CN106849567A - 一种高功率密度的磁通切换永磁电机 - Google Patents

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王凯
孙海阳
陈曦
谈嘉莹
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Abstract

本发明公开了一种高功率密度的磁通切换永磁电机，包括n段子电机，各段子电机沿轴向依次排列，每段子电机均包括定子和转子；每段子电机的定子包括m个定子铁芯单元和m个永磁体，相邻定子铁芯单元之间镶嵌1个永磁体，m个永磁体均采用切向充磁，且相邻永磁体的充磁方向相反；相邻子电机定子上的m个永磁体一一对应，相互对应的永磁体的周向位置相同且充磁方向相反；相邻子电机之间通过轴向充磁的环形永磁体相连接，环形永磁体由m个永磁体单元沿周向排列组成，且相邻永磁体单元的充磁方向相反；相邻子电机的转子沿周向错开半个电周期角度。本发明克服传统磁通切换永磁电机的缺陷，提高了磁通切换永磁电机的功率密度，减小电机的体积。

Description

一种高功率密度的磁通切换永磁电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，特别涉及了一种高功率密度的磁通切换永磁电机。
背景技术
磁通切换永磁电机的永磁磁钢和电枢绕组都位于定子上，转子上既无绕组也无永磁体，结构简单、运行可靠，易于散热，而且有高功率密度、高效率、带载能力强、可获得高度正弦反电势等特点，因而被认为是最有可能替代转子型永磁电机的一种结构。
现有磁通切换永磁电机的永磁体为切向充磁，径向嵌在定子齿中，电负荷和磁负荷相互制约。若想要提高磁负荷，相应的电负荷就必然会降低，或者增大电机的体积。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种高功率密度的磁通切换永磁电机，克服传统磁通切换永磁电机的缺陷，采用“整机分段”思想，提高磁通切换永磁电机的功率密度，减小电机的体积。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种高功率密度的磁通切换永磁电机，包括n段子电机，n≥2，各段子电机沿轴向依次排列，每段子电机均包括定子和转子；每段子电机的定子包括m个定子铁芯单元和m个永磁体，相邻定子铁芯单元之间镶嵌1个永磁体，m个永磁体均采用切向充磁，且相邻永磁体的充磁方向相反；相邻子电机定子上的m个永磁体一一对应，相互对应的永磁体的周向位置相同且充磁方向相反；相邻子电机之间通过轴向充磁的环形永磁体相连接，所述环形永磁体由m个永磁体单元沿周向排列组成，且相邻永磁体单元的充磁方向相反；相邻子电机的转子沿周向错开半个电周期角度。
基于上述技术方案的优选方案，所述n段子电机共用一套电枢绕组。
基于上述技术方案的优选方案，所述电枢绕组采用集中式绕组。
基于上述技术方案的优选方案，每段子电机的转子表面均匀分布着若干个凸极，且转子上没有绕组和永磁体。
基于上述技术方案的优选方案，转子表面的凸极为直极或者斜极。
基于上述技术方案的优选方案，所述n段子电机的转子绕同一转轴旋转。
基于上述技术方案的优选方案，所述转轴采用非导磁材料制成。
基于上述技术方案的优选方案，定、转子铁芯采用导磁材料制成。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明针对定子永磁型电机特有的结构特点，通过“整机分段”，且在相邻段之间加入轴向充磁的永磁体，通过多个磁极的聚磁作用，进一步提高磁通切换永磁电机的功率密度，减少电机的体积。
附图说明
图1是本实施例中段一电机的二维结构示意图。
图2是本实施例中段二电机的二维结构示意图。
图3是本实施例中轴向充磁的环形永磁体的结构示意图。
图4是本实施例的磁通切换永磁电机的三维结构示意图。
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。
本实施例以三相12/10极U型定子铁芯磁通切换永磁电机为例，并分为两段（n=2）来进行说明。
如图1、图2所示，该电机包含两段定子(段一定子和段二定子)和两段转子(段一转子和段二转子)。每段定子包括12个U型铁芯单元和12个切向充磁的永磁体。每段定子铁芯是由横截面为U型的12个铁芯单元与夹在相邻U型铁芯单元之间的12个永磁体拼装而成，这些永磁体均切向充磁，且相邻的两块永磁体的充磁方向相反。
段一定子和段二定子相同周向位置上的永磁体充磁方向相反。段一定子和段二定子之间加入轴向充磁的环形永磁体。如图3所示，轴向充磁的环形永磁体由12个永磁体单元沿周向排列而成，且相邻的永磁体单元的充磁方向相反。段一定子、段二定子和其间轴向充磁的环形永磁体组合成整机定子，由3个永磁磁极共同提供气隙磁场，具有聚磁作用。
段一定子和段二定子上共用一套电枢绕组，即电枢绕组置于整机定子上。3相电枢绕组采用对称集中式绕组线圈，均匀分布在定子极上，每个集中式电枢线圈横跨在由相邻两个U型铁芯单元和中间所夹永磁体所组成的定子极的两侧的槽中。A相电枢绕组由A1、A2、A3、A4线圈串联组合而成；B相和C相电枢绕组依次类推。
段一转子和段二转子同轴安装，转轴采用非导磁材料，且段一转子和段二转子周向错开电机的半个电周期角度。本实施方案转子极数为10极，所以周向错开18度。
图4为磁通切换永磁电机的三维结构示意图（箭头为充磁方向）。两段子电机的转子表面均匀分布着若干个凸极，且转子上没有绕组和永磁体，凸极可以为直极，也可以为斜极。
本发明设计的高功率密度的磁通切换永磁电机，既可以做电动运行，又可以做发电运行。电机可以多段叠加，采用更多的轴向充磁永磁体来增强磁场，提高电机的功率密度。
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)

1.一种高功率密度的磁通切换永磁电机，其特征在于：包括n段子电机，n≥2，各段子电机沿轴向依次排列，每段子电机均包括定子和转子；每段子电机的定子包括m个定子铁芯单元和m个永磁体，相邻定子铁芯单元之间镶嵌1个永磁体，m个永磁体均采用切向充磁，且相邻永磁体的充磁方向相反；相邻子电机定子上的m个永磁体一一对应，相互对应的永磁体的周向位置相同且充磁方向相反；相邻子电机之间通过轴向充磁的环形永磁体相连接，所述环形永磁体由m个永磁体单元沿周向排列组成，且相邻永磁体单元的充磁方向相反；相邻子电机的转子沿周向错开半个电周期角度。
2.根据权利要求1所述一种高功率密度的磁通切换永磁电机，其特征在于：所述n段子电机共用一套电枢绕组。
3.根据权利要求2所述一种高功率密度的磁通切换永磁电机，其特征在于：所述电枢绕组采用集中式绕组。
4.根据权利要求1所述一种高功率密度的磁通切换永磁电机，其特征在于：每段子电机的转子表面均匀分布着若干个凸极，且转子上没有绕组和永磁体。
5.根据权利要求4所述一种高功率密度的磁通切换永磁电机，其特征在于：转子表面的凸极为直极或者斜极。
6.根据权利要求1所述一种高功率密度的磁通切换永磁电机，其特征在于：所述n段子电机的转子绕同一转轴旋转。
7.根据权利要求6所述一种高功率密度的磁通切换永磁电机，其特征在于：所述转轴采用非导磁材料制成。
8.根据权利要求1所述一种高功率密度的磁通切换永磁电机，其特征在于：定、转子铁芯采用导磁材料制成。
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