CN110061576A - 永磁激磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电机制造技术领域，公开了一种永磁激磁电机，包括定子结构、以及内置于定子结构中的转子结构，该定子结构包括定子轭、设置于定子轭上的多个第一定子齿与多个第二定子齿、以及设置于相邻第一定子齿与第二定子齿之间的电枢绕组，相邻第一定子齿与第二定子齿之间具有定子槽，各第一定子齿上设有第一定子分裂齿与第二定子分裂齿，各第二定子分裂齿上设有第一定子永磁体。这样，第一定子分裂齿和第二定子齿可实现对磁场调制的作用，此外，在第二定子分裂齿上设有第一定子永磁体，避免了永磁体设置于整个第一定子齿上，减少了永磁体的用量，提高了单位磁体体积的输出转矩。

Description

永磁激磁电机
技术领域
本发明属于电机制造技术领域，更具体地说，是涉及一种永磁激磁电机。
背景技术
随着能源危机、全球暖化等问题的日益突出，人类社会面临着严峻的挑战。生产、交通电气化以及新能源的利用成为我们必然的选择。电机作为机电能量转换的关键设备，其总体性能的好坏直接影响着能源利用效率。随着永磁材料的发展，永磁电机技术已在电动汽车、工业传动、风力发电等领域得到广泛的应用，现有的永磁电机虽然可以作为直接驱动电机，但仍存在永磁体利用率低、单位磁体体积输出转矩较小的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种永磁激磁电机，旨在解决现有的永磁激磁电机存在永磁体利用率低下、单位磁体体积输出转矩较小的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：永磁激磁电机，包括具有环形腔体的定子结构、以及内置于所述定子结构中的转子结构，所述定子结构包括定子轭、呈环形阵列阵列交替设置于所述定子轭上的多个第一定子齿与多个第二定子齿、以及设置于相邻所述第一定子齿与所述第二定子齿之间的电枢绕组，相邻所述第一定子齿与所述第二定子齿之间具有用于容置所述电枢绕组的定子槽，各所述第一定子齿靠近所述转子结构一侧的两端分别设有第一定子分裂齿与第二定子分裂齿，各所述第二定子分裂齿上设有用于充磁的第一定子永磁体。
进一步地，沿所述定子轭的径向方向：各所述第一定子分裂齿的长度等于各所述第二定子分裂齿与各所述第一定子永磁体的长度之和。
进一步地，相邻两个所述第一定子分裂齿之间的所述第二定子齿上设有用于充磁的第二定子永磁体。
进一步地，相邻两个所述第一定子分裂齿之间的所述第二定子齿设为第三定子齿，相邻两个所述第二定子分裂齿之间的所述第二定子齿设为第四定子齿，所述第四定子齿沿所述定子轭的径向长度等于所述第三定子齿与所述第二定子永磁体沿所述定子轭的径向长度之和。
进一步地，所述第一定子齿的齿数与所述第二定子齿的齿数相等。
进一步地，所述电枢绕组的极对数为Pw，所述定子槽数为Zs，所述电枢绕组的相数为m相，m相所述电枢绕组、所述电枢绕组的极对数Zs、及所述定子槽数Zs的关系应满足：其中，LCD(Zs，Pw)为Zs与Pw的最大公约数；k为正整数。
进一步地，所述转子结构包括转子轭、以及呈环形阵列交替设置于所述转子轭上的多个转子齿与多个转子永磁体，相邻两个所述转子齿之间具有用于容置各所述转子永磁体的转子槽。
进一步地，沿所述转子轭的径向方向：各所述转子齿的长度与各所述转子永磁体的长度相等。
进一步地，所述转子永磁体的极对数为Zr，各所述第一定子永磁体与各所述第二定子永磁体组合形成的定子永磁体的极对数为Z，所述电枢绕组的极对数Pw、所述转子永磁体的极对数Zr、所述第一定子永磁体与所述第二定子永磁体组合形成的极对数为Z的关系应满足：Pw＝|Z-Zr|。
进一步地，所述电枢绕组在注入对称交流电时所产生的旋转磁场转速为Ωw，所述转子结构的转速为Ωr，所述电枢绕组的旋转磁场转速Ωw与所述转子结构的转速为Ωr的大小关系应满足：
本发明提供的永磁激磁电机的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的永磁激磁电机，在定子轭上呈环形阵列交替设有多个第一定子齿与多个第二定子齿，在相邻第一定子齿与第二定子齿之间设有电枢绕组，各第一定子齿靠近转子结构的一侧的两端分别设有第一定子分裂齿与第二定子分裂齿，且在第二定子分裂齿上设有第一定子永磁体，这样，第一定子分裂齿和第二定子齿可实现对磁场调制的作用，此外，在第二定子分裂齿上设有第一定子永磁体，避免了永磁体设置于整个第一定子齿上，减少了永磁体的用量，较大幅度提高了单位磁体体积的输出转矩，进而降低了电机的制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提出的永磁激磁电机的结构示意图；
图2为本发明实施例提出的一种定子结构示意图；
图3为本发明实施例提出的图2中A的放大图。
其中，图中各附图标记：
1-定子结构；11-定子轭；12-第一定子齿；13-第二定子齿；14-电枢绕组；15-定子槽；16-第一定子分裂齿；17-第二定子分裂齿；18-第一定子永磁体；19-第二定子永磁体；
2-转子结构；21-转子轭；22-转子齿；23-转子永磁体。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的，以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
如图1～3所示，本实施例提出了一种永磁激磁电机，包括具有环形腔体的定子结构1，该定子结构1中内置有转子结构2，具体地，上述定子结构1包括定子轭11，在定子轭11上设有多个第一定子齿12与多个第二定子齿13，各第一定子齿12与各第二定子齿13呈环形阵列交替设置于上述定子轭11上，该定子结构1还包括多个电枢绕组14，各电枢绕组14分别设置于相邻的第一定子齿12与第二定子齿13之间，且相邻的第一定子齿12与第二定子齿13之间具有用于容置电枢绕组14的定子槽15，此外，在各第一定子齿12上还设有第一定子分裂齿16与第二定子分裂齿17，该第一定子分裂齿16与第二定子分裂齿17均设于上述第一定子齿12靠近上述转子结构2一侧的两端，在各第二定子分裂齿17上设有第一定子永磁体18。这样，第一定子分裂齿16和第二定子齿13可实现对磁场调制的作用，此外，在第二定子分裂齿17上设有第一定子永磁体18，避免了永磁体设置于整个第一定子齿12上，减少了永磁体的用量，较大幅度提高了单位磁体体积的输出转矩，进而降低了电机的制造成本。
优选地，上述各第二定子分裂齿17上开设第一容置槽(附图未作出)，从而可将第一定子永磁体18设置于第二定子分裂齿17上，当然也可以粘结的方式将第一定子永磁体18设置于第二定子分裂齿17上，此处不作唯一限定。
优选地，请参阅图2与图3，上述第一容置槽呈燕尾状设置，从而可将第一定子永磁体18较好地固定，当然，在本实施例中，上述第一容置槽也可呈其他形状设置，此处不作唯一限定。
优选地，上述第一定子永磁体18通过点胶的方式安装于上述第一容置槽中，通过点胶方式，增加了第一定子永磁体18安装于第一容置槽中的牢固性。当然，也可以通过其他方式，例如通过设置卡扣结构来增强第一定子永磁体18在第一容置槽中的牢固性，此处不作唯一限定。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的永磁激磁电机的一种具体实施方式，上述各第一定子分裂齿16沿定子轭11径向方向的长度等于各第二定子分裂齿17与各第一定子永磁体18的长度之和，这样，可保持第一定子分裂齿16与第二定子分裂齿17长度的一致性，便于后续将转子结构2安装于定子结构1中。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的永磁激磁电机的一种具体实施方式，在相邻的两个第一定子分裂齿16之间的第二定子齿13上还设有第二定子永磁体19，这样，没有设置永磁体的定子齿实现对磁场的调制。
优选地，相邻的两个第一定子分裂齿16之间的第二定子齿13上开设第二容置槽(附图未作出)，从而可将第二定子永磁体19设置于第二定子齿13上，当然也可以粘结的方式将第二定子永磁体19设置于第二定子齿13上，此处不作唯一限定。
优选地，请参阅图2与图3，上述第二容置槽呈燕尾状设置，从而可将第二定子永磁体19的较好固定，当然，在本实施例中，上述第二容置槽也可呈其他形状设置，此处不作唯一限定。
在本实施例中，为了便于描述，将相邻的两个第一定子分裂齿16之间的第二定子齿13设为第三定子齿，将相邻的两个第二定子分裂齿17之间的第二定子齿13设为第四定子齿，则在本实施例中，第四定子齿沿定子轭11的径向方向的长度等于第三定子齿与第二定子永磁体19的长度之和。这样，可保持长度的一致性，便于后续将转子结构2安装于定子结构1中。
优选地，上述第一定子齿12的齿数与第二定子齿13的齿数相等，将第一定子齿12的齿数设为Z1，则第二定子齿13的齿数也为Z1，第一定子分裂齿16的齿数为Z1，第二定子分裂齿17的齿数为Z1，在本实施例中，第三定子齿与第四定子齿的齿数相等即为Z1/2，这样，第一定子分裂齿16与第三定子齿的齿数总和为3Z1/2，第一定子永磁体18与第二定子永磁体19的总和为3Z1/2，实现一半数量的未设置有定子永磁体的定子齿对磁场进行调制，一半设置有沿径向充磁的定子永磁体。
优选地，上述电枢绕组14的相数为m相，电枢绕组14的极对数为Pw，定子槽数为Zs，则m相所述电枢绕组14、电枢绕组14的极对数Zs、及定子槽15的极对数为Zs应满足：其中，LCD(Zs，Pw)为Zs与Pw的最大公约数；k为正整数。这样，当满足上述关系式时，为后续与转子结构2之间的能量转换提供保证。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的永磁激磁电机的一种具体实施方式，该转子结构2包括转子轭21，在该转子轭21上设有多个转子齿22与多个转子永磁体23，各转子齿22与各转子永磁体23呈环形阵列交替设置于转子轭21上，且相邻的两个转子齿22之间具有转子槽(附图未作出)，该转子永磁体23设置于上述转子槽中。这样，通过转子齿22可起到调制磁场的作用，转子永磁体23沿径向充磁。
在本实施例中，通过转子结构2内置于定子结构1中，基于“双向磁场调制效应”，即定子磁场与转子磁场被调制成丰富的磁场谐波，并通过磁场谐波的相互作用实现稳定的能量转换。具体地，上述定子磁场被转子齿22调制成丰富的磁场谐波，上述转子磁场被未设置有定子永磁体的定子齿即第一定子分裂齿16与第四定子齿调制成丰富的磁场谐波，这些极对数相同且转速相同的谐波相互作用实现稳定的能量转换。
优选地，在本实施例中，上述各转子齿22的沿转子轭21径向方向的长度等于各转子永磁体23的长度，这样，可保持转子齿22与转子永磁体23的长度一致，便于与定子结构1相互配合。
优选地，上述转子永磁体23的极对数为Zr，各第一定子永磁体18与各第二定子永磁体19组合形成的定子永磁体的极对数为Z，则所述电枢绕组14的极对数Pw、所述转子永磁体23的极对数Zr、所述第一定子永磁体18与所述第二定子永磁体19组合形成的定子永磁体极对数Z的关系应满足：Pw＝Z-Zr|。具体地，在本实施例中，上述Z＝9，Zr＝10，则Pw＝1，即形成1对极谐波磁场。当然，在本实施例中，上述定子永磁体极对数、转子永磁体23极对数也可设为其他，此处不作唯一限定。
具体地，在本实施例中，上述未设置定子永磁体的定子齿即第四定子齿的极对数为9个，即3Z1/2＝9，上述定子永磁体的极对数(即第一定子永磁体18与第二定子永磁体19组合成的定子永磁体)也为9个，即3Z1/2＝9；上述转子永磁体23形成的极对数为10个，这样，10对极的转子永磁磁场被9个未设置永磁体的定子齿调成1对极的谐波磁场，与此同时，9对极的定子永磁磁场被10个转子齿调制成1对极的谐波磁场，此时，当电枢绕组14通过一定频率的交流电时，电枢电流产生的1对极电枢磁场同时与定、转子永磁磁场调制后的1对极谐波磁场相互作用，进而实现稳定的转矩输出。
优选地，上述电枢绕组14在注入对称交流电时所产生的旋转磁场转速为Ωw，转子结构2的转速为Ωr，则电枢绕组14的旋转磁场转速Ωw与转子结构2的转速为Ωr的大小关系应满足：故仅有当满足转速满足该大小关系时，才能为后续的能量转换提供保证。
优选地，上述转子齿22由导磁性较好的硅钢片沿其轴向叠压而成，上述第一定子齿12、第一定子分裂齿16、第二定子分裂齿17、第二定子齿13均由导磁性较好的硅钢片沿其轴向叠压而成。
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 (10)

1.永磁激磁电机，包括具有环形腔体的定子结构、以及内置于所述定子结构中的转子结构，其特征在于，所述定子结构包括定子轭、呈环形阵列阵列交替设置于所述定子轭上的多个第一定子齿与多个第二定子齿、以及设置于相邻所述第一定子齿与所述第二定子齿之间的电枢绕组，相邻所述第一定子齿与所述第二定子齿之间具有用于容置所述电枢绕组的定子槽，各所述第一定子齿靠近所述转子结构一侧的两端分别设有第一定子分裂齿与第二定子分裂齿，各所述第二定子分裂齿上设有用于充磁的第一定子永磁体。
2.如权利要求1所述的永磁激磁电机，其特征在于，沿所述定子轭的径向方向：各所述第一定子分裂齿的长度等于各所述第二定子分裂齿与各所述第一定子永磁体的长度之和。
3.如权利要求2所述的永磁激磁电机，其特征在于，相邻两个所述第一定子分裂齿之间的所述第二定子齿上设有用于充磁的第二定子永磁体。
4.如权利要求3所述的永磁激磁电机，其特征在于，沿所述定子轭的径向方向：相邻两个所述第一定子分裂齿之间的所述第二定子齿设为第三定子齿，相邻两个所述第二定子分裂齿之间的所述第二定子齿设为第四定子齿，所述第四定子齿沿所述定子轭的径向长度等于所述第三定子齿与所述第二定子永磁体沿所述定子轭的径向长度之和。
5.如权利要求1所述的永磁激磁电机，其特征在于，所述第一定子齿的齿数与所述第二定子齿的齿数相等。
6.如权利要求3所述的永磁激磁电机，其特征在于，所述电枢绕组的极对数为Pw，所述定子槽数为Zs，所述电枢绕组的相数为m相，m相所述电枢绕组、所述电枢绕组的极对数Pw、及所述定子槽数Zs的关系应满足：其中，LCD(Zs，Pw)为Zs与Pw的最大公约数；k为正整数。
7.如权利要求6所述的永磁激磁电机，其特征在于，所述转子结构包括转子轭、以及呈环形阵列交替设置于所述转子轭上的多个转子齿与多个转子永磁体，相邻两个所述转子齿之间具有用于容置各所述转子永磁体的转子槽。
8.如权利要求7所述的永磁激磁电机，其特征在于，沿所述转子轭的径向方向：各所述转子齿的长度与各所述转子永磁体的长度相等。
9.如权利要求8所述的永磁激磁电机，其特征在于，所述转子永磁体的极对数为Zr，各所述第一定子永磁体与各所述第二定子永磁体组合形成的定子永磁体的极对数为Z，所述电枢绕组的极对数Pw、所述转子永磁体的极对数Zr、所述第一定子永磁体与所述第二定子永磁体组合形成的极对数Z的关系应满足：Pw＝|Z-Zr|。
10.如权利要求9所述的永磁激磁电机，其特征在于，所述电枢绕组在注入对称交流电时所产生的旋转磁场转速为Ωw，所述转子结构的转速为Ωr，所述电枢绕组的旋转磁场转速Ωw与所述转子结构的转速Ωr的大小关系应满足：
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