CN105490481B - 一种高转矩密度多盘-多气隙轴向磁通磁场调制永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高转矩密度多盘‑多气隙轴向磁通磁场调制永磁电机，其中该永磁电机具有多盘多气隙结构，由沿轴向方向上依次交错排列的若干定子与转子构成而成，若定子数目为Ns，转子数目为Nr，定子与转子数目满足：Ns＝Nr+1(Nr＝2，3，4...)，最外侧两定子不放置绕组，内侧定子放置环形绕组。按照本发明实现的调制永磁电机，降低了绕组端部长度，减小了电机铜耗，提高了效率，两侧外定子作为辅助磁路，保留了磁场调制电机的高电磁转矩密度、高功率因数等特点，提高了电机的整体转矩密度，同时两侧外定子可直接与机壳相连，装配容易。

Description

一种高转矩密度多盘-多气隙轴向磁通磁场调制永磁电机

技术领域

本发明属于永磁电机领域，更具体地，涉及一种高转矩密度多盘-多气隙轴向磁通磁场调制永磁电机。

背景技术

磁场调制永磁电机具有齿槽转矩与转矩波动低、反电动势谐波小、电磁转矩密度高、节约磁钢等优点，自提出以来受到研究人员的关注。相比常规电机来说，磁场调制电机由于其特有的磁场调制作用，即可通过调制环或定子齿等调制单元将转子的多极磁场调制成定子轭中的少极磁场，具有低速大转矩的工作特点。然而由于磁场调制电机定子极数少，使得绕组端部较长，导致电机的铜耗高、整体转矩密度也降低。

发明内容

针对现有磁场调制电机的性能不足，本发明提出一种高转矩密度多盘-多气隙轴向磁通磁场调制永磁电机，用于解决电机的铜耗高、整体转矩密度低的缺点。

本发明提出了一种高转矩密度多盘-多气隙轴向磁通磁场调制永磁电机，其特征在于，该永磁电机具有多盘多气隙结构，由沿轴向方向上依次交错排列的若干定子与转子构成，设定子数目为Ns，转子数目为Nr，定子与转子数目满足：Ns＝Nr+1，其中Nr为大于或等于2的整数，位于两端最外侧的所述两定子不设置绕组，位于内侧的所述定子设置若干围绕所述径向方向的环形绕组，沿所述轴向方向上相对于其上一个所述定子依次偏移半个槽距机械角度。

进一步地，在所述永磁电机中，位于两端最外侧的所述两定子可直接与所述永磁电机机壳相连。

总之，按照本发明实现的磁场调制电机在内定子上放置环形绕组，降低了绕组端部长度，减小了电机铜耗，提高了效率。两侧外定子作为辅助磁路，保留了磁场调制电机的高电磁转矩密度、高功率因数等特点，提高了电机的整体转矩密度，同时两侧外定子可直接与机壳相连，装配容易。

附图说明

图1所示为多盘-多气隙轴向磁通磁场调制电机-五盘剖面示意图(以定子齿数为24，转子极对数为22，定子电枢极对数为2电机为例)，其中包括三个定子两个转子。

图2所示为多盘-多气隙轴向磁通磁场调制电机-七盘剖面示意图(以定子齿数为24，转子极对数为22，定子电枢极对数为2电机为例)，其中包括五个定子三个转子。

图3所示为内定子铁芯与环形绕组。

其中：

1—外定子Ⅰ 2—转子Ⅰ 3—内定子Ⅰ 4—转子Ⅱ 5—外定子Ⅱ6—转子Ⅲ 7—内定子Ⅱ 8—环形线圈 9—定子铁芯

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

下面结合附图，具体说明该电机的特点及工作原理。

以三相五盘轴向磁通磁场调制电机为例，假定定子齿数为24，转子极对数为22，定子电枢极对数为2，图1为电机的四分之一模型，电机内定子铁芯9上的绕组排布如图3所示。

按照本发明实现的磁场调制电机结构为轴向磁通磁场调制结构，其中由三个定子和两个转子组成，其中轴向结构包括外定子Ⅰ1，转子Ⅰ2，内定子Ⅰ3，转子Ⅱ4、外定子Ⅱ5，内定子与外定子的槽数完全相同，在电机运行时均保持静止。

本发明在内定子铁芯9上放置环形绕组8，降低了绕组端部长度，减小了电机铜耗，提高了效率，并且该环形绕组的绕制方向是沿径向方向绕制。处于最外端的两侧定子仅仅作为辅助磁路，不用放置绕组，避免了绕组端部太长。

两侧外定子Ⅰ1与外定子Ⅱ5作为辅助磁路，保留了磁场调制电机的高电磁转矩密度、高功率因数等特点，提高了电机的整体转矩密度，同时两侧外定子1与外定子5可直接与机壳相连，装配容易。因此本发明设计合理，性能良好。

根据磁场调制的原理，在图1所示的实施例中，当两转子22对极的永磁体随负载旋转时，在靠近两转子的气隙中会产生22对极的多极磁场。该22对极的磁场经过具有24个齿的定子调制后，定子轭电枢磁场变为2对极的少极磁场。其中，在多级磁场转速较低的条件下，由于磁场调制作用，虽然多极磁场仅旋转了很小的电角度，少极磁场将有大电角度的偏移。该现象被称为“磁齿轮效应”，因此在该现象的影响下，按照本发明实现的磁场调制电机具有低速大转矩的工作特点。按照图2的另外一个实施例中，是对五个定子三个转子电机设置进行了说明，相对于图1的基础上，图2的实施例是说明在五个定子三个转子的基础之上是如何进行扩展的，即在三个定子和二个转子的基础之上，利用增加一个转子和一个定子的手段来对该结构进行扩展，如图2所示，是在内定子Ⅰ3和转子Ⅱ4之间增加转子Ⅲ6和内定子Ⅱ7，按照上述手段进行相应的结构扩展，同样也能达到提高电机整体转矩密度的效果。

本领域的技术人员容易理解，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。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 (2)

1.一种高转矩密度多盘-多气隙轴向磁通磁场调制永磁电机，其特征在于，该永磁电机具有多盘多气隙结构，由沿轴向方向上依次交错排列的若干定子与转子构成，设定子数目为Ns，转子数目为Nr，定子与转子数目满足：Ns＝Nr+1，其中Nr为大于或等于2的整数，位于两端最外侧的两定子不设置绕组，位于内侧的所述定子设置若干围绕径向方向的环形绕组，沿所述轴向方向上相对于其上一个所述定子依次偏移半个槽距机械角度。

2.如权利要求1所述的高转矩密度多盘-多气隙轴向磁通磁场调制永磁电机，其特征在于，在所述永磁电机中，位于两端最外侧的所述两定子可直接与所述永磁电机机壳相连。