CN102005836A - 外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机 - Google Patents

外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，包括定子、转子、定转子间气隙及转轴等。所述定子包括：环绕转轴设置的导磁衬套、环绕导磁衬套设置的径向充磁辅助永磁体，环绕径向充磁辅助永磁体设置的定子铁芯，所述的定子铁芯由定子铁芯组件组成、定子铁芯组件间设置有切向充磁永磁体，切向充磁永磁体N、S极交替排列，与定子铁芯组件接触的切向充磁永磁体和径向充磁辅助永磁体极性相同；转子设置在定子外，定转子铁芯均为齿槽式结构，定子铁芯齿上缠有集中式电枢绕组，转子上无绕组。本发明漏磁少，损耗低，功率密度高，可广泛应用于风力发电和汽车的轮毂等领域。

Description

 外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机
技术领域
本发明涉及一种双凸极电机，特别是涉及一种外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机。
背景技术
磁通切换双凸极电机最早是在1955 年由学者Rauch 和Johnson 提出的，其结构如图1所示，在其后的很长一段时间内这种电机被研究的很少。随着永磁材料的发展，Hoang 等学者在1997年重新将研究目光投向磁通切换双凸极电机。随后又有人提出了混合励磁磁通切换双凸极电机，如图2所示。近几年中国学者也开始对磁通切换双凸极电机进行比较系统的研究，其中研究比较多的有东南大学和浙江大学。
磁通切换双凸极电机的定、转子均为凸极结构，电机的结构性能较好，相对于传统的转子型永磁电机来说，永磁体置于定子上，不会产生不可逆退磁。磁通切换双凸极电机的转子与开关磁阻电机转子相似，既无永磁体也无绕组，机械强度高，适合高速或者超高速运行，且对环境的要求较低，适合运行于较恶劣的环境。磁通切换双凸极电机的每相永磁磁链为双极性，且磁链和反电势波形都接近正弦分布，电机出力大，转矩密度和功率密度较高。
专利申请号为200910098786.4的公开文件提出一种磁场增强型磁通切换双凸极电机。如图3所示，该种电机包含转子31、定子32、U型定子铁芯321、切向充磁磁体322、辅助永磁体323、三相电枢绕组33以及机壳34。但是由于采用的是内转子结构，辅助磁极贴在定子铁芯外，永磁体用量较多，而且当电机极数较少时仍有很多漏磁产生，永磁体利用率不高，磁场增强效果不理想。
现有技术中对外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机研究还没见相关报导，由于外转子电机具有转动惯量比常规电机大，且电枢铁芯直径可以做的较大，能提高在不稳定负载下电机的效率和输出功率，在某些场合外转子电机具有独特的优势，比如风力发电和汽车制造，如汽车的轮毂，等领域。因此，提出漏磁少，损耗低，高功率密度的新型外转子电机成为本领域研究人员的主要任务。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种漏磁少，损耗低，高功率密度的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
 一种外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，包括定子、转子、定转子间气隙及转轴；所述定子包括：环绕转轴设置的导磁衬套、环绕导磁衬套设置的径向充磁辅助永磁体，环绕径向充磁辅助永磁体设置的定子铁芯，所述的定子铁芯由定子铁芯组件组成、定子铁芯组件间设置有切向充磁永磁体，切向充磁永磁体N、S极交替排列，与定子铁芯组件接触的切向充磁永磁体和径向充磁辅助永磁体极性相同；转子设置在定子外，定转子铁芯均为齿槽式结构，定子铁芯齿上缠有集中式电枢绕组，转子上无绕组。
 所述的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机为三相电机或多相电机，定子齿数 N s和转子齿数 N r满足：                                                
其中m 为电机的相数，n为自然数，定子极数为偶数。
所述的切向充磁永磁体沿圆周切向充磁，N极、S极交替排列。
所述的电枢齿由切向充磁永磁体和紧贴在永磁体两侧的定子铁芯组件的边构成，电枢齿上缠绕集中式电枢绕组。
所述的径向充磁辅助永磁体沿半径方向充磁，N极、S极交替排列，与定子铁芯组件接触的切向充磁永磁体和径向充磁的辅助永磁体极性相同。
所述定子齿数与定子铁芯组件数相同。
电机定子齿部可以采用极靴结构也可以不采用极靴结构。
所述的定子铁芯组件根据定子槽空间大小或呈U型或呈V型。 
所述的导磁衬套采用磁性材料。
本发明所采用的技术方案的积极效果是：
本发明的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机与现有双凸极电机相比，主要技术特点是：采用外转子结构、由切向充磁永磁体和沿径向充磁辅助永磁体的合理配置，在使用较少辅助磁极的情况下就能达到较好的效果，使电机的漏磁较少，气隙磁密大幅提高、功率密度较高，既可以做发电机又可用于电动运行，提高了电机在不稳定负载下的效率和功率，适合于风力发电和汽车制造，如汽车的轮毂，等领域。
下面结合附图对本发明的实施和优点作进一步解释。
附图说明
附图1是现有技术的一种磁通切换双凸极电机的结构示意图；
附图2是现有技术的一种混合磁通切换双凸极电机的结构示意图；
附图3是现有技术的一种内转子磁场增强型磁通切换双凸极电机的结构示意图；
附图4是本发明的一种外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机的结构示意图；
附图5是本发明的一种定子无极靴的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机的结构示意图；
附图6是本发明的一种定子铁芯组件为V型结构的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机的结构示意图。
附图符号说明：
41,51,61 U/V型定子铁芯组件                  42,52,62 切向充磁永磁体
43,53,63 转子                                           44,54,64 径向充磁辅助永磁体
45,55,65 导磁衬套                                    46,56,66 转轴
47,57,67 电枢绕组。
具体实施方式
由于不同相数的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机结构相似，下面仅以附图4所示的三相6/7结构外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机为例，详细阐述本发明的具体实施方式。
参见图4，依据本发明的一种外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，包括定子、转子、定转子间气隙及转轴46等。所述定子包括：环绕转轴46设置的导磁衬套45、环绕导磁衬套45设置的径向充磁辅助永磁体44，环绕径向充磁辅助永磁体44设置的定子铁芯，所述的定子铁芯由定子铁芯组件41组成，定子铁芯组件41间设置有切向充磁永磁体42，切向充磁永磁体42的N、S极交替排列，与定子铁芯组件41接触的切向充磁永磁体42和径向充磁辅助永磁体44极性相同；转子43设置在定子外，定转子铁芯均为齿槽式结构，定子铁芯齿上缠有集中式电枢绕组47，转子上无绕组。
所述外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机可以为三相电机或多相电机，定子齿数 N s和转子齿数 N r满足：
其中m 为电机的相数，n为自然数，一般比较小，定子极数为偶数。例如：当为三相电机且定子齿数为6K时，转子齿数可以为4K、5K、7K等多种结构，即得到6K/4K、6K/5K、6K/7K等多种结构电机，K为正整数，如K=1时即得到6/4、6/5、6/7等多种结构外转子磁通切换电机；K=2时，即得到12/8、12/10、12/14等多种结构外转子磁通切换电机。
继续参见图4，所述的切向充磁永磁体42沿圆周切向充磁，N极、S极交替排列。所述的电枢齿由切向充磁永磁体42和紧贴在永磁体42两侧的定子铁芯组件41的边构成，电枢齿上缠绕集中式电枢绕组47。所述的径向充磁辅助永磁体44沿半径方向充磁，N极、S极交替排列，与定子铁芯组件接触的切向充磁永磁体42和径向充磁辅助永磁体44的极性相同。所述定子齿数与定子铁芯组件41的数量相同。定子铁芯组件41之间设置的切向充磁永磁体42和定子铁芯组件41交替排列，切向充磁永磁体42的数量与径向充磁辅助永磁体44的数量相同。
图5显示本发明的定子无极靴的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机。如图所示，该实施例所示的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，包括定子、转子、定转子间气隙及转轴56等。所述定子包括：环绕转轴56设置的导磁衬套55、环绕导磁衬套55设置的径向充磁辅助永磁体54，环绕径向充磁辅助永磁体54设置的定子铁芯，所述的定子铁芯由定子铁芯组件51组成，定子铁芯组件51间设置有切向充磁永磁体52，切向充磁永磁体52的N、S极交替排列，与定子铁芯组件51接触的切向充磁永磁体52和径向充磁辅助永磁体54极性相同；转子53设置在定子外，定转子铁芯均为齿槽式结构，定子铁芯齿上缠有集中式电枢绕组57，转子上无绕组。其结构与图4所示的结构基本相同，不同的是，图4显示当电机极数较少时，为了改善电势波形和电机的性能，电机定子齿部可以采用极靴结构，当定子采用极靴时，对电机的电势波形有利，但是同时又要考虑定子槽空间，即槽满率的问题。在本申请中，定子槽空间的大小和电机轴径、非导磁衬套的外径、定子齿宽等因素有关。图5显示当电机极数较多，定子槽空间较小时也可不采用定子极靴。同理，图6所示的电机也没有采用定子极靴。
图6显示本发明的定子铁芯组件为V型的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机。如图所示，该实施例所示的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，包括定子、转子、定转子间气隙及转轴66等。所述定子包括：环绕转轴66设置的导磁衬套65、环绕导磁衬套65设置的径向充磁辅助永磁体64，环绕径向充磁辅助永磁体64设置的定子铁芯，所述的定子铁芯由定子铁芯组件61组成，定子铁芯组件61间设置有切向充磁永磁体62，切向充磁永磁体62的N、S极交替排列，与定子铁芯组件61接触的切向充磁永磁体62和径向充磁辅助永磁体64极性相同；转子63设置在定子外，定转子铁芯均为齿槽式结构，定子铁芯齿上缠有集中式电枢绕组67，转子上无绕组。其结构与图4所示的结构基本相同，不同的是，图4显示定子铁芯组件根据定子槽空间的大小被设计成U型结构，而图6显示定子铁芯组件根据定子槽空间的大小被设计成V型结构。
在图4、图5和图6所示的实施例中，导磁衬套均采用磁性材料。
本发明的外转子磁通切双凸极电机反电势和磁链的正弦性较好，适合永磁无刷电机的控制方式。
当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，其特征在于，包括定子、转子、定转子间气隙及转轴；所述定子包括：环绕转轴设置的导磁衬套、环绕导磁衬套设置的径向充磁辅助永磁体，环绕径向充磁辅助永磁体设置的定子铁芯，所述的定子铁芯由定子铁芯组件组成、定子铁芯组件间设置有切向充磁永磁体，切向充磁永磁体N、S极交替排列，与定子铁芯组件接触的切向充磁永磁体和径向充磁辅助永磁体极性相同；转子设置在定子外，定转子铁芯均为齿槽式结构，定子铁芯齿上缠有集中式电枢绕组，转子上无绕组。
2.根据权利要求1所述的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，其特征在于，为三相电机或多相电机，定子齿数 N s和转子齿数 N r满足：
Figure 2010105824847100001DEST_PATH_IMAGE001
其中m 为电机的相数，n为自然数，定子极数为偶数。
3.根据权利要求1所述的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，其特征在于，所述的切向充磁永磁体沿圆周切向充磁，N极、S极交替排列。
4.根据权利要求1所述的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，其特征在于，所述的电枢齿由切向充磁永磁体和紧贴在永磁体两侧的定子铁芯组件的边构成，电枢齿上缠绕集中式电枢绕组。
5.根据权利要求4所述的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，其特征在于，所述的径向充磁辅助永磁体沿半径方向充磁，N极、S极交替排列，与定子铁芯组件接触的切向充磁永磁体和径向充磁的辅助永磁体极性相同。
6.根据权利要求2所述的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，其特征在于，所述定子齿数与定子铁芯组件数相同。
7.根据权利要求1所述的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，其特征在于，电机定子齿部可以采用极靴结构也可以不采用极靴结构。
8.根据权利要求1所述的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，其特征在于，所述的定子铁芯组件根据定子槽空间大小或呈U型或呈V型。
9.根据权利要求1所述的外转子磁场增强型磁通切换双凸极电机，其特征在于，所述的导磁衬套采用磁性材料。
10.根据权利要求1所述的外转子磁场增强型磁通切双凸极电机，其特征在于，适合永磁无刷电机的控制方式。
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