CN108494122A - 一种横向磁通永磁电机 - Google Patents

一种横向磁通永磁电机 Download PDF

Info

Publication number
CN108494122A
CN108494122A CN201810378998.7A CN201810378998A CN108494122A CN 108494122 A CN108494122 A CN 108494122A CN 201810378998 A CN201810378998 A CN 201810378998A CN 108494122 A CN108494122 A CN 108494122A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnet
stator
transverse flux
motor
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810378998.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108494122B (zh
Inventor
李大伟
谢康福
曲荣海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201810378998.7A priority Critical patent/CN108494122B/zh
Publication of CN108494122A publication Critical patent/CN108494122A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108494122B publication Critical patent/CN108494122B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/17—Stator cores with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/145—Stator cores with salient poles having an annular coil, e.g. of the claw-pole type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786—Outer rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/12—Transversal flux machines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

本发明公开一种横向磁通永磁电机，该横向磁通永磁电机包括转子和定子，定子包括多个U形导磁铁芯、多个海尔贝克磁钢阵列及绕于U形导磁铁芯的绕组，在两个相邻的U形导磁铁芯之间布置有海尔贝克磁钢阵列，海尔贝克磁钢阵列包括位于中间的径向充磁磁钢及位于两边的切向充磁的两个磁钢。通过在定子上设置海尔贝克磁钢阵列，磁钢和绕组都在一侧，可以节省成本，散热和冷却更方便。上述电机的转子包括永磁体和导磁铁芯部分，定、转子都采用永磁磁钢励磁，转子采用交替极结构，磁钢用量少，永磁体的利用率得到提高，利用聚磁效果，增大了气隙磁密，增大了空载反电势，提高电机的功率因数，从而减小驱动器容量，降低应用成本。

Description

一种横向磁通永磁电机
技术领域
本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种横向磁通永磁电机。
背景技术
电力推进系统以其生命力强、噪声小、运行成本低、布置灵活等优点逐渐成为未来船舶的首选推进方式。推进电机的体积重量和它的输出转矩成正比，而船舶需要低转速、大转矩的推进系统，推进电机体积重量往往限制了电力推进的应用。横向磁通永磁电机因为具有超高的转矩密度(可达到常规电机的3-6倍)，不存在相间耦合，每相可单独供电，容错性好等特点，特别适合用于低速大转矩场合，近年受到越来越多研究人员的重视。
现有的横向磁通永磁电机的主要缺点是：1、电机散热效率不高，2功率因数低，导致给定输出功率的情况下，需增大驱动变流器容量，从而带来增加成本，降低系统运行可靠性等问题。所以，提高横向磁通永磁电机的功率因数和提高电机散热成为该电机大规模应用的一个关键问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种横向磁通永磁电机，实现两个目的，目的之一在于通过在定子中放置磁钢，可以节省成本，使得电机散热更方便；目的之二在于通过采用定转子均放置有磁钢的复合结构来改进磁路，提高横向磁通电机的功率因数同时增大转矩密度。
为实现上述目的，本发明提供了一种横向磁通永磁电机，包括：
转子和定子，定子包括多个U形导磁铁芯、多个海尔贝克磁钢阵列及绕于U形导磁铁芯的绕组，在两个相邻的U形导磁铁芯之间布置有海尔贝克磁钢阵列，海尔贝克磁钢阵列包括位于中间的径向充磁磁钢及位于两边的切向充磁的两个磁钢。
通过在定子上设置海尔贝克磁钢阵列，磁钢和绕组都在一侧，可以节省成本，散热和冷却更方便。
优选地，两个相邻的U形导磁铁芯之间布置有两个海尔贝克磁钢阵列，一个海尔贝克磁钢阵列位于两个相邻的U形导磁铁芯的一个端部之间，另一个海尔贝克磁钢阵列位于两个相邻的U形导磁铁芯的另一个端部之间。
优选地，定子包括公共导磁轭部，用于连接每个U形导磁铁芯。
优选地，转子包括永磁体和导磁铁芯部分，导磁铁芯部分开有永磁槽，用于安装永磁体；永磁体充磁方向相同，转子磁钢充磁方向与径向充磁磁钢的充磁方向相同。
在于通过采用定转子均放置有磁钢的复合结构来改进磁路，提高横向磁通电机的功率因数同时增大转矩密度。
优选地，永磁体分两列排布，一列永磁体与U形导磁铁芯的一端部相对布置，另一列永磁体与U形导磁铁芯的另一端部相对布置。
优选地，所述电机为旋转电机或直线电机。
优选地，通过将定子等分成3N块，每N块绕组中通入一相电流，实现三相横向磁通永磁电机。
为实现上述目的，本发明提供了一种横向磁通永磁电机，包括：转子和定子，定子包括定子轭部，与定子轭部连接的定子爪极，爪极间的海尔贝克磁钢阵列以及位于定子爪极内部的绕组，转子包括永磁体和导磁铁芯部分，永磁体充磁方向相同，海尔贝克磁钢阵列包括位于中间的径向充磁磁钢及位于两边的切向充磁的两个磁钢，径向充磁磁钢的充磁方向与转子磁钢充磁方向相同。
优选地，通过将定子等分成3N块，每N块绕组中通入一相电流，实现三相横向磁通永磁电机。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，与现有横向磁通永磁电机相比，存在如下有益效果：
1、本发明提供的横向磁通永磁电机中，定、转子都采用永磁磁钢励磁，转子采用交替极结构，磁钢用量少，定子铁芯间布置有沿切向充磁的磁钢和沿径向充磁的磁钢，永磁体的利用率得到提高，利用聚磁效果，增大了气隙磁密，增大了空载反电势，提高电机的功率因数，从而减小驱动器容量，降低应用成本。
2、本发明提供的横向磁通永磁电机中，定、转子都采用永磁磁钢励磁，使得该电机可以分解为两个独立的横向磁通电机，两者叠加在一起构成横向磁通电机，使得转矩密度得到进一步提高。
3、本发明提供的横向磁通永磁电机中，定、转子都采用永磁磁钢励磁，使得该电机可以分解为两个独立的横向磁通电机，由于可以分解为两个独立的横向磁通电机，使得容错性能高。
4、本发明提供的横向磁通永磁电机中，采用公共导磁轭部，连接每个U形导磁铁芯，避免使用复杂的机械结构固定定子。
附图说明
图1为本发明实施例的一种横向磁通永磁电机结构示意图；
图2为本发明实施例的一种横向磁通永磁电机侧视图；
图3为本发明实施例的一种横向磁通永磁电机另一侧视图；
图4为本发明实施例的一种横向磁通永磁电机转子结构示意图；
图5为本发明实施例的一种横向磁通永磁电机定子结构示意图；
图6为本发明实施例的一种横向磁通永磁电机定子永磁部分结构示意图；
图7为本发明实施例的一种横向磁通永磁电机转子永磁部分结构示意图；
图8为忽略电枢绕组压降，在Id＝0控制方式下的电机相量图；
图9为现有技术中普通横向磁通永磁电机结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种横向磁通永磁旋转电机的结构示意图；
在所有的附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-转子，11-转子轭部，12-转子磁钢；2-定子，21-定子铁芯，22-定子磁钢；3-绕组。
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。
本发明提供的横向磁通永磁电机，适用于风力发电、舰船推进等领域。如图1至图5所示，本发明提供的横向磁通永磁电机，包括转子1、定子2和绕组3，转子1由导磁铁芯11和永磁体12组成，磁钢12位于铁芯11的表面，定子2由导磁铁芯21和永磁体22组成，导磁铁芯21形成的空腔内放有沿圆周方向的绕组3。当横向磁通永磁电机为直线电机时，转子称为动子。
在图1的实施例中，三角形代表各磁钢充磁方向，为了让定子为一整体结构，通常设置连接导磁铁芯21的公共导磁轭部，避免使用复杂的机械结构使定子成为一个整体结构。通过将定子等分成3N块，每N块绕组中通入一相电流，每相电流电角度错开120°，实现三相横向磁通永磁电机。在将定子分块时，可以将定子沿径向分成3N块，可以将定子沿轴向分成3N块。
如图2和3所示电机结构侧视图，转子磁钢采用交替极结构，转子两侧的磁钢充磁方向相同，且错开一个转子齿距。定子U形铁芯间有径向充磁和切向充磁磁钢构成的海尔贝克磁钢阵列，且U形铁芯两侧磁钢充磁方向相同，定子U形铁芯间设置的海尔贝克磁钢阵列呈两排布置，一排海尔贝克磁钢阵列位于U形导磁铁芯的一个端部，另一排海尔贝克磁钢阵列位于U形导磁铁芯的另一个端部。
如图6和7所示，将横向磁通电机分解为定子永磁部分和转子永磁部分，其中，定子永磁部分如图6所示，和转子永磁部分如图7所示，两部分可分别作为横向磁通电机独立工作，两者叠加在一起构成所述横向磁通电机，使得转矩密度得到进一步提高。
图9所示为常规横向磁通永磁电机，每一时刻只有一半磁钢提供有效磁通，相比之下本发明中横向磁通永磁电机，转子磁钢移至定子U形铁芯间，且转子采用交替极结构，可以提高永磁体的利用率得到提高，利用聚磁效果，增大了气隙磁密，增大了空载反电势，提高电机的功率因数。图8所示为忽略电枢绕组压降并采用Id＝0控制方式时的电机相量图，得到电机功率因数表达式为：
由此可见，电机的功率因数同空载反电势和同步阻抗相关，通过增大空载反电势或减少同步阻抗，可以增大功率因数。本发明横向磁通电机聚磁效应的利用使得磁负荷增大，空载反电势增加，磁路磁阻增大，同步阻抗减小，电机功率因数增大。同时，在磁钢用量没有明显增加的情况下，提高了电机的转矩密度。
如图10所示，该横向磁通永磁电机为旋转电机结构，该电机包括呈环形布置的多个U形导磁铁芯21，且U形导磁铁芯21的开口方向朝向转轴方向，在U形导磁铁芯中绕有绕组3，两个相邻的U形导磁铁芯21之间设有哈尔贝克磁钢阵列，该电机转子包括导磁铁芯和永磁体，永磁体采用交替极设置。
本发明提供一种横向磁通永磁爪极电机，定子包括定子轭部与定子爪极，定子轭部同定子爪极连接，爪极间设置有海尔贝克磁钢阵列，在定子爪极内部设置有绕组，转子包括永磁体和导磁铁芯部分，永磁体充磁方向相同，转子采用交替极结构，海尔贝克磁钢阵列由三个磁钢构成，其中，包括径向充磁磁钢位于中间，切向充磁的两个磁钢位于两边，且径向充磁磁钢的充磁方向与转子磁钢充磁方向相同。通过将爪极定子等分成3N块，每N块绕组中通入一相电流，实现三相横向磁通永磁爪极电机。
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 (9)

1.一种横向磁通永磁电机，其特征在于，包括转子和定子，定子包括多个U形导磁铁芯、多个海尔贝克磁钢阵列及绕于U形导磁铁芯的绕组，在两个相邻的U形导磁铁芯之间布置有海尔贝克磁钢阵列，海尔贝克磁钢阵列包括位于中间的径向充磁磁钢及位于两边的切向充磁的两个磁钢。
2.如权利要求1所述的横向磁通永磁电机，其特征在于，两个相邻的U形导磁铁芯之间布置有两个海尔贝克磁钢阵列，一个海尔贝克磁钢阵列位于两个相邻的U形导磁铁芯的一个端部之间，另一个海尔贝克磁钢阵列位于两个相邻的U形导磁铁芯的另一个端部之间。
3.如权利要求1或2所述的横向磁通永磁电机，其特征在于，定子包括公共导磁轭部，用于连接每个U形导磁铁芯。
4.如权利要求1至3任一项所述的横向磁通永磁电机，其特征在于，转子包括永磁体和导磁铁芯部分，导磁铁芯部分开有永磁槽，用于安装永磁体；永磁体充磁方向相同，转子磁钢充磁方向与径向充磁磁钢的充磁方向相同。
5.如权利要求4所述的横向磁通永磁电机，其特征在于，永磁体分两列排布，一列永磁体与U形导磁铁芯的一端部相对布置，另一列永磁体与U形导磁铁芯的另一端部相对布置。
6.如权利要求1至5任一项所述的横向磁通永磁电机，其特征在于，所述电机为旋转电机或直线电机。
7.如权利要求1至6任一项所述的横向磁通永磁电机，其特征在于，通过将定子等分成3N块，每N块绕组中通入一相电流，实现三相横向磁通永磁电机。
8.一种横向磁通永磁电机，其特征在于，包括：转子和定子，定子包括定子轭部，与定子轭部连接的定子爪极，爪极间的海尔贝克磁钢阵列以及位于定子爪极内部的绕组，转子包括永磁体和导磁铁芯部分，永磁体充磁方向相同，海尔贝克磁钢阵列包括位于中间的径向充磁磁钢及位于两边的切向充磁的两个磁钢，径向充磁磁钢的充磁方向与转子磁钢充磁方向相同。
9.如权利要求8所述的横向磁通永磁电机，其特征在于，通过将定子等分成3N块，每N块绕组中通入一相电流，实现三相横向磁通永磁电机。
CN201810378998.7A 2018-04-25 2018-04-25 一种横向磁通永磁电机 Active CN108494122B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810378998.7A CN108494122B (zh) 2018-04-25 2018-04-25 一种横向磁通永磁电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810378998.7A CN108494122B (zh) 2018-04-25 2018-04-25 一种横向磁通永磁电机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108494122A true CN108494122A (zh) 2018-09-04
CN108494122B CN108494122B (zh) 2019-08-30

Family

ID=63314054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810378998.7A Active CN108494122B (zh) 2018-04-25 2018-04-25 一种横向磁通永磁电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108494122B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110048569A (zh) * 2019-04-10 2019-07-23 蚁人(苏州)机械科技有限公司 机器人用双层halbach阵列的定子无铁心伺服电机
CN111030330A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 苏州英磁新能源科技有限公司 一种混合励磁的永磁电机
CN112787437A (zh) * 2019-11-04 2021-05-11 大银微系统股份有限公司 永磁马达转子结构
CN114977718A (zh) * 2022-06-08 2022-08-30 四川大学 一种初级铁心交错式双边平板型横向磁通直线电机
EP4026227A4 (en) * 2019-09-06 2023-09-27 MOTX Ltd. ROTATING TRANSVERSAL FLUX MOTOR

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101577449A (zh) * 2009-03-18 2009-11-11 东南大学 磁通切换型横向磁通永磁风力发电机
CN101741212A (zh) * 2009-12-24 2010-06-16 哈尔滨工业大学 横向磁通永磁平面电机
CN101771331A (zh) * 2010-02-11 2010-07-07 哈尔滨工业大学 横向磁通超导同步电机
CN102738990A (zh) * 2011-03-30 2012-10-17 株式会社东芝 横向磁通型旋转电机及车辆
CN102904400A (zh) * 2011-07-29 2013-01-30 三星电机株式会社 横向开关磁阻电机
CN103607059A (zh) * 2013-11-18 2014-02-26 南京理工大学 定子聚磁式磁通切换横向磁通永磁风力发电机
CN103683768A (zh) * 2012-09-06 2014-03-26 德昌电机(深圳)有限公司 横向磁通永磁电机
CN103683566A (zh) * 2012-09-18 2014-03-26 株式会社东芝 横向磁通式马达
CN103840631A (zh) * 2012-11-20 2014-06-04 株式会社东芝 横向磁通型电机和车辆
EP2792051A1 (de) * 2011-12-12 2014-10-22 Siemens Aktiengesellschaft Transversalflussmaschine mit halbach-arrays
CN107660323A (zh) * 2015-06-01 2018-02-02 西门子公司 多相横向磁通电机
CN107919754A (zh) * 2017-12-15 2018-04-17 华中科技大学 一种横向磁通永磁电机

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101577449A (zh) * 2009-03-18 2009-11-11 东南大学 磁通切换型横向磁通永磁风力发电机
CN101741212A (zh) * 2009-12-24 2010-06-16 哈尔滨工业大学 横向磁通永磁平面电机
CN101771331A (zh) * 2010-02-11 2010-07-07 哈尔滨工业大学 横向磁通超导同步电机
CN102738990A (zh) * 2011-03-30 2012-10-17 株式会社东芝 横向磁通型旋转电机及车辆
CN102904400A (zh) * 2011-07-29 2013-01-30 三星电机株式会社 横向开关磁阻电机
EP2792051A1 (de) * 2011-12-12 2014-10-22 Siemens Aktiengesellschaft Transversalflussmaschine mit halbach-arrays
CN103683768A (zh) * 2012-09-06 2014-03-26 德昌电机(深圳)有限公司 横向磁通永磁电机
CN103683566A (zh) * 2012-09-18 2014-03-26 株式会社东芝 横向磁通式马达
CN103840631A (zh) * 2012-11-20 2014-06-04 株式会社东芝 横向磁通型电机和车辆
CN103607059A (zh) * 2013-11-18 2014-02-26 南京理工大学 定子聚磁式磁通切换横向磁通永磁风力发电机
CN107660323A (zh) * 2015-06-01 2018-02-02 西门子公司 多相横向磁通电机
CN107919754A (zh) * 2017-12-15 2018-04-17 华中科技大学 一种横向磁通永磁电机

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110048569A (zh) * 2019-04-10 2019-07-23 蚁人(苏州)机械科技有限公司 机器人用双层halbach阵列的定子无铁心伺服电机
EP4026227A4 (en) * 2019-09-06 2023-09-27 MOTX Ltd. ROTATING TRANSVERSAL FLUX MOTOR
CN112787437A (zh) * 2019-11-04 2021-05-11 大银微系统股份有限公司 永磁马达转子结构
CN111030330A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 苏州英磁新能源科技有限公司 一种混合励磁的永磁电机
CN114977718A (zh) * 2022-06-08 2022-08-30 四川大学 一种初级铁心交错式双边平板型横向磁通直线电机

Also Published As

Publication number Publication date
CN108494122B (zh) 2019-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108494122B (zh) 一种横向磁通永磁电机
CN104218763B (zh) 多相磁阻电机
CN104883016B (zh) 一种双定子磁场调制型永磁电机
CN202384969U (zh) 一种具有高功率密度的混合励磁同步电机
CN101552497B (zh) 混合励磁双凸极电机
CN201466928U (zh) Halbach并列转子混合励磁同步电机
CN101662193A (zh) 双转子轴向磁通切换型混合励磁同步发电机
CN104935095A (zh) 一种u形定子混合励磁开关磁阻电机
CN104201808A (zh) 一种基于位置自检测的混合励磁容错电机系统
CN102035275A (zh) 混合励磁无刷爪极电机
CN102244448A (zh) 低转矩脉动永磁开关磁链电机
CN107919754B (zh) 一种横向磁通永磁电机
CN110838779B (zh) 一种混合励磁绕线转子及混合励磁绕线式同步电机
CN112087085A (zh) 一种基于n-s交替极转子的无刷混合励磁电机
CN209282957U (zh) 一种电机转子及具有其的电动机
CN113078792B (zh) 一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机
CN108649768B (zh) 一种定子带有爪极旁路结构的混合励磁磁通切换电机
CN107508440B (zh) 一种轴向多单元定子电励磁双极性感应子电机
CN101552494B (zh) 混合励磁开关磁链电机
CN110518766A (zh) 不对称双定子混合励磁型轴向磁场磁通切换电机
CN102611219A (zh) 一种高可靠性半齿绕定子表面贴装式永磁电机
CN106100272B (zh) 一种少稀土齿轭互补的双凸极磁通可控电机
CN108258820B (zh) 一种非重叠绕组齿槽型双转子永磁同步电机
CN114094738B (zh) 自起动永磁辅助同步磁阻电机转子和电机
CN102832767A (zh) 一种并列式混合励磁无刷直流容错电机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant