CN105071562A - 一种定子永磁型场调制电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定子永磁型场调制电机，该电机由外至内包括同轴心排列的外壳、定子、气隙、转子和转轴，定子通过燕尾槽固定在外壳内部，定子与转子之间设置气隙，转子固定在转轴外部；所述定子包括若干沿圆周等距间隔排列的定子铁心、嵌入相邻定子铁心之间的定子永磁体、凸出于定子铁心内周的定子齿、嵌入相邻定子齿之间的多相对称电枢绕组；所述转子包括环形转子铁心、若干凸出于转子铁心外围的转子凸极。本发明的电枢绕组和永磁体均置于定子侧，利用转子凸极引起的气隙磁导变化对定子磁场调制，进而实现机电能量转换，具有转子结构简单、机械可靠性高、永磁体散热容易、加工制作方便的特点。

Description

一种定子永磁型场调制电机

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种将电枢绕组和永磁体均置于定子侧的场调制型永磁电机。

背景技术

目前，研究较多的永磁电机类型主要包括：普通永磁同步电机、双凸极永磁电机、磁通切换永磁电机、磁通反向永磁电机、横向磁通永磁电机、轴向磁通永磁电机、磁齿轮复合永磁电机等。虽然上述各类永磁电机在拓扑结构上存在较大差异，但是，它们的基本工作原理相通，即均利用气隙基波磁场实现机电能量转换。与之不同，近些年出现的场调制永磁电机，基于磁齿轮效应，能够利用气隙基波磁场和某一气隙谐波磁场同时共同作用于机电能量转换。因此，场调制永磁电机具有更高的转矩密度，而且其机械结构也不复杂，现阶段该类型电机已得到广泛的关注和研究。

目前出现的场调制型永磁电机均采用转子放置永磁体/定子放置电枢绕组的旋转励磁式永磁结构，将永磁体放置在转子上，既降低了转子的机械可靠性，又增加了永磁体在转子旋转过程中脱落的风险，而且永磁体散热也不方便，存在永磁体热不稳定退磁的隐患。基于上述背景，研制一种转子结构简单、机械可靠性高、加工制作方便的新型场调制永磁电机具有重要的理论意义和工程实用价值。

发明内容

技术问题：本发明为了解决现有的场调制永磁电机存在的转子机械可靠性低和永磁体散热差的问题，提供了一种将电枢绕组和永磁体均置于定子侧的新型场调制永磁电机拓扑结构。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种定子永磁型场调制电机，该电机由外至内包括同轴心排列的外壳、定子、气隙、转子和转轴，定子通过燕尾槽固定在外壳内部，定子与转子之间设置气隙，转子固定在转轴外部；

所述定子包括若干沿圆周等距间隔排列的定子铁心、嵌入相邻定子铁心之间的定子永磁体、凸出于定子铁心内周的定子齿、嵌入相邻定子齿之间的多相对称电枢绕组；

所述转子包括与定子同轴心的环形转子铁心、若干凸出于转子铁心外围的转子凸极；

所述外壳为不导磁的环形部件，用于固定安装定子；

所述定子齿的个数N_s、电枢绕组绕制的极对数p_w、转子凸极的个数N_r满足以下关系：N_s＝2×(N_r-p_w)。

优选的，所述定子永磁体沿圆周切向充磁，且相邻永磁体充磁方向相反。

优选的，定子齿的个数应为3的倍数，以便能够绕制出三相对称电枢绕组。

有益效果：本发明提供了一种全新的定子永磁型场调制电机结构，与现有的转子放置永磁体/定子放置电枢绕组的场调制型永磁电机相比，具有以下优点：

1.本发明的场调制电机采用定子永磁型结构，即永磁体和电枢绕组均置于定子侧，结构更加牢靠，永磁体不存在脱落的风险，而且永磁体散热容易；

2.相比转子永磁型结构，本发明的定子永磁型场调制电机，转子仅为由铁心构成的凸极结构，转子上既无永磁体也无绕组，结构非常简单，机械可靠性高，转子能够承受高转速旋转；

3.由于工作原理的特殊性，本发明的定子永磁型场调制电机，电枢绕组设计均采用集中绕组形式，绕组绕制简单，易于实现模块化下线和定子模块化加工，机械装配更加方便。

本发明的定子永磁型场调制电机能够获得理想的运行性能，永磁体和电枢绕组均置于定子上，有利于提高转子机械可靠性，同时便于永磁体的散热，进而能够提高电机的整体性能。

附图说明

图1为定子永磁型场调制电机截面结构。

图中有：外壳1，定子2，定子铁心21，定子永磁体22，定子齿23，电枢绕组24，气隙3，转子4，转子铁心41，转子凸极42，转轴5。图中箭头代表永磁体充磁方向。

具体实施方式

本发明提供了一种定子永磁型场调制电机，该电机由外至内包括同轴心排列的外壳1、定子2、气隙3、转子4和转轴5，定子2通过燕尾槽固定在外壳1内部，定子2与转子4之间设置气隙3，转子4固定在转轴5外部；所述定子2包括若干沿圆周等距间隔排列的定子铁心21、嵌入相邻定子铁心21之间的定子永磁体22、凸出于定子铁心21内周的定子齿23、嵌入相邻定子齿23之间的多相对称电枢绕组24；所述转子4包括与定子2同轴心的环形转子铁心41、若干凸出于转子铁心41外围的转子凸极42；所述外壳1为不导磁的环形部件，用于固定安装定子2；所述定子齿23的个数N_s、电枢绕组24绕制的极对数p_w、转子凸极42的个数N_r满足以下关系：N_s＝2×(N_r-p_w)。

本发明中，定子永磁体22沿圆周切向充磁，且相邻永磁体充磁方向相反。

本发明中，定子齿23的个数应为3的倍数，以便能够绕制出三相对称电枢绕组。

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1，本发明的定子2与转子4之间设置气隙3，以保证转子能够自由旋转。

所述的定子2中定子铁心21和定子永磁体22沿圆周方向交替排列，定子铁心21内周上设置凸出的定子齿23，因此，定子齿23的个数与定子永磁体22的极数相等，电枢绕组24采用集中绕组形式绕制在定子齿23上。

所述的定子永磁体22由稀土钕铁硼或其它永磁材料制成，定子永磁体22沿圆周切向充磁，且相邻永磁体充磁方向相反。

本发明的转子4由环形的转子铁心41和若干凸出于转子铁心41外围的转子凸极42构成，转子凸极42能够对定子磁场进行调制，为了获得较好的磁场调制效果和较高的转矩密度，实际应用中，转子凸极极弧系数需要进行优化设计。

所述的定子铁心21、定子齿23、转子铁心41、转子凸极42由硅钢叠片或其它导磁材料构成，与普通永磁同步电机的定、转子铁心制造工艺相同。

本发明的转轴5与外部的动力输入装置或动力输出装置联接，起到输入或输出动力的作用。因此，转轴5可以是和转子4单独的部件，转子4固定设置在转轴5外圆周上；当然转轴5也可以是和转子4制成一体的部件，乃至于转轴5可以在结构上视为转子4的位于轴心的一部分。

所述的转轴5由不锈钢或其它非导磁材料构成，与普通永磁同步电机的转轴制造工艺相同。

本发明的外壳1为由铝或其它非导磁材料构成的环形部件，外壳1的内环处通过燕尾槽结构与定子铁心21紧密连接，用以固定安装定子2，外壳1与普通永磁同步电机的外壳制造工艺相同。

不同于普通的永磁同步电机，本发明的电机基于磁场调制原理工作，又不同于现有的转子永磁型场调制电机，本发明的电机采用了定子永磁型结构，所以，本发明提出的定子永磁型场调制电机在理论分析、结构优化设计、参数计算等方面与现有的电机类型有着本质的区别。本发明的电机通过转子凸极42和定子齿23引起的气隙磁导变化对定子永磁体22产生的磁场进行调制，从而使得转子磁场的磁极对数不再与定子永磁磁场极对数相同。此时，定子电枢绕组24绕制的极对数不再与定子永磁磁场极对数相同，而是与调制产生的极对数较少的转子磁场极对数相同，即所述定子齿23的个数N_s、电枢绕组24绕制的极对数p_w、转子凸极42的个数N_r满足以下关系：

N_s＝2×(N_r-p_w)(1)

参见图1，所示电机的转子凸极数为13，定子齿数(定子永磁体极数)为18，则电枢绕组绕制的极对数为4。

由于工作原理和结构的特殊性，本发明的电机定子齿上绕组磁链均为单极性磁链，所以电枢绕组24均采用集中绕组形式设计，该绕制方式进一步简化了下线工艺，便于进行定子的模块化加工。此外，为了能够绕制出三相对称电枢绕组，定子齿23的个数N_s应满足：

N_s＝3k(2)

其中，k为正整数。

本发明涉及的定子永磁型场调制电机将永磁体和电枢绕组置于定子侧，具有转子结构简单，机械可靠性高、永磁体散热容易、加工制作方便的特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (3)

1.一种定子永磁型场调制电机，其特征在于，该电机由外至内包括同轴心排列的外壳(1)、定子(2)、气隙(3)、转子(4)和转轴(5)，定子(2)通过燕尾槽固定在外壳(1)内部，定子(2)与转子(4)之间设置气隙(3)，转子(4)固定在转轴(5)外部；

所述定子(2)包括若干沿圆周等距间隔排列的定子铁心(21)、嵌入相邻定子铁心(21)之间的定子永磁体(22)、凸出于定子铁心(21)内周的定子齿(23)、嵌入相邻定子齿(23)之间的多相对称电枢绕组(24)；

所述转子(4)包括与定子(2)同轴心的环形转子铁心(41)、若干凸出于转子铁心(41)外围的转子凸极(42)；

所述外壳(1)为不导磁的环形部件，用于固定安装定子(2)；

所述定子齿(23)的个数N_s、电枢绕组(24)绕制的极对数p_w、转子凸极(42)的个数N_r满足以下关系：N_s＝2×(N_r-p_w)。

2.根据权利要求1所述的定子永磁型场调制电机，其特征在于，定子永磁体(22)沿圆周切向充磁，且相邻永磁体充磁方向相反。

3.根据权利要求1所述的定子永磁型场调制电机，其特征在于，定子齿(23)的个数应为3的倍数，以便能够绕制出三相对称电枢绕组。