CN111082548A - 一种定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机，包括若干个模块化定子和一个内转子，若干个模块化定子依次紧贴构成一个完整的外定子，外定子与内转子之间形成独立的气隙，外定子上开有若干个定子槽，相邻定子槽之间形成定子齿，定子齿按其尺寸分为大定子齿和小定子齿，且大定子齿与小定子齿相邻设置，每个大定子齿和小定子齿的表面均贴有永磁体，永磁体的宽度小于所在定子齿表面的宽度，大定子齿上永磁体的极性与相邻小定子齿上永磁体的极性相反，每个大定子齿上绕设有电枢绕组和直流励磁绕组。本发明解决了磁通反向电机转矩密度低和永磁体退磁的问题，提高了电机的电磁性能和运行可靠性，降低了电机的加工成本。

Description

一种定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机
技术领域
本发明属于电机领域，特别涉及了一种混合励磁的磁通反向电机。
背景技术
由于高磁能永磁体的使用，使得永磁电机具备了高转矩密度、高功率密度、良好的弱磁性能和高效率的优点，适合全速范围内运行。永磁体贴于定子齿表面的磁通反向电机由于转子机械强度大、永磁体贴在定齿子上易于散热等优点受到了广泛的研究，在电动车等应用领域具有广泛的应用前景。然而，受变频器功率等级的限制，难以实现高速弱磁运行成为限制该类电机应用的一个因素。此外，现有的磁通反向电机还存在转矩密度小和永磁体退磁风险大、运行可靠性低和永磁体使用成本高等缺陷。
发明内容
为了解决上述背景技术提倒的技术问题，本发明提出了一种定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机，
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机，包括若干个模块化定子和一个内转子，若干个模块化定子依次紧贴构成一个完整的外定子，外定子与内转子之间形成独立的气隙，外定子上开有若干个定子槽，相邻定子槽之间形成定子齿，定子齿按其尺寸分为大定子齿和小定子齿，且大定子齿与小定子齿相邻设置，每个大定子齿和小定子齿的表面均贴有永磁体，永磁体的宽度小于所在定子齿表面的宽度，大定子齿上永磁体的极性与相邻小定子齿上永磁体的极性相反，每个大定子齿上绕设有电枢绕组和直流励磁绕组。
进一步地，每个模块化定子上开有两个定子槽，这两个定子槽之间形成所述大定子齿，相邻两个模块化定子上的两个定子槽之间通过拼接形成所述小定子齿。
进一步地，大定子齿表面的两侧边缘处贴有两块极性相同的永磁体，这两块永磁体之间形成凸极定子铁芯，这两块永磁体与其之间的凸极定子铁芯构成交替极定子结构；小定子齿表面的中间位置处贴有一块永磁体，这块永磁体的两侧分别形成两块凸极定子铁芯，这两块凸极定子铁芯与其之间的永磁体构成交替极定子结构。
进一步地，大定子齿上的两块永磁体的极弧相同；小定子齿上的两块凸极定子铁芯的极弧相同。
进一步地，大定子齿表面的中间位置处贴有一块永磁体，这块永磁体的两侧分别形成两块凸极定子铁芯，这两块凸极定子铁芯与其之间的永磁体构成交替极定子结构；小定子齿表面的两侧边缘处贴有两块极性相同的永磁体，这两块永磁体之间形成凸极定子铁芯，这两块永磁体与其之间的凸极定子铁芯构成交替极定子结构。
进一步地，大定子齿上的两块凸极定子铁芯的极弧相同；小定子齿上的两块永磁体的极弧相同。
进一步地，所述内转子为凸极转子。
进一步地，根据电机应用场合，将外定子、内转子的结构适应性替换为内定子、外转子的结构。
采用上述技术方案带来的有益效果：
(1)本发明采用定子模块化结构，将电枢绕组绕制在大定子齿上，可以提高电机的电枢绕组因数进而提高电机的转矩密度，同时方便模块化加工、电机定子绕线和整机装配，提高批量生产能力；
(2)本发明中的小定子齿可以实现绕组之间的物理隔离，提高电机运行的可靠性；
(3)本发明在定子齿表面设置永磁体和凸极定子铁芯，从而形成交替极结构，节约了永磁体用量，减小了电机有效气隙，提高了电机转矩密度；同时定子齿上的凸极铁芯为直流励磁提供路径，与永磁体形成并联混合励磁，降低了永磁体的退磁风险；
(4)本发明通过控制流入直流励磁绕组电流正负实现电机增磁和弱磁的灵活调节。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；标号说明：1、模块化定子；2、电枢绕组；3、直流励磁绕组；4、小定子齿上永磁体；5、大定子齿上永磁体；6、内转子；7、气隙；8、10、11、大定子齿；9、小定子齿；
图2是本发明实施例1中大定子齿永磁体和凸极铁芯截面示意图；标号说明：12-13、大定子齿上的永磁体；14、大定子齿上的凸极铁芯；
图3是本发明实施例1中小定子齿永磁体和凸极铁芯截面示意图；标号说明：15-16、小定子齿上的凸极铁芯；17、小定子齿上的永磁体；
图4是本发明实施例2的结构示意图；
图5是本发明实施例1中混合励磁电机在永磁体单独励磁，磁场增强和磁场削弱三种工况下的反电势波形图。
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。
一种定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机，如图1所示，包括若干个模块化定子1和一个内转子6，若干个模块化定子依次紧贴构成一个完整的外定子，外定子与内转子之间形成独立的气隙7。外定子上开有若干个定子槽，相邻定子槽之间形成定子齿，定子齿按其尺寸分为大定子齿8、10、11和小定子齿9，且大定子齿与小定子齿相邻设置，每个大定子齿和小定子齿的表面均贴有永磁体4、5，永磁体的宽度小于所在定子齿表面的宽度，大定子齿上永磁体5的极性与相邻小定子齿上永磁体4的极性相反。每个大定子齿上绕设有电枢绕组2和直流励磁绕组3。
如图1所示，每个模块化定子上开有两个定子槽，这两个定子槽之间形成所述大定子齿，相邻两个模块化定子上的两个定子槽之间形成所述小定子齿。
在本发明中，永磁体的设置包含以下两个实施例。
实施例1
如图1所示，大定子齿表面的两侧边缘处贴有两块极性相同的永磁体，这两块永磁体之间形成凸极定子铁芯，这两块永磁体与其之间的凸极定子铁芯构成交替极定子结构。小定子齿表面的中间位置处贴有一块永磁体，这块永磁体的两侧分别形成两块凸极定子铁芯，这两块凸极定子铁芯与其之间的永磁体构成交替极定子结构。如图2所示，大定子齿上的两块永磁体12和13的极弧(θ1)相同。如图3所示，小定子齿上的两块凸极定子铁芯15和16的极弧(θ3)相同。通过调节永磁体12的极弧θ1、凸极铁芯14的极弧θ2、永磁体17的极弧θ4和凸极铁芯15的极弧θ3，可以调节电机永磁体单独励磁时的输出电磁性能和调磁性能。
该电机的调磁原理符合经典的磁场调制原理：电枢绕组是12槽集中隔齿绕组，电枢绕组中含有6k±1(k为大于等于0的正整数)次谐波。定子齿上18对极的永磁场经过19个转子齿的调制作用产生1对极的主工作谐波驱动电机工作。直流电枢绕组通电后产生6对极的磁场经19个转子齿调制后产生13对极的调制场谐波，该13对极的调制场谐波与电枢绕组中的13对极谐波相互作用实现电机的磁场调节。
实施例2
如图4所示，大定子齿表面的中间位置处贴有一块永磁体，这块永磁体的两侧分别形成两块凸极定子铁芯，这两块凸极定子铁芯与其之间的永磁体构成交替极定子结构；小定子齿表面的两侧边缘处贴有两块极性相同的永磁体，这两块永磁体之间形成凸极定子铁芯，这两块永磁体与其之间的凸极定子铁芯构成交替极定子结构。同理，大定子齿上的两块凸极定子铁芯的极弧相同，小定子齿上的两块永磁体的极弧相同。
结合图1说明该电机的绕组连接方式。以三相电枢绕组为例，为了消除电机反电势中的偶次谐波，该电机定子电枢绕组绕成5对极，大定子齿8上绕A相正线圈，为了在60相带得到平衡的三相绕组，大定子齿10上绕B相负线圈，大定子齿11上绕C相正线圈，剩余3个大定子齿上的线圈正负和相带划分可依照经典绕组理论进行绕制。6个大定子齿上的直流励磁绕组均具有相同的正负极性，可以通过控制流入直流励磁绕组电流正负实现电机增磁和弱磁的调节。该电机在永磁体单独励磁、增磁和弱磁混合励磁三种工况下的反电势波形如图5所示，从图中以看出，电机具有良好的调磁能力。此外，由于混合励磁下直流励磁电流通过定子齿上的凸极铁芯而不经过永磁体，与永磁体形成并联混合励磁，降低了永磁体的退磁风险。
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，例如交替极转子可以有多种结构，V形交替极永磁结构，spoke永磁结构，halbach排列交替极永磁结构等等，本发明以三相单元电机为例进行了说明，可以拓展到M相极槽配合的交替极磁通反向混合励磁永磁电机，此外该思想也可扩展到轴向磁通和直线等多种电机中，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)

1.一种定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机，其特征在于：包括若干个模块化定子和一个内转子，若干个模块化定子依次紧贴构成一个完整的外定子，外定子与内转子之间形成独立的气隙，外定子上开有若干个定子槽，相邻定子槽之间形成定子齿，定子齿按其尺寸分为大定子齿和小定子齿，且大定子齿与小定子齿相邻设置，每个大定子齿和小定子齿的表面均贴有永磁体，永磁体的宽度小于所在定子齿表面的宽度，大定子齿上永磁体的极性与相邻小定子齿上永磁体的极性相反，每个大定子齿上绕设有电枢绕组和直流励磁绕组。
2.根据权利要求1所述定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机，其特征在于：每个模块化定子上开有两个定子槽，这两个定子槽之间形成所述大定子齿，相邻两个模块化定子上的两个定子槽之间通过拼接形成所述小定子齿。
3.根据权利要求1所述定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机，其特征在于：大定子齿表面的两侧边缘处贴有两块极性相同的永磁体，这两块永磁体之间形成凸极定子铁芯，这两块永磁体与其之间的凸极定子铁芯构成交替极定子结构；小定子齿表面的中间位置处贴有一块永磁体，这块永磁体的两侧分别形成两块凸极定子铁芯，这两块凸极定子铁芯与其之间的永磁体构成交替极定子结构。
4.根据权利要求3所述定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机，其特征在于：大定子齿上的两块永磁体的极弧相同；小定子齿上的两块凸极定子铁芯的极弧相同。
5.根据权利要求1所述定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机，其特征在于：大定子齿表面的中间位置处贴有一块永磁体，这块永磁体的两侧分别形成两块凸极定子铁芯，这两块凸极定子铁芯与其之间的永磁体构成交替极定子结构；小定子齿表面的两侧边缘处贴有两块极性相同的永磁体，这两块永磁体之间形成凸极定子铁芯，这两块永磁体与其之间的凸极定子铁芯构成交替极定子结构。
6.根据权利要求5所述定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机，其特征在于：大定子齿上的两块凸极定子铁芯的极弧相同；小定子齿上的两块永磁体的极弧相同。
7.根据权利要求1所述定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机，其特征在于：所述内转子为凸极转子。
8.根据权利要求1所述定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机，其特征在于：根据电机应用场合，将外定子、内转子的结构的适应性替换为内定子、外转子的结构。
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