双环形绕组无源转子横向磁通单相电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了双环形绕组无源转子横向磁通单相电机，属于横向磁通电机的技术领域。
【背景技术】
[0002]横向磁通永磁电机是由德国H.Web教授于二十世纪八十年代提出的一种新型电机，相比于传统永磁电机，该电机磁场呈三维分布，与绕组处于不同平面，可以兼顾绕组的横截面积与定子齿极的横截面积，提高了电机的转矩密度。他提出的原型电机和后面的几种改型电机均是属于表贴永磁体结构，永磁体数量多，而且利用率不高。
[0003]罗-罗公司的双边聚磁结构TFM[A.Mitcham, Transverse flux motors forelectric propuls1n of ships, in 1997 IEE Colloquium on New Topologies forPermanent Magnet Machines, 3/1-3/6]采用了 C形定子铁心，设计的电机力密度达到120kN/m2o
[0004]上海大学设计的横向磁通电机[李永斌，袁琼，江建中.一种新型聚磁式横向磁通永磁电机研宄.电工技术学报.2003，18 (5):46-49]是对定子C形铁心的改进，其定子具有环形公共联接铁心，其内、外定子铁心可以插入到环形公共联接铁心中，便于加工。该电机的永磁体利用率高，但定子铁心为悬臂梁结构，需要设置足够的气隙来保证转子不扫膛。
[0005]华中科技大学辜承林教授提出的新拓扑结构横向磁通电机为外转子结构[陈金涛，辜承林.新型横向磁通永磁电机研宄[J].中国电机工程学报，2005，25 (15):155-160],轴向充磁的永磁体沿转子内表面均匀分布，定子铁心为U型，主气隙为轴向，位于定子铁心与永磁体磁极之间。U形定子铁心以两倍极距均勾分布，固定在非磁性支架上。该拓扑结构具有磁路短，气隙磁密高的优点，但是永磁体的利用率没有得到提高。而且，转子上固定永磁体的套环需要是非金属材料以减小涡流损耗。
[0006]哈尔滨工业大学寇宝泉教授提出的双向交链横向磁通永磁同步电机[G.Yang，
D.Cheng , H.Zhang , and B.Kou, “Bidirect1nal Cross-Linking Transverse FluxPermanent Magnet Synchronous Motor,，，IEEE Trans.Magn., vol.49, n0.3, pp.1242 - 1248，Mar.2013.]，其转子采用了表贴永磁体结构，定子上通过铁心结构与绕组的巧妙设计，提高了永磁体的利用率。其不足之处在于定子铁心结构的加工与安装均较复杂，而且曲折走向的铁心占用了绕组位置。
[0007]清华大学的横向磁通电机[陶果，邱阿瑞，李大雷.新型聚磁式横向磁场永磁推进同步电动机[J].清华大学学报(自然科学版)，2007，47 (10):1562 -1565]转子采用轴向背靠背内埋式永磁体三面墙结构，以减小永磁体漏磁，实现更大的气隙磁场。该结构很好利用了三块永磁体的聚磁作用，但永磁体用量偏多，转子的结构较复杂。
[0008]以上几种横向磁通电机的转子上均有永磁体，在一些应用场合，永磁体的振动与散热问题比较严重。于是人们又提出了无源转子横向磁通电机。
[0009]加拿大Alberta大学的B.E.Hasubek教授等提出的一种无源转子横向磁通电机[Hasubek, B.E.; Nowicki, E.P.Two dimens1nal finite element analysis ofpassive rotor transverse flux motors with slanted rotor design [C].Proc.1EEECanadian Conference on Electrical and Computer Engineering, Alberta, Canada,1999(2):1199-1204]，永磁体和绕组均在定子上，其转子上只有铁心，而且转子铁心采用分块结构，每块铁心倾斜一个极距。以达到了简化转子加工工艺的目的。该电机定子内径部分制约了励磁磁通，故只适合应用在电机内外径均较大的场合。此外，转子各导磁结构没有导磁材料相连接，使得磁路磁阻较大，限制了磁路磁通。
[0010]东南大学林鹤云教授等提出了新型结构磁通切换型横向磁通永磁电机[J.Yan,
H.Lin, Y.Feng, Z.Q.Zhu, P.Jin, and Y.Guo, “Cogging Torque Optimizat1n ofFlux-Switching Transverse Flux Permanent Magnet Machine, ” IEEE Trans.Magn.,vol.49，n0.5，pp.2169 - 2172, May 2013.]，定子由均匀分布的若干铁心及电枢绕组构成，每个U型定子铁心中嵌有轴向磁化的2块永磁体，相邻两个定子铁心中的永磁体磁极相反；转子也采用分块铁心，相邻两块转子铁心分别按左、右对齐间隔排列。该结构大大简化了定转子铁心的加工，可以采用常规的硅钢片制作。但是它存在和Alberta大学结构电机一样永磁体利用率不高的不足。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供了双环形绕组无源转子横向磁通单相电机，实现了各永磁体同时向主磁路提供磁动势，减小了轴向长度，解决了现有无源转子横向磁通电机永磁体利用率不高、转矩密度不高的技术问题。
[0012]本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案:
双环形绕组无源转子横向磁通单相电机，包括:2/7块E形定子铁心和2n块E形永磁体组成的定子、nik T形转子铁心、2 /7块L形转子铁心以及两个转子环形导磁结构组成的转子、环形电枢绕组，所述E形定子铁心与E形永磁体沿圆周交替排列，E形永磁体沿周向磁化且相邻两个E形永磁体的磁化方向相反，环形电枢绕组绕制在E形定子铁心与E形永磁体交替排列后形成的凹槽内，轴向放置的两个转子环形导磁结构的外侧面都开有均匀分布的供/?±夬L形转子铁心插入的槽，两个转子环形导磁结构的内侧面都开有均匀分布的用于放置/?±夬T形转子铁心的槽，转子环形导磁结构两侧面上相邻的槽错开180/ 度的机械角度，环形电枢绕组在转子、气隙、定子间形成的主励磁路径经过转子轭部时交链最大永磁磁链，2/7为单相电机的极数，为正整数。
[0013]作为所述双环形绕组无源转子横向磁通单相电机的进一步优化方案，T形转子铁心齿部的轴向长度小于L形转子铁心轴向长度的2倍。
[0014]进一步的，所述双环形绕组无源转子横向磁通单相电机中，环形电枢绕组由绕制在E形定子铁心与E形永磁体交替排列后形成的两凹槽内的电枢线圈反向串联而成。
[0015]再进一步的，所述双环形绕组无源转子横向磁通单相电机中，E形永磁体的截面面积小于或等于E形定子铁心的截面面积。
[0016]再进一步的，所述双环形绕组无源转子横向磁通单相电机中，E形定子铁心由硅钢片沿轴向叠压而成。
[0017]再进一步的，所述双环形绕组无源转子横向磁通单相电机中，T形转子铁心、L形转子铁心由硅钢片沿切向叠压而成。
[0018]再进一步的，所述双环形绕组无源转子横向磁通单相电机中，转子环形导磁结构采用硅钢片沿轴向进行叠压或采用硅钢片卷绕而成。
[0019]本发明采用上述技术方案，具有如下有益效果:
(1)本发明提出的无源转子结构简化了铁心结构；
(2)在电枢绕组交链最大永磁磁链时，定子磁极和转子磁极完全重合，E形定子铁心和E形永磁体沿圆周交替放置，与定子铁心相邻的永磁体同时沿周向往定子磁极聚磁，形成聚磁作用各永磁体均提供有效磁动势，与现有无源转子结构横向磁通电机相比提高了永磁体利用率；
(3)T形转子铁心的齿部轴向长度小于L形转子铁心轴向长度的2倍，电机轴向长度减小，提高了转矩密度；
(4)2个环形电枢线圈反向串联，它们之间的互感抵消了部分自感，有利于减小总的等效电感，提高功率因数；
(5)E形永磁体的截面面积小于或等于E形定子铁心的截面面积可以减少永磁体的用量，达到减小漏磁通的效果；
(6)永磁体位于定子上，振动小且易于散热；
(7)无端部的环形电枢绕组减小了铜损。
[0020]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0022]图1为本发明16极双环形绕组无源转子横向磁通电机单体的1/8剖视图。
[0023]图2为本发明16极双环形绕组无源转子横向磁通电机单体从图1位置逆