一种环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机制造技术

本发明专利技术公开了一种环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，旨在以定、转子相环体为基本部件制造电机，创造定、转子相环体铁心按奇、偶分组的电磁切换方式。定子相环体在左中右环体盒内安装奇、偶2个圆周阵列铁心和串联的2个1／2相绕组；转子相环体铁心分2种：作为永磁电机，奇数铁心左中磁极间嵌入永磁体，中右磁极间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；作为磁阻永磁电机，奇数铁心中置入左向中磁极，中右磁极间嵌入无磁钢结构体，偶数铁心中置入右向中磁极，左中磁极间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；奇、偶数铁心中嵌入的永磁体或左、右向中磁极磁阻永磁材料叠层体的极性方向相同。定、转子相环体同轴心环套，沿轴向分段装配。本发明专利技术具有通用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种横向磁通永磁或磁阻永磁电机，特别涉及一种环体盒结构的横向磁通永磁或磁阻永磁电机。
技术介绍
横向磁通永磁电机由于其磁路与电路在空间相互垂直，克服了径向磁通电机磁路与电路，即齿与槽的尺寸在同一个圆柱截面上相互制约的缺点，具有提高电机功率和转矩密度，容易实现多相、多极对数结构的特点，成为电机技术界关注和研究的热点。然而，从上世纪80年代，德国H.Weh教授提出横向磁通永磁电机(tranverse flux permanent magnet machine)构想以来，横向磁通永磁电机并未能够走出实验室，未能在世界电机市场上占有一席之地。经研究发现，阻碍横向磁通永磁电机发展的主要技术问题是：第一，在横向磁通电机定子与转子中，一系列呈圆周阵列分布的铁心是离散的；贯穿一系列离散铁心绕组槽的绕组，无论有无骨架，都缺乏机械强度；在定子与转子之间的气隙两侧，定子铁心及其绕组与转子铁心及其包含的永磁体或磁阻永磁材料叠层体之间，存在强大的电磁作用力，要求有相等的机械结构力与之平衡。在定子与转子的结构关系中，以相定子或相转子为基本部件是一种自然选择。需要创造一种机械结构方式，制造整体的相定子或相转子部件，并且应当具有足够的机械强度。第二，磁通流向由径向改变为横向，磁力线所在平面转了90°，这使得原来在径向磁通电机中一直普遍大量使用的硅钢片，在横向磁通电机中难以直接使用了。硅钢片具有令人满意的低成本、低铁耗和在高磁通密度(1.0～2.0T)下的高导磁率等特性。硅钢片的这些优点是现今任何其它电机铁磁材料都不具有的。在径向磁通电机中，硅钢片沿轴向叠装，硅钢片平面即磁力线所在的径向平面与电机的旋转方向平行。在横向磁通电机中，需要创造合适的制造方法，以比较简单的工艺采用硅钢片为主要材料制造横向磁通电机定子或转子铁心，而且，要使铁心硅钢片平面即磁力线所在平面与电机的旋转方向垂直。第三，在径向磁通感应电机中，定子或转子的前端和后端存在铁心槽之外的绕组端部，会产生漏磁和电磁干扰；在现有横向磁通电机中，由于定子或转子的铁心都是离散的，在离散铁心间隔处，也存在暴露在铁心绕组槽之外的绕组导体，同样会产生漏磁和电磁干扰。需要在设计横向磁通电机定子或转子机械结构时，同时考虑对离散的铁心和暴露在铁心间隔处的绕组导体采取电磁屏蔽措施。第四，对于横向磁通永磁或磁阻永磁电机还有一个专门的技术问题需要解决：现有的横向磁通永磁电机，在定转子气隙两侧，圆周方向，相邻2个转子铁心的永磁体极性方向相反，只轮流对应1个定子铁心(相转子铁心的数量是相定子铁心的2倍)。假如相定子铁心与与相转子铁心极对数相等，而且一一对应，就会造成奇数定子铁心与偶数定子铁心中的磁通方向相反，以及贯穿奇数与偶数定子铁心槽的绕组感应电流因为方向相反相互而抵消，这是不允许的。因此，现有的横向磁通永磁电机的相定子磁路和电路在圆周空间的利用率，以及相转子铁心及其永磁体的利用率都只有50％。需要创造一种对应奇数与偶数相转子铁心的永磁体或磁阻与永磁材料叠层体极性方向，切换对应的奇数与偶数相定子铁心磁路及其绕组的电磁结构方式，使得圆周方向气隙两侧每一个奇数或偶数的相转子铁心都能对应一个奇数或偶数的相定子铁心磁路及其绕组，使得相定子铁心及其绕组对于圆周空间的利用率，以及相转子铁心中的永磁体或磁阻与永磁材料叠层体的利用率都能达到应有的100％。第五，横向磁通永磁与磁阻永磁电机的区别应当仅在于其相转子铁心中嵌入的是永磁体或者是磁阻与永磁材料叠层体。有必要提及一件专利技术专利，专利技术申请号：201010100924.0，专利技术名称：磁通切换型聚磁式横向磁通永磁风力发电机。该专利技术为使相定子铁心及其绕组对于圆周空间的利用率从现有的50％达到应有的100％，采取的方法是将一个相转子铁心中嵌入的永磁体由1个改变为极性方向相对的左右2个，数量增加了1倍，同一个转子铁心中的这2个永磁体中只有1个轮流与对应相定子铁心构成磁回路，另一个冗余休息，相转子铁心嵌入的永磁体的利用率还是同原来一样，是50％，为此却付出了昂贵的成本代价。从电磁结构与机械结构角度来看，该专利技术也存在明显缺陷。首先，对于由慢速风力机驱动的多极对数的横向磁通风力发电机，径向尺寸比轴向尺寸更宝贵，但是该专利技术为了进行磁通切换，将相定子的铁心截面从一侧由径向转折为横向到中间，再转折为径向向内，增加了相定子铁心截面无效的径向尺寸。其次，正规制造的相定子绕组，虽然缺乏机械强度，但是其形状是刚性的，不可自由变形，而且其宽度(从该专利技术申请说明书附图可见)应当大于定子铁心槽的入口宽度，所以，相定子绕组根本无法装入到一系列相定子铁心槽里，更不可能同时或先后从一个相定子铁心槽的左边入口，又从相邻的另一个相定子铁心槽的右边入口装入铁心槽。在径向磁通电机工程中使用的铁心槽人工嵌线工艺，在横向磁通电机工程中很难仿效。第三，关于定子铁心、转子铁心如何安装到电机外壳内或转轴上，这是一个极其重要的关键性问题。但该专利技术却空虚声称：其特征是：转子铁心安装在非导磁材料的圆筒(8)上，形成一个转子整体；定子铁心安装在非导磁材料的机壳套筒(7)内，形成一个定子整体。该专利技术只陈述了一点公知的常识，却没有给出具体的技术方案。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：根据横向磁通电机相定子与相转子铁心是离散的，贯穿离散相定子铁心槽的相绕组缺乏机械强度的电磁结构特征，创造一种机械结构方式，制造整体的、具有足够机械强度的相定子或相转子部件；以硅钢片材料为主，以简单的加工工艺制造横向磁通电机相定子或相转子铁心；解决相定子与相转子部件的电磁屏蔽问题；在不增加相转子铁心中嵌入的永磁体或磁阻与永磁材料叠层体数量的前提下，创造一种对应奇数与偶数相转子铁心中的永磁体或磁阻与永磁材料叠层体极性方向，切换对应的奇数与偶数相定子铁心的磁路及其绕组的电磁结构方式，使得相转子铁心的永磁体或磁阻与永磁材料叠层体的利用率和相定子铁心及其绕组对于圆周空间的利用率都能达到应有的100％；横向磁通永磁与磁阻永磁电机的区别仅在于其相转子铁心中嵌入的是永磁体或者是磁阻与永磁材料叠层体。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，由定子相环体与转子相环体、轴和轴承、散热风叶轮、外壳组成，定子或转子相环体盒是用无磁钢材料制造，定子相环体盒分左、中、右3部分，转子相环体盒分左、右2部分；定子相环体是将U型截面的铁心分为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，由定子相环体与转子相环体、轴和轴承、散热风叶轮、外壳组成，其特征在于，定子或转子相环体盒是用无磁钢材料制造，定子相环体盒分左、中、右3部分，转子相环体盒分左、右2部分；定子相环体是将U型截面的铁心分为奇数与偶数2个圆周阵列，分别安装在左、中盒与中、右盒之内，铁心的U型槽口朝向气隙圆弧面，两个圆周阵列铁心U型槽中各贯穿一个相同的1／2相绕组，两个1／2相绕组串联成定子相绕组；转子相环体是在左、右2部分环体盒内，安装一个圆周阵列E型截面铁心，E型槽口朝向气隙圆弧面，E型铁心有左、中、右3个磁极，左、右磁极连通，分2种情况：作为永磁电机，转子相环体中，奇数铁心的左、中磁极之间嵌入永磁体，中、右磁极之间嵌入无磁钢结构体，偶数铁心的中、右磁极之间嵌入永磁体，左、中磁极之间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；奇数与偶数铁心中的永磁体的极性方向相同；作为磁阻永磁电机，设有由硅钢片和永磁材料叠层体制成的、形状相同、磁极充磁方向相反的2种中磁极：左向中磁极、右向中磁极；转子相环体奇数铁心中设置左向中磁极，与右磁极之间嵌入无磁钢结构体，偶数铁心中设置右向中磁极，与左磁极之间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；奇数与偶数铁心中的磁阻永磁材料叠层体的极性方向相同；定子与转子相环体隔气隙同轴心环套，沿轴向分段装配。...

【技术特征摘要】
2013.06.06 CN 201310223266.81.一种环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，由定子相环体与转子相环
体、轴和轴承、散热风叶轮、外壳组成，其特征在于，
定子或转子相环体盒是用无磁钢材料制造，定子相环体盒分左、中、
右3部分，转子相环体盒分左、右2部分；
定子相环体是将U型截面的铁心分为奇数与偶数2个圆周阵列，分别
安装在左、中盒与中、右盒之内，铁心的U型槽口朝向气隙圆弧面，两
个圆周阵列铁心U型槽中各贯穿一个相同的1／2相绕组，两个1／2相绕组
串联成定子相绕组；
转子相环体是在左、右2部分环体盒内，安装一个圆周阵列E型截面
铁心，E型槽口朝向气隙圆弧面，E型铁心有左、中、右3个磁极，左、
右磁极连通，分2种情况：
作为永磁电机，转子相环体中，奇数铁心的左、中磁极之间嵌入永磁
体，中、右磁极之间嵌入无磁钢结构体，偶数铁心的中、右磁极之间嵌入
永磁体，左、中磁极之间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；奇数与偶数铁心
中的永磁体的极性方向相同；
作为磁阻永磁电机，设有由硅钢片和永磁材料叠层体制成的、形状相
同、磁极充磁方向相反的2种中磁极：左向中磁极、右向中磁极；转子相
环体奇数铁心中设置左向中磁极，与右磁极之间嵌入无磁钢结构体，偶数
铁心中设置右向中磁极，与左磁极之间嵌入无磁钢结构体，反之亦然；奇
数与偶数铁心中的磁阻永磁材料叠层体的极性方向相同；
定子与转子相环体隔气隙同轴心环套，沿轴向分段装配。
2.根据权利要求1所述的环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，其特征
在于，
在定子相环体的左、中、右环体盒内，设置安装奇数与偶数圆周阵列
铁心和两个1／2相绕组及其定位环的凹凸型构造，以及3部分环体盒拼合
连接孔和相绕组出线孔；3部分环体盒的拼合面设有绝缘隔离层，左、右
环体盒环形外表面为散热器形状，3部分环体盒采用绝缘螺钉或螺栓拼合
固定。
3.根据权利要求1所述的环体盒结构横向磁通永磁或磁阻永磁电机，其特征
在于，
相定子铁心由U型硅钢片的槽口边沿气隙定子侧圆弧面平行粘贴叠
装，U型硅钢片平面垂直于电机旋转方向；组成一个铁心的U型硅钢片外
形一致，U型槽深度依贯穿其中绕组的圆环形状，由铁心中部向两端，分
2～3个阶段加深；U型硅钢片两侧边设有2个定位缺口，叠装后在铁心两
侧形成2道弧形凹槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新，
申请(专利权)人：王新，
类型：发明
国别省市：上海;31