(6)有10個沿圓周均勻分布的磁極齒，定子鐵心(2)與轉子鐵心(6)均為凸極結構，定子鐵心(2)與轉子鐵心(6)之間留有間隙，形成空氣隙，轉子鐵心(6)的內部為軸(7)。

圖2給出了本發明技術方案一種12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機定子結構圖，圖2a為定子鐵心的三維立體結構圖；圖2b為定子鐵心端面圖，圖2c是定子齒結構圖。定子鐵心(2)的磁極齒內徑圓弧為非等間距，相鄰兩個定子鐵心(2)的磁極齒向相反方向偏移3°，磁極齒a’和磁極齒b’(磁極齒a1’和磁極齒b1’)所對應的內徑圓弧的圓心角為33°，磁極齒b’和磁極齒c’(磁極齒b1’和磁極齒c1’)所對應的內徑圓弧的圓心角為27°，磁極齒c’和磁極齒d’(磁極齒c1’和磁極齒d1’)所對應的圓弧的圓心角為33°，磁極齒d’和磁極齒e’(磁極齒d1’和磁極齒e1’)所對應的圓弧的圓心角為27°；磁極齒e’和磁極齒f’(磁極齒e1’和磁極齒f1’)所對應的圓弧的圓心角為33°，磁極齒f’和磁極齒a’(磁極齒f1’和磁極齒a’)所對應圓弧的圓心角為27°；定子鐵心(2)槽寬度△為等間距，永磁體嵌入在定子背軛與定子鐵心之間，其中心線與定子鐵心槽中心線重合，相鄰兩個永磁體之間的夾角為60°。永磁體為六面體結構，與電機軸向方向平行的兩個面為拱形面，其余四個面為平面，其中有兩個側面與定子鐵心的側面相連。輔助勵磁繞組線圈纏繞在輔助勵磁繞組安裝槽內，六對輔助勵磁繞組安裝槽分別位于定子鐵心的軛部，每對安裝槽為從定子鐵心(2)內、外兩側看過去的相對的方形凹槽，其中心線與定子鐵心槽中心線重合，相鄰的兩對安裝槽之間的夾角為60°。設安裝槽深度為h2，寬度為w，每對輔助勵磁繞組安裝槽相連部分的厚度為μ，則應滿足μ≥1/3λ，1/2△≤w≤△。六個永磁體與六對輔助勵磁繞組安裝槽交替排列，均勻地分布在定子鐵心的軛部。本發明中當取定子鐵心(2)外徑r1＝66mm，內徑r2＝35mm，λ＝9mm，h1＝21mm時，根據關系式可得定子鐵心(2)槽寬為△＝20mm，兩個安裝槽相連部分厚度為由此可得取安裝槽寬度為

圖3為本發明技術方案12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機轉矩繞組線圈(3)磁通路徑圖，磁通從磁極齒的n極(所在的磁極齒纏繞線圈通電產生)出發，通過氣隙、轉子鐵心、氣隙又回到磁極齒的s極。以a’、b’兩相為例，其磁路為：磁通從磁極齒b’出發，經過氣隙、轉子鐵心、氣隙，流經磁極齒a’，再經磁極齒a’與b’之間的定子軛回到磁極齒b’，形成閉合回路。

圖4為本發明技術方案12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機輔助勵磁繞組線圈(4)磁通路徑圖，輔助勵磁繞組線圈(4)產生的磁通路徑為與轉矩繞組線圈(3)產生的磁通路徑相同，以a’，b’兩相之間的輔助勵磁線圈(4)為例，磁通從輔助勵磁繞組線圈(4)出發，經過定子軛，b’相，氣隙，轉子鐵心，氣隙，a’相，回到輔助勵磁繞組線圈(4)，形成閉合回路。

圖5為本發明技術方案12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機永磁體(5)磁通路徑圖，磁通從永磁體(5)n極出發，環繞定子軛部一周，回到s極，形成閉合回路。

圖6為本發明技術方案12/10永磁輔助勵磁開關磁阻電機永磁體(5)在輔助勵磁繞組線圈(4)工作時的磁通路徑圖，以a’，b’和a1’，b1’之間的輔助勵磁繞組線圈(4)通電為例，磁通從永磁體p1的n極出發，經過b’相，氣隙，轉子鐵心，氣隙，a’相，永磁體p6，永磁體p5，永磁體p4，b1’相，氣隙，轉子鐵心，氣隙，a1’相，永磁體p3，永磁體p2，回到永磁體p1的s極。

上述發明方案所用軸(7)采用導磁性能良好的材料制成，如45號鋼或40cr等。定子鐵心(2)可用導磁性能良好的電工薄鋼板如電工純鐵、電工硅鋼板dr510、dr470、dw350等磁性材料沖壓迭制而成。永磁體(5)的材料為磁性能良好的稀土永磁體或鐵氧體永磁體。轉矩繞組線圈(3)和輔助勵磁繞組(4)可用導電良好的電磁線繞制后浸漆烘干而成。