CN104821668B - 一种定子永磁型电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型结构的定子永磁型电机，定子上均布12n个定子凸极齿，转子上均布7n个转子凸极齿，n为整数，n≥1；在定子的轭部，每隔2个定子凸极齿设有一块永磁体，永磁体均采用切向充磁，相邻两个永磁体的充磁方向相反；定子凸极齿上三相绕组的相序依次为A‑X、A‑X、B‑Y、B‑Y、C‑Z、C‑Z；随着转子位置的不同，其中一个电枢绕组匝链的永磁磁链依序地呈现最大值、最小值、最大值的周期性正弦变化，相邻的电枢绕组的永磁磁链产生大小相同的交变永磁磁链，但极性与其中一个电枢绕组匝链的永磁磁链相反；本发明具有对称、双极性的电枢永磁磁链和高度正弦的每相空载感应电动势，同时具有较高的转矩密度和平滑的转矩输出能力。

Description

一种定子永磁型电机

技术领域

本发明涉及一种定子永磁型电机，可用于电动汽车驱动系统、风力发电系统、航空起动/发电系统等领域。

背景技术

定子永磁型电机将永磁体和电枢绕组均置于定子上，转子仅为设有凸极的铁心，无绕组，无滑环，无电刷。相对于转子永磁型电机，定子永磁电机具有转子结构简单、便于永磁体冷却和高功率密度等优势。然而传统的定子永磁型电机的研究大都集中在如图1所示的三相结构如6/4、12/8结构，转子1同轴安装在定子2内，转子1的转子凸极齿6与定子2的定子凸极齿3之间有气隙7，每个定子凸极齿3上分别置有集中电枢绕组5，永磁体4安装在定子凸极齿3的轭部，图1中12/8结构的电机是每隔3个定子凸极齿3安装一块永磁体4，相邻两块永磁体4之间的定子凸极齿3的齿数3个，与电机相数三相相等，由图1可见，这样三相绕组5与相邻两块永磁体4的距离就不相等，使电机三相磁路不对称，因此该电机各相绕组匝链的磁链幅值不平衡，使其具有较高的转矩脉动。

目前已有的技术中，研究最多的为三相6n/4n结构的双凸极电机，n≥1，电机相数都与相邻两块永磁体或励磁绕组之间的定子凸极齿的齿数相等，各相绕组匝链的磁链为单极性，导致三相绕组的电磁特性失去平衡，电机转矩脉动大，损耗高。

发明内容

本发明针对现有定子永磁型电机存在的因电磁特性不平衡使电机转矩脉动大和损耗高的问题，提出一种新型结构的定子永磁型电机，实现三相绕组电磁特性平衡。

为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案为：本发明包括转子和定子，定子上均布12n个定子凸极齿，转子上均布7n个转子凸极齿，定子凸极齿和转子凸极齿之间是气隙，n为整数，n≥1；在定子的轭部，每隔2个定子凸极齿设有一块永磁体，永磁体均采用切向充磁，相邻两个永磁体的充磁方向相反；在每个定子凸极齿上置有集中电枢绕组，定子凸极齿上三相绕组的相序依次为A-X、A-X、B-Y、B-Y、C-Z、C-Z。

随着转子位置的不同，其中一个电枢绕组匝链的永磁磁链依序地呈现最大值、最小值、最大值的周期性正弦变化，相邻的电枢绕组的永磁磁链产生大小相同的交变永磁磁链，但极性与其中一个电枢绕组匝链的永磁磁链相反，相邻两个电枢绕组串联。

电枢绕组的每一相绕组的两个线圈均位于一块永磁体的两侧，且三相绕组所有的线圈与对应永磁体的距离均相同。

本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：

1、本发明电机与对应尺寸的三相6n/4n极双凸极电机相比，具有对称、双极性的电枢永磁磁链和高度正弦的每相空载感应电动势，同时具有较高的转矩密度和平滑的转矩输出能力。

2、本发明由于三相绕组的所有线圈与永磁体的距离均相等，因此，三相绕组的电磁特性平衡，有效降低了电机转矩脉动和损耗，改善了动态性能；电机定子铁心减小，具有更高的功率密度。

3、本发明由于其相数与相邻两块永磁体或励磁绕组之间的凸极齿的齿数不等，运行原理特殊，具有更高的灵活性，且各相绕组匝链的磁链为双极性。

4、本发明的转子仅由带有凸极的硅钢冲片叠成，既无永磁体，也无绕组，结构简单可靠，具有较高的机械强度。

5、本发明的电枢绕组和永磁体均位于定子上，便于电机的冷却。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1为背景技术中常规12/8极双凸极电机结构示意图；

图2为本发明一种新型定子永磁型电机的结构示意图；

图3为图2所示本发明电机运行到位置A时的工作原理图；

图4为图2所示本发明电机运行到位置B时的工作原理图；

图5为图2所示本发明电机的磁力线图；

图6为图2所示本发明电机三相电枢绕组空载永磁磁链图；

图7为图2所示本发明电机三相电枢绕组空载感应电动势图。

图中：1.转子；2.定子；3.定子凸极齿；4.永磁体；5.电枢绕组；6.转子凸极齿；7.气隙。

具体实施方式

参见图2，本发明包括转子1和定子2，转子1为内转子，定子2为外定子，转子1同轴套在定子2内，在转子1和定子2之间设有径向的气隙7。定子2上均布12n个定子凸极齿3，其中n为整数，n≥1，形成定子的齿槽结构。转子1上均布7n个转子凸极齿6，转子1仅由带有凸极的硅钢冲片叠成。定子凸极齿3和转子凸极齿6之间是气隙7。电机单元为12/7结构。

在定子2的轭部，每隔2个定子凸极齿3安装一块永磁体4，相邻两块永磁体4之间的定子凸极齿3的数量与电机相数不等。每个永磁体4的径向中心线与定子槽的径向中心线重合，永磁体4的径向长度等于定子槽底部至定子2外圈之间的径向距离。永磁体4均采用切向充磁，相邻两个永磁体4的充磁方向相反。

在每个定子凸极齿3上置有集中电枢绕组5。根据每个定子凸极齿3的相位，定子凸极齿3上三相绕组的相序依次为A-X、A-X、B-Y、B-Y、C-Z、C-Z，使每一相绕组的两个线圈均位于一块永磁体4的两侧，且三相绕组所有的线圈与对应永磁体4的距离均相同，实现三相绕组电磁特性平衡。

如图3和图4所示，本发明电机的工作原理是：当转子1位于如图3所示位置A时，定义此时的其中一个电枢绕组A1匝链的永磁磁链为最大值，相邻的电枢绕组A2的永磁磁链为最小值。随着转子1的运动，电枢绕组A1匝链的永磁磁链减小，相邻的电枢绕组A2的永磁磁链增大，当运动到图4所示的位置B时，此时的电枢绕组A1匝链的永磁磁链为最小值，相邻的电枢绕组A2的永磁磁链为最大值。因此随着转子1位置的不同，电枢绕组A1匝链的永磁磁链将依序地呈现最大值、最小值、最大值的周期性正弦变化，与电枢绕组A1匝链的永磁磁链相同，相邻的电枢绕组A2的永磁磁链也会产生大小相同的交变永磁磁链，但极性与电枢绕组A1匝链的永磁磁链相反。当电枢绕组A1和电枢绕组A2串联时，消除了永磁磁链中的直流分量，从而得到双极性的电枢永磁磁链。

本发明定子2上的励磁源不仅限于永磁励磁，也可以采用电励磁方式或混合励磁方式。

对本发明电机，分别进行电枢绕组三相永磁磁链和空载感应电动势的电磁性能仿真试验，试验结果分别如图6和图7所示。从图6和图7可见，三相永磁磁链为双极性，且三相永磁磁链和感应电动势均高度正弦，这将有利于减小转矩脉动和损耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种定子永磁型电机，包括转子和定子，其特征是：定子上均布12n个定子凸极齿，转子上均布7n个转子凸极齿，定子凸极齿和转子凸极齿之间是气隙，n为整数，n≥1；在定子的轭部，每隔2个定子凸极齿设有一块永磁体，永磁体均采用切向充磁，相邻两个永磁体的充磁方向相反；在每个定子凸极齿上置有集中电枢绕组，定子凸极齿上三相绕组的相序依次为A-X、A-X、B-Y、B-Y、C-Z、C-Z；随着转子位置的不同，其中一个电枢绕组匝链的永磁磁链依序地呈现最大值、最小值、最大值的周期性正弦变化，相邻的电枢绕组的永磁磁链产生大小相同的交变永磁磁链，但极性与其中一个电枢绕组匝链的永磁磁链相反，相邻两个电枢绕组串联。

2.根据权利要求1所述一种定子永磁型电机，其特征是：电枢绕组的每一相绕组的两个线圈均位于一块永磁体的两侧，且三相绕组所有的线圈与对应永磁体的距离均相同。

3.根据权利要求1所述一种定子永磁型电机，其特征是：相邻两块永磁体之间的定子凸极齿的数量与电机相数不等。

4.根据权利要求1所述一种定子永磁型电机，其特征是：每个永磁体的径向中心线与定子槽的径向中心线重合，永磁体的径向长度等于定子槽底部至定子外圈之间的径向距离。