[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

说明书

本发明公开了一种低成本高功率密度单相高速永磁电动机及方法，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，空气槽两侧铁氧体充磁方向相反；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，提高电机的性能和功率密度。

技术领域

本发明属于永磁电动机技术领域，尤其涉及一种低成本高功率密度单相高速永磁电动机及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

高速风机、泵类等负载驱动场合，由于在国民经济各领域中应用量大、面广，并且其中有相当数量的风机泵类负载需要调速，因而使得高速风机、泵类驱动电机在此领域中得到广泛应用。实际应用时，不同的风机和泵类驱动工况对驱动电机的性能有不同的需求，传统方法是通过节流装置来实现流量调节，比较简单，但会造成较大的能源浪费。同时，由于泵类负载以及风机类负载自身制造工艺不成熟、系统组成环节匹配度不高等缺陷的存在，电机耗能问题非常突出。因此，研发新型高速风机和泵类节能驱动电机，研究电机的节能途径与措施，提高其运行效率，降低系统能耗，具有重要意义。目前常见的风机和泵类负载驱动电机多采用交流感应电机和永磁无刷电机。

交流感应电动机以结构简单可靠、成本低廉著称，其转子磁场与同步旋转磁场不同步，因此受转差率的影响，电机转子上会产生感应电流，从而产生额外的焦耳热损耗，降低电机效率。对其进行变频调速时，基频以下通常处于恒转矩模式，即输出转矩保持不变，输出功率随着转速的减小而降低。由于感应电机的工作原理造成其功率因数不高，限制了感应电机在髙效率、髙功率运行区间的使用。

永磁无刷电机采用永磁材料激励，不需要定子侧提供无功励磁电流，功率因数可达相较于感应电机大大提高。在相同工况下，永磁无刷电机具有体积小、重量轻、效率高和噪音低等优点，非常适用于变频调速领域，但是其存在诸多问题。

现有高速风机和泵类永磁驱动电机存在的技术缺点如下：

1、现有大多数永磁电机永磁体位于转子上，运行时随转子一起转动，永磁体需采用特殊工序固定，制造成本高，尤其电机转速较高时，永磁体固定更加困难，由于永磁体位于转子上，运行时散热困难，温升和由于转子转动而引起的振动会导致永磁体机械结构损坏和发生不可逆退磁。

2、现有永磁电机一般为三相，要求电机的功率逆变电路至少需要6个功率开关器件，如IGBT或者MOSFET等，以及与之相应的驱动该功率开关器件的驱动电路和保护电路，使得电机功率逆变电路成本相当高，甚至达到电机本体成本的两到三倍，功率开关器件数量增多增加了控制电路复杂程度，器件发生故障的可能性增加，运行时系统的可靠性降低。

3、除此之外，现有永磁电机多采用分布绕组或者横跨多个极距的集中绕组，普遍存在绕组端部长，用铜量大，制造成本高，电机运行时铜耗大，效率低等缺点，尤其是对于外径较大，轴向长度较小，也就是径长比值较大的电机，这种缺点尤为突出，需要采用特殊的绕组线圈连接方式来减小绕组端部，减小用铜，提高电机运行效率。

4、转子上一般需要高磁能积的永磁体，比如钕铁硼等，永磁材料成本高，制造和加工困难，增加了永磁电机的制造成本，对驱动电机成本要求较高的场合，限制了永磁电机的实际工程应用。