無刷電機(jī)定子生產(chǎn)線

嘉興市機(jī)器人與智能裝備協(xié)會、嘉興市工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)促進(jìn)中心、巨力自動化設(shè)備（浙江）有限公司、嘉興一路幫機(jī)電技術(shù)服務(wù)有限公司、嘉興助成信息科技有限公司、浙江田中精機(jī)股份有限公司、嘉興學(xué)院。

應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)的要求，并按規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣和技術(shù)文件制造。主要包括以下7個(gè)方面的內(nèi)容:

1 　環(huán)境條件

2 　電源電壓

3 　氣源要求

4 　外觀要求

5 　裝配質(zhì)量

6 　整機(jī)性能

7 　安全性能

周振峰、章日平、鄭潔霽、肖林榮、張勇、俞開明、張曉軍。

早在1955年，美國學(xué)者Rauch和Johnson就開始研究永磁體方置于定子上的新型永磁無刷電機(jī)，圖2所示即為最早出現(xiàn)的定子永磁型無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。該電機(jī)提出時(shí)作為一臺單相永磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行，其工作原理如下:當(dāng)轉(zhuǎn)子在圖2所示的A, B, C, D四個(gè)不同位置分別與定子齒對齊時(shí)，在A位置和D位置磁路完全相同，此時(shí)永磁體產(chǎn)生的磁通都會從左至右地進(jìn)入上下兩個(gè)繞組中。而當(dāng)轉(zhuǎn)子移動到B或C時(shí)，為永磁磁通提供了不同的路徑，進(jìn)入繞組中的磁通方向變?yōu)閺挠抑磷?。由此，固定在定子驪部的電樞線圈中匝鏈的磁鏈極性和數(shù)量都會隨著轉(zhuǎn)子位置而改變，于是會在繞組中感應(yīng)出交變電動勢。但由于受到當(dāng)時(shí)永磁體性能等因素的限制，此電機(jī)的電磁性能落后于直流電機(jī)和同步電機(jī)等電勵磁電機(jī)，因此在此后的幾十年中未受到重視。

隨著以釹鐵硼(NdFeB )為代表的新型稀土永磁材料的出現(xiàn)和功率電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論的發(fā)展，從20世紀(jì)90年代開始，陸續(xù)出現(xiàn)了三種

新型結(jié)構(gòu)的定子永磁型無刷電機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng) ，如圖3所示。這3種結(jié)構(gòu)分別為:1)雙凸極永磁(doubly-salient permanent magnet DSPM)電機(jī)2)磁通反向永磁(flux reversal permanent magnetFRPM)電機(jī); 3)磁通切換永磁(flux-switchingpermanent magnet FSPM)電機(jī)。這3種新型永磁無刷電機(jī)在結(jié)構(gòu)上最明顯的特點(diǎn)是永磁體均置于定子，轉(zhuǎn)子上既無永磁體又無繞組，因此，將它們統(tǒng)稱為定子永磁型無刷電機(jī)。

定子永磁型無刷電機(jī)電動汽車領(lǐng)域

電動汽車/混合動力汽車以其超低的排放甚至零排放、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，受到了高度重視，并獲得日益廣泛的應(yīng)用。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的心臟。但電動汽車的特殊運(yùn)行環(huán)境和條件，要求電機(jī)系統(tǒng)體積小、重量輕、效率高、可靠性強(qiáng)、免維護(hù)、轉(zhuǎn)矩出力大等。特別是在混合動力汽車中，電機(jī)系常與內(nèi)燃機(jī)集成為一體，環(huán)境溫度高，對電機(jī)系統(tǒng)的冷卻散熱提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn) 。

在定子永磁型電機(jī)中，永磁體和電樞繞組均位于定子側(cè)，易于對永磁體和繞組進(jìn)行直接冷卻，因此非常適合電動汽車領(lǐng)域。圖給出一臺混合動力汽車用三相定子12槽/轉(zhuǎn)子10極FSPM電機(jī)，該電機(jī)采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以顯著提高電樞繞組槽滿率，并減小繞組端部尺寸，使得電機(jī)更為緊湊，進(jìn)一步提高汽車空間利用率。

定子永磁型無刷電機(jī)飛輪儲能領(lǐng)域

在飛輪儲能系統(tǒng)中，電機(jī)驅(qū)動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換成飛輪的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，使得飛輪儲能系統(tǒng)非常適合用作電網(wǎng)能量緩沖器和可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的儲能裝置等。但是，采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)驅(qū)動的飛輪儲能系統(tǒng)，即使既不充電也不放電，飛輪處于待機(jī)儲能狀態(tài)時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的永磁體，將在電機(jī)鐵心中產(chǎn)生大量損耗，不僅增加了發(fā)熱量，給飛輪系統(tǒng)的散熱提出了更高要求，而且導(dǎo)致儲能時(shí)間只能維持?jǐn)?shù)分鐘甚至更短，極大地限制了應(yīng)用范圍。

定子永磁型電機(jī)的轉(zhuǎn)子由整塊硅鋼片疊壓而成，結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固，非常適合高速運(yùn)行，令電機(jī)轉(zhuǎn)子與飛輪直接藕合，可以顯著提高飛輪儲能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率及運(yùn)行可靠性。尤其是使用磁通記憶永磁電機(jī)，在飛輪儲能系統(tǒng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換前對永磁體充磁，在能量轉(zhuǎn)換完成后再對其去磁，避免了轉(zhuǎn)子隨飛輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的鐵心損耗，飛輪在儲能待機(jī)狀態(tài)近似零損耗。在飛輪放電時(shí)，更可根據(jù)飛輪轉(zhuǎn)速的高低合理控制永磁體磁化水平，在保證正常放電的前提下，使電機(jī)鐵耗最小，從而可以顯著提高能量利用效率，延長飛輪儲能時(shí)間。

定子永磁型無刷電機(jī)軌道交通領(lǐng)域

城市軌道交通所使用的驅(qū)動電機(jī)主要有旋轉(zhuǎn)電機(jī)和直線電機(jī)兩種 。與旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動方式相比，直線電機(jī)驅(qū)動方式具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、爬坡能力強(qiáng)、輪徑較小、隧道斷面小和線路設(shè)計(jì)自由度大等。較為常見的是直線感應(yīng)電機(jī)和直線式永磁同步電機(jī)。目前，直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的軌道交通線路已獲得廣泛應(yīng)用，但直線感應(yīng)電機(jī)的效率和功率因數(shù)低;直線式永磁同步電機(jī)具有效率高、功率密度高、體積小、性能好等優(yōu)點(diǎn)，但是傳統(tǒng)直線永磁同步電機(jī)的電樞繞組和永磁體分別放置在電機(jī)的初級和次級，需沿軌道鋪設(shè)永磁體，制造和維護(hù)成本高，限制了其在城市軌道交通等長定子應(yīng)用場合中的使用。2100433B

定子永磁型電機(jī)主要有DSPM電機(jī)、FRPM電機(jī)和FSPM電機(jī)三類，每一類型電機(jī)在結(jié)構(gòu)上又有很多變化，它們既有共性，又有個(gè)體差異性。它們的共性主要體現(xiàn)在:

1)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理相同。傳統(tǒng)的直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)以及同步電機(jī)，都屬于雙邊磁場電機(jī)，即勵磁磁場在一邊(定子或轉(zhuǎn)子)，電樞磁場在另一邊(轉(zhuǎn)子或定子)，定轉(zhuǎn)子之間的相對運(yùn)動使電樞繞組中的磁鏈發(fā)生交變，從而感應(yīng)出電勢，當(dāng)繞組中通入電流后，電流與電勢相互作用實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。而定子永磁型電機(jī)的勵磁源和電樞繞組都位于定子，它依靠定子直流勵磁源與轉(zhuǎn)子凸極的調(diào)制作用，使定子繞組中的磁鏈發(fā)生交變，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢與電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換;

2)定、轉(zhuǎn)子鐵心結(jié)構(gòu)類似，均呈凸極結(jié)構(gòu);

3)永磁體和電樞繞組均位于定子，與轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)相比，可方便地對永磁體進(jìn)行直接冷卻，從而控制其溫升;

4)凸極轉(zhuǎn)子僅由導(dǎo)磁材料構(gòu)成，既無永磁體，也沒有繞組，結(jié)構(gòu)特別簡單可靠，并且易于和某些應(yīng)用對象直接藕合，集成一體 ;

5)電樞繞組多為集中式繞組，端部短，用銅少，電樞繞組的電阻小，銅耗低。 另一方面，由于不同類型電機(jī)中永磁體用量和布置方式不同，導(dǎo)致其不同的性能和特點(diǎn)。比如，DSPM電機(jī)的永磁體用量較少，磁鏈為單極性，其轉(zhuǎn)矩密度也相對較低;而FSPM電機(jī)的永磁體用量較多，并且磁鏈為雙極性，其轉(zhuǎn)矩密度較高。此外，它們的感應(yīng)電勢波形也不同，DSPM電機(jī)和FRPM電機(jī)的電勢波形基本呈梯形波，更適合采用BLDC控制模式，而FSPM電機(jī)的電勢具有正弦波形，更適合BLAC控制方式等。