專利名稱:一種齒槽凸極永磁復合陣列及電磁裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于電磁裝置、電機電器領域，具體涉及一種齒槽凸極永磁復合陣列及電磁裝置，齒槽凸極永磁復合陣列由至少一組齒槽凸極永磁復合陣列單元依次貼裝組成，齒槽凸極永磁復合陣列單元由槽部凸鐵、磁體陣列、鐵芯組成，鐵芯上設置有凹槽，凹槽的兩側為齒部凸鐵，剩余部分為軛部，槽部凸鐵位于凹槽內中部并緊貼磁體陣列外表面設置，磁體陣列由至少一組沿凹槽內壁貼裝而成的槽周磁體組成，磁體陣列在槽部凸鐵表面聚集成極性相同的磁極，在齒部凸鐵表面形成極性相反的磁極。采用本實用新型可大幅抑制甚至完全消除次級內部的漏磁，相同體積和制造成本下，可大幅增加永磁電機等電磁裝置的功率和出力，或相同功率下，大幅降低永磁電機等電磁裝置的體積和制造使用成本，特別適用于大功率永磁電機等電磁裝置工程應用場合。
【專利說明】
一種齒槽凸極永磁復合陣列及電磁裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于屬于電機電器、電磁裝置領域，具體涉及一種齒槽凸極永磁復合陣列及電磁裝置。
【背景技術】
[0002]永磁電機作為一種電磁裝置已經廣泛應用于各行各業，它主要分為永磁旋轉電機和永磁直線電機兩大類。永磁旋轉電機按轉子永磁體的布置方式可分為表面式(又分為表面凸出式、表面插入式)、內置式(又分為徑向式、切向式、混合式等)等轉子磁路結構，前者結構簡單，但等效電磁氣隙大，功率密度較低，不能自起動，后者功率密度比前者大，但漏磁也較大，需要設置專門的隔磁橋限制漏磁，結構復雜，都導致電機的功率密度低、永磁體利用率不高。作為另一大類的永磁直線電機也廣泛應用于磁懸浮列車、直驅電梯、自動化流水線等很多應用領域和場合，按結構可分為平面型、圓筒型(管型)、弧型等類型，按動子永磁體的布置方式可分為隱極型、凸極型、混合型等，按初級、次級的布置方式還可分為雙邊型和單邊型以及復合型等，還有其它種類的電磁裝置同樣也存在電磁氣隙和/或漏磁大，功率密度低、出力小、體積大，制造和使用成本高等問題。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型要解決的技術問題是現有電磁裝置包括永磁電機輸出功率低、力能指標低、體積過大、成本過高的工程應用瓶頸問題。具體涉及一種齒槽凸極永磁復合陣列及電磁裝置，所述的齒槽凸極永磁陣列由槽部凸鐵、磁體陣列、齒部凸鐵組成，齒部凸鐵由帶軛部的鐵芯齒組成，磁體陣列由沿鐵芯槽內壁貼裝而成的槽周磁體組成，槽部凸鐵位于鐵芯槽內中部緊貼磁體陣列另一表面設置，
[0004]為達到上述目的，采用以下技術方案:
[0005]—種齒槽凸極永磁復合陣列，齒槽凸極永磁復合陣列由至少一組齒槽凸極永磁復合陣列單元依次貼裝組成，齒槽凸極永磁復合陣列單元由槽部凸鐵、磁體陣列、鐵芯組成，鐵芯上設置有凹槽，凹槽的兩側為齒部凸鐵，剩余部分為軛部，槽部凸鐵位于凹槽內中部并緊貼磁體陣列外表面設置，磁體陣列由至少一組沿凹槽內壁貼裝而成的槽周磁體組成，磁體陣列在槽部凸鐵表面聚集成極性相同的磁極，在齒部凸鐵表面形成極性相反的磁極。
[0006]相鄰的齒槽凸極永磁復合陣列單元中的鐵芯為一體結構。
[0007]所述鐵芯凹槽的截面為U形或半圓形或矩形或梯形或正弦波形或V形或三角形或菱形或五邊形或六邊形或“凹”形或“凸”形或燕尾塊形。
[0008]在齒部凸鐵上開設至少一個開口槽，開口槽中設置有法向磁體，法向磁體表面極性與齒部凸鐵表面極性一致。
[0009]齒部凸鐵和/或槽部凸鐵上設置至少一個導電體，導電體的橫向端部通過導電環或導電片連成一體。
[0010]齒部凸鐵和/或槽部凸鐵上設置有至少一個空腔，空腔內設置有導電體，各導電體橫向端部通過導電環或導電片連成一體;或者在齒部凸鐵和/或槽部凸鐵的表面鋪設或連接一層周向薄片，將齒部凸鐵和槽部凸鐵彼此連接成一個整體，周向薄片為導磁薄片或導電薄片或導磁導電復合薄片或為帶槽的導磁齒槽薄片，槽內嵌導電體，導電體橫向端部通過導電環或導電片連成一體。
[0011]至少有一組槽部凸鐵與齒部凸鐵和/或軛部的兩橫向端部通過連接件連接成一體，和/或至少有一組槽部凸鐵底部與其下方的軛部之間通過至少一個導磁法向薄片連接成一體，形成統一的齒槽凸極永磁復合陣列，該法向薄片將槽部凸鐵周圍的磁體陣列或槽周磁體分成左右兩半。
[0012]所述的槽周磁體、法向磁體為永磁體、超導磁體或者電勵磁體。
[0013]所述的齒槽凸極永磁復合陣列圍繞一縱向軸線將齒槽凸極永磁復合陣列的橫向兩端首尾相連卷成圓筒形，成為圓筒型齒槽凸極永磁復合陣列。
[0014]所述的齒槽凸極永磁復合陣列沿一橫向軸線將齒槽凸極永磁復合陣列的縱向兩端首尾相連卷成圓形，形成旋轉型齒槽凸極永磁復合陣列。
[0015]兩個齒槽凸極永磁復合陣列面對面分開設置或成“八”字形設置成雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列，或背靠背設置構成共軛雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列。
[0016]所述的雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列兩邊的橫向端部連接件連接成一體，形成U型齒槽凸極永磁復合陣列。
[0017]以所述的齒槽凸極永磁復合陣列作為次級，與相應的初級或開槽鐵芯或不開槽鐵芯配合構成齒槽凸極永磁復合電磁裝置。
[0018]采用本實用新型的齒槽凸極永磁復合陣列作為次級與相應初級配合形成齒槽凸極永磁復合電磁裝置，可大幅抑制甚至完全消除次級內部的漏磁，相同體積和制造成本下，可大幅增加電機等裝置的功率和出力，或相同功率下，大幅降低裝置的體積和制造使用成本，特別適用于大功率電機等電磁裝置等工程應用場合。解決了大功率電機等電磁裝置工程應用的瓶頸問題。
【附圖說明】

[0019]圖1為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖一；
[0020]圖2為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖二；
[0021]圖3為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖三；
[0022]圖4為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖四；
[0023]圖5為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖五；
[0024]圖6為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖六；
[0025]圖7為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖七；
[0026]圖8為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖八；
[0027]圖9為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖九；
[0028]圖10為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖十；
[0029]圖11為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖十一；
[0030]圖12為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖十二；
[0031]圖13為本實用新型的一種齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖十三；
[0032]圖14為雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖一；
[0033]圖15為雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖二；
[0034]圖16為雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖三；
[0035]圖17為雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖四；
[0036]圖18為雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖五；
[0037]圖19為雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖六；
[0038]圖20為雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖七；
[0039]圖21為雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖八；
[0040]圖22為圓筒型齒槽凸極永磁復合陣列截面結構示意圖；
[0041 ]圖23為圓筒型齒槽凸極永磁復合陣列三維剖視圖；
[0042]圖24為圓筒型齒槽凸極永磁復合陣列三維圖；
[0043]圖25為旋轉電機結構不意圖一；
[0044]圖26為旋轉電機結構示意圖二；
[0045]圖27為單邊復合永磁電磁裝置結構示意圖一；
[0046]圖28為單邊復合永磁電磁裝置結構示意圖二；
[0047]圖29為單邊復合永磁電磁裝置結構示意圖三；
[0048]圖30為單邊復合永磁電磁裝置結構示意圖四；
[0049]圖31為雙邊復合永磁電磁裝置結構示意圖；
[0050]圖32為單邊復合永磁電磁裝置磁場有限元仿真磁力線分布圖。
[0051]其中:1.初級;2.磁體陣列;3.槽部凸鐵;4.齒部凸鐵;5.軛部;6.周向薄片;7.導電體;8.法向薄片;9.法向磁體。
【具體實施方式】
[0052]如圖1-圖13所示，所述的齒槽凸極永磁陣列由至少一組齒槽凸極永磁復合陣列單元依次貼裝組成，齒槽凸極永磁復合陣列單元由槽部凸鐵3、磁體陣列2、鐵芯組成，鐵芯上設置有凹槽，凹槽的兩側為齒部凸鐵4，剩余部分為軛部5，槽部凸鐵3位于凹槽內中部并緊貼磁體陣列2外表面設置，磁體陣列2由至少一組沿凹槽內壁貼裝而成的槽周磁體組成，磁體陣列2在槽部凸鐵3表面聚集成極性相同的磁極，在齒部凸鐵4表面形成極性相反的磁極。相鄰的齒槽凸極永磁復合陣列單元中的鐵芯為一體結構。
[0053]圖1、圖7、圖8所示的槽部凸鐵的截面為U形；圖2所示的槽部凸鐵3的截面為矩形，圖3、圖4所示的槽部凸鐵3的截面為梯形，圖5所示的槽部凸鐵3的截面六邊形，圖6所示的槽部凸鐵3的截面為“凸”字形，磁體陣列2及不動槽部凸鐵4上的鐵芯槽與浮動槽部凸鐵3配合設置。
[0054]圖9中，所述的齒部凸鐵4或鐵芯齒表面開設至少一個開口槽，開口槽內配合設置或嵌放法向磁體9，法向磁體9表面磁極極性與齒部凸鐵4表面極性一致。法向磁體9形狀為矩形或梯形或三角形或“凸”形或平口半圓形或平口弧形或它們的組合形結構，開口槽槽形與法向磁體9配合設置。
[0055]圖10中，所述的齒槽凸極永磁復合陣列中的槽部凸鐵3底部與其下方的軛部5之間通過至少一個導磁法向薄片8連接成一體，法向薄片8將磁體陣列2底部槽周磁體分成兩半。圖11中，所述的齒槽凸極永磁復合陣列中的槽部凸鐵3和/或齒部凸鐵4表面開設至少一個開口小槽或半閉口小槽或閉口小槽，小槽內嵌導電體7，并將位于同一槽部凸鐵3或齒部凸鐵4的各導電體7橫向端部通過(類似于鼠籠旋轉感應電機端部短路環)導電短路帶或導電連接件連成一體。
[0056]所述的齒槽凸極永磁復合陣列中的槽部凸鐵3、齒部凸鐵4的表面鋪設或連接一層連續布置的周向薄片6，將各槽部凸鐵3、齒部凸鐵4彼此連接成一個整體，周向薄片6為導磁薄片或導電薄片或導磁導電復合薄片(如圖12所示)，或為至少帶一個開口小槽或半閉口小槽或閉口小槽的導磁齒槽薄片，小槽內嵌導電體7，各導電體橫向端部通過導電短路帶或導電連接件連成一體，如圖13所示。
[0057]圖14-圖21中，沿軛部5—縱向軸線鏡像成為雙邊齒槽凸極永磁復合陣列，縱向為鐵芯表面切向方向或運動方向，法向為齒槽中心線方向，橫向為垂直于縱向和法向的方向。
[0058]上述槽部凸鐵3橫向端部與齒部凸鐵4或軛部5或齒部凸鐵4、軛部5的橫向端部通過端部支撐板或連接件連成一體，形成統一的齒槽凸極永磁復合陣列。
[0059]圖22、圖23為圓筒型齒槽凸極永磁復合陣列結構示意圖，將圖1中齒槽凸極永磁復合陣列圍繞軛部5之外的一縱向軸線將齒槽凸極永磁復合陣列的橫向首尾兩端相接卷成圓柱形或管型，成為圓筒型或管型齒槽凸極永磁復合陣列，縱向為齒部凸鐵4表面切向方向或運動方向，法向為齒部凸鐵4或槽部凸鐵3中心線方向，橫向為垂直于縱向和法向的方向。其中，圖22為圓筒型齒槽凸極永磁復合陣列軸對稱截面圖，圖23為圓筒型齒槽凸極永磁復合陣列三維局部截面圖，圖24為圓筒型齒槽凸極永磁復合陣列三維結構示意圖。
[0060]圖25、圖26為旋轉電機示意圖，圖中，將圖1齒槽凸極永磁復合陣列圍繞軛部5之外的一橫向軸線將齒槽凸極永磁復合陣列的縱向首尾兩端相接卷成圓環形，成為旋轉型齒槽凸極永磁復合陣列，縱向為齒部凸鐵4表面切向方向或運動方向，法向為齒槽中心線方向，橫向為垂直于縱向和法向的方向。將該旋轉型齒槽凸極永磁復合陣列，與相對應的定子或動子繞組配合形成齒槽凸極永磁直線電機或齒槽凸極永磁旋轉電機。
[0061]圖27-圖31為復合永磁電磁裝置結構應用示意圖，圖中，所述的齒槽凸極永磁復合陣列作為動子或定子，與相對應的定子或動子繞組配合形成單邊復合永磁電磁裝置。其中，圖31為雙邊齒槽凸極永磁直線電機，其余為單邊齒槽凸極永磁直線電機。
[0062]上述實施例中，所述的磁體可以采用永磁體，或者超導磁體，或者電勵磁體，根據具體的需要而定。一般來說，優先采用釹鐵硼材料制成的強磁性永磁體。
[0063]圖32為本實用新型所述的單邊齒槽凸極永磁直線電機磁場有限元仿真磁力線分布圖，從中可以看出，除了常規難以避免的氣隙(槽部凸鐵3)表面及初級槽口區域出現少量漏磁外，本實用新型的齒槽凸極永磁復合陣列或次級內部區域幾乎沒有漏磁，使得次級永磁主磁路在理論上可達到近乎完美，也就是說永磁體在次級內部區域幾乎沒有能量損失，幾乎都用于參與初、次級的機電能量轉換，因此，本實用新型的電機推力比普通隱極式或凸極式永磁直線電機大幅增加。從而解決了現有電機等電磁裝置出力小、成本高、體積大等長期制約工程應用的瓶頸問題，提供一種結構簡單、出力大、性價比極高的齒槽凸極永磁復合陣列組成的齒槽凸極永磁復合電磁裝置。
[0064]上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種齒槽凸極永磁復合陣列，其特征在于:齒槽凸極永磁復合陣列由至少一組齒槽凸極永磁復合陣列單元依次貼裝組成，齒槽凸極永磁復合陣列單元由槽部凸鐵、磁體陣列、鐵芯組成，鐵芯上設置有凹槽，凹槽的兩側為齒部凸鐵，剩余部分為軛部，槽部凸鐵位于凹槽內中部并緊貼磁體陣列外表面設置，磁體陣列由至少一組沿凹槽內壁貼裝而成的槽周磁體組成，磁體陣列在槽部凸鐵表面聚集成極性相同的磁極，在齒部凸鐵表面形成極性相反的磁極。2.根據權利要求1所述的一種齒槽凸極永磁復合陣列，其特征在于:相鄰的齒槽凸極永磁復合陣列單元中的鐵芯為一體結構。3.根據權利要求1所述的一種齒槽凸極永磁復合陣列，其特征在于:所述鐵芯凹槽的截面為U形或半圓形或矩形或梯形或正弦波形或V形或三角形或菱形或五邊形或六邊形或“凹，，形或“凸”形或燕尾塊形。4.根據權利要求1所述的一種齒槽凸極永磁復合陣列，其特征在于:在齒部凸鐵上開設至少一個開口槽，開口槽中設置有法向磁體，法向磁體表面極性與齒部凸鐵表面極性一致。5.根據權利要求1所述的一種齒槽凸極永磁復合陣列，其特征在于:齒部凸鐵和/或槽部凸鐵上設置至少一個導電體，導電體的橫向端部通過導電環或導電片連成一體。6.根據權利要求1所述的一種齒槽凸極永磁復合陣列，其特征在于:齒部凸鐵和/或槽部凸鐵上設置有至少一個空腔，空腔內設置有導電體，各導電體橫向端部通過導電環或導電片連成一體;或者在齒部凸鐵和/或槽部凸鐵的表面鋪設或連接一層周向薄片，將齒部凸鐵和槽部凸鐵彼此連接成一個整體，周向薄片為導磁薄片或導電薄片或導磁導電復合薄片或為帶槽的導磁齒槽薄片，槽內嵌導電體，導電體橫向端部通過導電環或導電片連成一體。7.根據權利要求1-6中任一權利要求所述的一種齒槽凸極永磁復合陣列，其特征在于:至少有一組槽部凸鐵與齒部凸鐵和/或軛部的兩橫向端部通過連接件連接成一體，和/或至少有一組槽部凸鐵底部與其下方的軛部之間通過至少一個導磁法向薄片連接成一體，形成統一的齒槽凸極永磁復合陣列，該法向薄片將槽部凸鐵周圍的磁體陣列或槽周磁體分成左右兩半。8.根據權利要求4中所述的一種齒槽凸極永磁復合陣列，其特征在于:所述的槽周磁體、法向磁體為永磁體、超導磁體或者電勵磁體。9.根據權利要求7所述的一種齒槽凸極永磁復合陣列，其特征在于:所述的齒槽凸極永磁復合陣列圍繞一縱向軸線將齒槽凸極永磁復合陣列的橫向兩端首尾相連卷成圓筒形，成為圓筒型齒槽凸極永磁復合陣列。10.根據權利要求7所述的一種齒槽凸極永磁復合陣列，其特征在于:所述的齒槽凸極永磁復合陣列沿一橫向軸線將齒槽凸極永磁復合陣列的縱向兩端首尾相連卷成圓形，形成旋轉型齒槽凸極永磁復合陣列。11.根據權利要求7所述的一種齒槽凸極永磁復合陣列，其特征在于:兩個齒槽凸極永磁復合陣列面對面分開設置或成“八”字形設置成雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列，或背靠背設置構成共軛雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列。12.根據權利要求11所述的一種齒槽凸極永磁復合陣列，其特征在于:所述的雙邊型齒槽凸極永磁復合陣列兩邊的橫向端部連接件連接成一體，形成U型齒槽凸極永磁復合陣列。13.應用權利要求1-12中任一權利要求所述的齒槽凸極永磁復合陣列的一種電磁裝置，其特征在于:以所述的齒槽凸極永磁復合陣列作為次級，與相應的初級或開槽鐵芯或不開槽鐵芯配合構成齒槽凸極永磁復合電磁裝置。
【文檔編號】H02K1/27GK205693463SQ201521114017
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2015年12月29日 公開號201521114017.6, CN 201521114017, CN 205693463 U, CN 205693463U, CN-U-205693463, CN201521114017, CN201521114017.6, CN205693463 U, CN205693463U
【發明人】汪旭東, 許孝卓, 汪慧, 封海潮
【申請人】河南理工大學, 焦作市華鷹機電技術有限公司