CN102522870B - 一种横向磁通永磁电机拓扑 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种永磁电机拓扑,尤其是涉及一种横向磁通永磁电机拓扑。一种横向磁通永磁电机拓扑,包括至少两层定子铁心以及设置在所述定子铁芯内的转子永磁磁极,所述转子为斜极,所述转子周向由多层定转子磁极组成,其中外层定子内部铁心和内层定子外部铁心共用一个过渡铁心,内外层磁路为串联。因此,本发明具有如下优点:解决了单层结构中由于内外径相差过大,造成的铁芯饱和及内圆安装空间紧张的问题,可以充分利用电机内部空间,特别适合直径较大的电机用以提高转矩密度;解决了原定子斜极C型结构定子难以采用叠片结构,造成电磁性能差的问题,提高了电机效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁电机拓扑,尤其是涉及一种横向磁通永磁电机拓扑。
背景技术
横向磁通永磁电机具有转矩密度高的特点,在低速推进和发电领域具有广阔的应用前景。在目前众多的横向磁通永磁电机拓扑中,以英国人提出的定子斜极C型结构兼有结构相对简单和转矩密度高的优点,并采用此结构制造了3MW样机以及设计了20MW样机方案。
目前的定子斜极C型结构有两个缺点:一是其定子铁芯两端必须扭斜一个极距,这种形状的铁芯磁极难以用硅钢片叠压制造,一般采用软铁经机械加工或由粉末软磁复合材料SMC压制而成,这两种材料的磁性能都比硅钢片差,SMC复合材料的磁导率只有硅钢片的10%,而软铁的涡流损耗较高,造成高导磁率和低铁耗难以兼得,电磁效果差;二是其定转子磁极都是在径向分层排列的,由于内外圆直径相差过大但极数相同,会造成内圆的极弧长度远小于外圆极弧长度,从而存在内圆铁芯饱和、安装空间紧张等问题。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题。提供了一种基于现有单层结构中由于内外径相差过大,造成的铁芯饱和及内圆安装空间紧张问题的新型拓扑解决方案,该拓扑方案可以充分利用电机内部空间,特别适合直径较大转矩密度要求高的永磁电机应用。提出了一种解决原定子斜极C型结构定子难以采用叠片结构,造成高导磁率和低铁耗难以兼得,电磁效果差等问题的解决方案。特别适合大直径高效率要求的横向磁通永磁电机应用。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
一种横向磁通永磁电机拓扑,包括至少两层定子铁芯以及设置在所述定子铁芯内的转子永磁磁极,所述转子为斜极,所述径向由多层定转子磁极组成,其中外层定子内部铁芯和内层定子外部铁芯共用一个过渡铁芯,内外层磁路为串联。
本发明在保证定转子磁极扭转错位一个极距的前提下,将原来的定子斜一个极距、转子不斜极改进为定子不斜极、转子斜一个极距的结构。这种转子斜极C型结构既保持C型结构简单可靠的优点,又能在定子铁芯部分采用叠片。这种结构的磁通有两个独立的分量即短路径分量和长路径分量,短路径磁通通过正对定子磁极的转子单块磁钢,而长路径磁通通过所有奇数磁钢和定子铁芯,其磁路特点与原定子斜极C型结构完全一样。从图1中可看到,定子磁极铁芯是一个矩形的C型(双层时为E型)铁芯,可以采用整体叠片结构。转子铁芯需要扭转一个磁极,但由于转子磁极只有轴向叠片一个方向,仍可以采用叠片结构。
作为优选,所述定子铁芯为三层,分别为外层、内层以及中间层,定子铁芯截面为E型,所述E型的定子铁芯的外层宽度大于内层较宽,其中间层为T型,所述的为外层、内层以及中间层定子铁芯共用一个轭部。
作为优选,所述定子铁芯相邻两层之间设置有转子磁极,分为外层转子磁极以及内层转子磁极,所述外层转子磁极以及内层转子磁极相互独立,上述外层、内层以及中间层定子铁芯和内、外层转子磁极共形成了沿径向的四个电磁气隙。
作为优选,还包括定子线圈,绕制在定子铁芯相邻两层之间。
作为优选,所述的定子铁芯为n+1层时,转子为n层,共形成沿径向2n个电磁气隙。
因此,本发明具有如下优点:解决了单层结构中由于内外径相差过大,造成的铁芯饱和及内圆安装空间紧张的问题,可以充分利用电机内部空间,特别适合直径较大的电机用以提高转矩密度;解决了原定子斜极C型结构定子难以采用叠片结构,造成电磁性能差的问题,提高了电机效率。
附图说明
图1为双层转子斜极C型结构二维结构图;
图2为双层转子斜极C型结构三维结构图。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例:
图1为双层转子斜极C型拓扑二维结构图,图中, 1-定子外层磁极、 2-转子外层磁极、3-转子外层磁钢、4-定子中间层磁极、5-定子内层磁极、6-转子内层磁钢、7-转子内层磁极。所述转子为斜极,所述径向由多层定转子磁极组成,其中外层定子内部铁芯和内层定子外部铁芯共用一个过渡铁芯,内外层磁路为串联。
定子铁芯为三层,分别为外层、内层以及中间层,定子铁芯截面为E型,所述E型的定子铁芯的外层宽度大于内层较宽,其中间层为T型,所述的为外层、内层以及中间层定子铁芯共用一个轭部,定子E型铁芯可采用沿圆周方向叠片结构,采用两种冲片可形成T型效果。定子铁芯相邻两层之间设置有转子磁极,分为外层转子磁极以及内层转子磁极,所述外层转子磁极以及内层转子磁极相互独立,上述外层、内层以及中间层定子铁芯和内、外层转子磁极共形成了沿径向的四个电磁气隙,定子线圈,绕制在定子铁芯相邻两层之间。转子由扭斜一个极距的铁芯、倾斜放置的永磁体组成,转子磁极数是定子极数的两倍,转子铁芯可采用轴向叠片结构。双层转子间相互独立,内层转子磁极尺寸较小,三层定子磁极和双层转子磁极共形成了四个电磁气隙。
不失一般性的,定子铁芯可以为n+1层,转子相应的为n层,共形成沿周向2n个电磁气隙。
Claims (2)
1. 一种横向磁通永磁电机拓扑,其特征在于,包括三层定子铁芯以及设置在所述定子铁芯内的转子永磁磁极,所述转子为斜极,电机拓扑径向由多层定转子磁极组成,其中外层定子内部铁芯和内层定子外部铁芯共用一个过渡铁芯,内外层磁路为串联;所述定子铁芯为三层,分别为外层、内层以及中间层,定子铁芯截面为E型,所述E型的定子铁芯的外层宽度大于内层,其中间层为T型,所述的外层、内层以及中间层定子铁芯共用一个轭部;定子包括定子线圈,绕制在定子铁芯相邻两层之间。
2. 根据权利要求1所述的一种横向磁通永磁电机拓扑,其特征在于,所述定子铁芯相邻两层之间设置有转子磁极,分为外层转子磁极以及内层转子磁极,所述外层转子磁极以及内层转子磁极相互独立,上述外层、内层以及中间层定子铁芯和内、外层转子磁极共形成了沿径向的四个电磁气隙。
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