CN106787310A - 一种磁场增强型的交替极永磁电机 - Google Patents

一种磁场增强型的交替极永磁电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁场增强型的交替极永磁电机，包括n段转子，n段转子依次沿转子轴向相接，且相邻两段转子之间设有轴向充磁的环形永磁体，相邻环形永磁体的充磁方向相反；n段转子的结构相同，每段转子的表面均匀设有多个凸极，相邻凸极之间的凹槽内镶嵌有永磁体，在转子表面形成凸极与永磁体交替排列结构；相邻两段转子表面的永磁体沿周向偏移半个电周期角度；同段转子表面上的各永磁体的充磁方向相同，相邻段转子表面上的永磁体的充磁方向相反；每段转子内侧与转轴之间均设有一个空心圆柱形的永磁体，且相邻两段转子内侧的永磁体的充磁方向相反。本发明克服了传统表贴式永磁电机的缺陷，节约了永磁材料的生产成本，增强了输出转矩能力。

Description

一种磁场增强型的交替极永磁电机
技术领域
本发明属于电机结构技术领域，特别涉及了一种磁场增强型的交替极永磁电机。
背景技术
近些年，由于永磁电机具有高转矩密度、高效率，被广泛应用于家电、电动汽车、风力发电和航空航天等场合。
传统的表贴式永磁电机，其结构如图1所示。转子表面完全由永磁体覆盖，而永磁体所采用的材料是价格高昂的稀土永磁材料，因此表贴式永磁电机的生产成本较高。
另外，转子的离心力可能会使表贴式永磁体脱落，为了避免造成不可挽回的损坏，需在永磁体外添加不导磁的保护套，这样不仅增加了成本，而且使得定转子间的等效气隙变大，从而降低了输出转矩能力。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明在提供一种磁场增强型的交替极永磁电机，克服了传统表贴式永磁电机的缺陷，节约了永磁材料的使用成本，
增强输出转矩能力。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种磁场增强型的交替极永磁电机，包括n段转子，n为大于等于2的整数；n段转子依次沿转子轴向相接，且相邻两段转子之间设有轴向充磁的环形永磁体，相邻环形永磁体的充磁方向相反；n段转子的结构相同，每段转子的表面均匀设有多个凸极，相邻凸极之间的凹槽内镶嵌有永磁体，在转子表面形成凸极与永磁体交替排列结构；相邻两段转子表面的永磁体沿周向偏移半个电周期角度；同段转子表面上的各永磁体的充磁方向相同，相邻段转子表面上的永磁体的充磁方向相反；每段转子内侧与转轴之间均设有一个空心圆柱形的永磁体，且相邻两段转子内侧的永磁体的充磁方向相反。
基于上述技术方案的优选方案，各段转子表面和内侧的永磁体的充磁方式为径向充磁、平行充磁或Halbach阵列充磁。
基于上述技术方案的优选方案，各段转子表面的永磁体、各段转子内侧的永磁体以及相邻两段转子之间的环形永磁体的种类不相同。
基于上述技术方案的优选方案，每段转子表面永磁体的形状与相邻凸极之间凹槽的形状相配合，使永磁体的各个面与凹槽的各个面紧密接触，永磁体的上表面和凸极的上表面均为弧面，且永磁体上表面的弧度与凸极上表面的弧度相同，所有凸极上表面与永磁体上表面构成一完整的圆柱面。
基于上述技术方案的优选方案，在每段转子表面的永磁体的外侧设置保护套。
基于上述技术方案的优选方案，所述交替极永磁电机的定子铁芯和转子铁芯均由导磁材料制成。
基于上述技术方案的优选方案，所述交替极永磁电机能够进行电动运行和发电运行。
基于上述技术方案的优选方案，所述交替极永磁电机能够作为内转子电机和外转子电机。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明采用转子凸极与永磁体交替排列的结构，与传统的表贴式永磁电机相比，减少了转子表面永磁体的数量，从而降低了生产成本。
另外，单个转子凸极与永磁体交替排列的转子结构会在转轴端部产生单极磁化，将对整个电机系统的可靠性和安全性产生影响，考虑采用转子分段的方法，在转子和转轴内部提供漏磁路径，避免了转轴端部的磁化。
但是如果仅仅将转子表面的永磁体分段，虽然能够避免转轴端部磁化，却会在气隙中产生轴向漏磁，降低转矩输出能力，为此本发明在转子内侧以及相邻转子之间设置了永磁体，消除转子不平衡磁拉力，并提升转矩输出能力。
附图说明
图1是传统表贴式永磁电机结构示意图。
图2(a)、图2(b)分别是本发明中第一段转子、第二段转子的二维示意图。
图3是本发明提出的磁场增强型交替极永磁电机的三维示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明以三相12/10极的永磁电机为例，且采用两段转子。采用A、B、C三相绕组，A相电枢绕组由A1、A2、A3和A4线圈串联组合而成，B相和C相电枢绕组依次类推。电机包括12个定子极。
磁场增强型的交替极永磁电机包括两段转子，两段转子依次沿转子轴向相接，且相邻两段转子之间设有轴向充磁的环形永磁体，相邻环形永磁体的充磁方向相反。两段转子的结构相同，如图2(a)、2(b)所示，每段转子的表面均匀设有5个凸极，相邻凸极之间的凹槽内镶嵌有永磁体，在转子表面形成5个凸极与5个永磁体交替排列结构，永磁体的形状与凹槽的形状相配合，使永磁体的各个面与凹槽的各个面紧密接触，永磁体的上表面和凸极的上表面均为弧面，且永磁体上表面的弧度与凸极上表面的弧度相同，所有凸极上表面与永磁体上表面构成一完整的圆柱面；相邻两段转子表面的永磁体沿周向偏移半个电周期角度。每段转子内侧与转轴之间均设有一个空心圆柱形的永磁体。
图3为本发明电机的整体三维示意图。
上述实施例虽然以三相12/10极结构为例，但是任何相数和极槽配合的传统表贴式永磁电机均可以改变为本发明设计的结构。
在本发明中，永磁体的充磁方式可以为平行充磁、径向充磁或者Halbach阵列充磁。定转子铁芯采用导磁材料制成。转子表面的永磁体、转子内侧的永磁体以及相邻两段转子之间的环形永磁体的种类可以不相同。与传统表贴式永磁电机相比，虽然增加了转子内侧的永磁体，但是转子内侧永磁体可以使用成本较低的永磁材料，所以依然降低了生产成本。
在本发明中，转子表面永磁体与凸极之间不必紧密接触，可以在转子表面永磁体的外侧设置保护套，从而防止转子表面永磁体的脱落。
本发明设计的永磁电机既能够作电动运行，也可以作发电运行；既可以作为内转子电机，也可以作为外转子电机。
本发明设计的永磁电机，因为采用转子凸极与永磁体交替排列的结构，减少转子表面永磁体的使用量。同时采用分段转子的结构，在转子的表面、内侧以及相邻转子之间均设有分段的永磁体，在消除转轴端部磁化和转子不平衡磁拉力的同时，进一步提高转矩输出能力。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种磁场增强型的交替极永磁电机，其特征在于：所述交替极永磁电机包括n段转子，n为大于等于2的整数；n段转子依次沿转子轴向相接，且相邻两段转子之间设有轴向充磁的环形永磁体，相邻环形永磁体的充磁方向相反；n段转子的结构相同，每段转子的表面均匀设有多个凸极，相邻凸极之间的凹槽内镶嵌有永磁体，在转子表面形成凸极与永磁体交替排列结构；相邻两段转子表面的永磁体沿周向偏移半个电周期角度；同段转子表面上的各永磁体的充磁方向相同，相邻段转子表面上的永磁体的充磁方向相反；每段转子内侧与转轴之间均设有一个空心圆柱形的永磁体，且相邻两段转子内侧的永磁体的充磁方向相反。
2.根据权利要求1所述一种磁场增强型的交替极永磁电机，其特征在于：各段转子表面和内侧的永磁体的充磁方式为径向充磁、平行充磁或Halbach阵列充磁。
3.根据权利要求1所述一种磁场增强型的交替极永磁电机，其特征在于：各段转子表面的永磁体、各段转子内侧的永磁体以及相邻两段转子之间的环形永磁体的种类不相同。
4.根据权利要求1所述一种磁场增强型的交替极永磁电机，其特征在于：
每段转子表面永磁体的形状与相邻凸极之间凹槽的形状相配合，使永磁体的各个面与凹槽的各个面紧密接触，永磁体的上表面和凸极的上表面均为弧面，且永磁体上表面的弧度与凸极上表面的弧度相同，所有凸极上表面与永磁体上表面构成一完整的圆柱面。
5.根据权利要求1所述一种磁场增强型的交替极永磁电机，其特征在于：在每段转子表面的永磁体的外侧设置保护套。
6.根据权利要求1所述一种磁场增强型的交替极永磁电机，其特征在于：所述交替极永磁电机的定子铁芯和转子铁芯均由导磁材料制成。
7.根据权利要求1所述一种磁场增强型的交替极永磁电机，其特征在于：所述交替极永磁电机能够进行电动运行和发电运行。
8.根据权利要求1所述一种磁场增强型的交替极永磁电机，其特征在于：所述交替极永磁电机能够作为内转子电机和外转子电机。
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Application publication date: 20170531

Assignee: JIANGSU LEILI MOTOR Co.,Ltd.

Assignor: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Contract record no.: X2023980036428

Denomination of invention: A magnetic field enhanced alternating pole permanent magnet motor

Granted publication date: 20190205

License type: Exclusive License

Record date: 20230609

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