CN114268177A - 一种横向磁场双凸极永磁电机 - Google Patents

一种横向磁场双凸极永磁电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种横向磁场双凸极永磁电机，包括转子、定子，定子上设置有永磁体磁钢，每个定子上位于永磁体磁钢一侧设置有电枢绕组，电枢绕组和永磁体磁钢所产生的主磁通所在平面转子的运动方向垂直。与传统电机磁路结构不同，横向磁场电机绕组截面的配置与磁路结构不在同一平面内，不存在相互制约关系，且电机的各相是相互独立的，各相之间没有关联，实现了结构上的解耦，简化控制方法，本发明集横向磁场电机和双凸极永磁电机的优点于一身，具有结构简单、磁钢用量少、成本低的优点，且具有较高的功率密度和转矩密度，本发明可广泛用于对低速、大功率、直接驱动的电机领域。

Description

一种横向磁场双凸极永磁电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是一种横向磁场双凸极永磁电机。
背景技术
随着电动车、磁悬浮列车和舰船电力推动等大功率电气传动技术的发展，在航空航天、轮船潜艇等领域对电机提出了越来越高的要求，既要满足体积小、重量轻、效率高，又要满足在低速下有较高的转矩密度和功率密度，传统的横向磁场电机具有较高的功率密度，但功率因数低，不适用于对功率因数需要要求的场合，且结构较为复杂，加工工艺复杂，所以现有的横向磁场电机还有许多需要改善的地方，现有的横向磁场电机大体可以分为聚磁式、平板式和开关磁阻式三种，其中又以聚磁式转矩密度最高，为解决上述问题，本技术方案设计了一种横向磁场双凸极永磁电机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种横向磁场双凸极永磁电机，适用于低速、高转矩、直接驱动电机的航空航天、轮船运输等领域，具有磁钢用量少、结构简单、成本较低的特点，且具有较高的功率密度，从而满足低速大功率电机的需求。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种横向磁场双凸极永磁电机，包括转子、定子，所述定子上设置有永磁体磁钢，每个定子上位于永磁体磁钢一侧设置有电枢绕组，电枢绕组和永磁体磁钢所产生的主磁通所在平面转子的运动方向垂直。
作为本技术方案的进一步描述，所述定子采用双凸极结构所述定子为“U”型结构，“U”型所述定子的顶部设有横向的永磁体磁钢，与所述永磁体磁钢接触的定子铁心上设有电枢绕组。
作为本技术方案的进一步描述，所述永磁体磁钢镶嵌在“U”型定子的顶部，向定子齿横向两个方向充磁，在定子中产生横向磁场。
作为本技术方案的进一步描述，所述电枢绕组缠绕在“U”型定子的顶部，电枢绕组通正向电流，在定子的顶部产生横向磁场，方向与永磁体磁钢的充磁方向一致，有增磁作用，电枢绕组通反向电流，在定子的顶部产生与永磁体磁钢充磁方向相反的横向磁场，起去磁作用。
作为本技术方案的进一步描述，所述转子铁心采用双凸极结构，“U”型定子的两齿端的定子凸极与转子凸极相对应，根据磁阻最小原理，在定子铁心和转子铁心中形成横向闭合磁路。
作为本技术方案的进一步描述，所述定子和转子铁心均由硅钢片叠压而成。
其有益效果在于，本技术方案提供了横向磁场双凸极永磁电机，与传统电机磁路结构不同，横向磁场电机绕组截面的配置与磁路结构不在同一平面内，不存在相互制约关系，且电机的各相是相互独立的，各相之间没有关联，实现了结构上的解耦，简化控制方法，此外，本发明集横向磁场电机和双凸极永磁电机的优点于一身，具有结构简单、磁钢用量少、成本低的优点，且具有较高的功率密度和转矩密度，本发明可用于对低速、大功率、直接驱动的电机领域，特别是对需要保证体积小、重量轻、效率高且功率大的航空航天、轮船运输等应用场合。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的定子铁心和转子铁心轴向的示意图；
图3是本发明的定子铁心和转子铁心轴向的示意图。
图中，1、转子；2、定子；3、永磁体磁钢；4、电枢绕组。
具体实施方式
首先说明本发明的设计初衷，随着电动车、磁悬浮列车和舰船电力推动等大功率电气传动技术的发展，在航空航天、轮船潜艇等领域对电机提出了越来越高的要求，既要满足体积小、重量轻、效率高，又要满足在低速下有较高的转矩密度和功率密度，传统的横向磁场电机具有较高的功率密度，但功率因数低，不适用于对功率因数需要要求的场合，且结构较为复杂，加工工艺复杂，所以现有的横向磁场电机还有许多需要改善的地方，因此，本发明设计了一种横向磁场双凸极永磁电机。
下面结合附图对本发明进行具体描述，本发明设计了一种横向磁场双凸极永磁电机，如图1-图3所示，该电机包括定子2、镶嵌在定子2上的永磁体磁钢3和转子1，定子2和转子1均采用双凸极结构，每个定子2上均设有永磁体磁钢3和电枢绕组4，电枢绕组4和永磁体磁钢3所产生的主磁通所在平面转子1的运动方向垂直，所述定子2为“U”型结构，“U”型定子2的顶部设有横向的永磁体磁钢3、与磁钢接触的定子2铁心上设有电枢绕组4，永磁体磁钢3镶嵌在“U”型定子2的顶部，向定子2横向两个方向充磁，在定子2中产生横向磁场，所述电枢绕组4缠绕在“U”型定子2齿顶部，电枢绕组4通正向电流，在定子2齿顶部产生横向磁场，方向与永磁体磁钢3的充磁方向一致，有增磁作用，电枢绕组4通反向电流，在定子2的顶部产生与永磁体磁钢3充磁方向相反的横向磁场，起去磁作用。
所述转子1采用双凸极结构，“U”型定子2的两齿端的定子2凸极与转子1凸极相对应，根据磁阻最小原理，在定子2铁心和转子1铁心中形成横向闭合磁路，所述定子2和转子1均由硅钢片叠压而成。
下面对本发明的实施过程及原理再进一步说明如下：
本发明的结构原理如图1所示，图1是本发明的横向磁场双凸极电机为三相结构时的示意图，该横向磁场电机包括定子2、永磁体磁钢3和转子1，定子2为用硅钢片叠压而成的“U”型结构，转子1轴向两侧设有沿转子1圆周方向的转子1凸极，与定子2的两个齿端接触，如图2和图3所示，转子1为由硅钢片叠压而成的齿轮型结构，“U”型定子2顶部铁心间镶嵌有永磁体磁钢3，永磁体磁钢3充磁方向如图2中的箭头所示方向。
定子2与永磁体磁钢3接触部分顶部铁心上缠绕有电枢绕组4；电枢绕组4产生的主磁通所在平面与转子1的运动方向垂直，实现了电磁解耦和结构上的隔离，不需要考虑齿槽间相互制约，可有效提高功率密度和转矩密度，根据磁阻最小原理，在定子2铁心和转子1铁心中形成横向闭合磁路，拖动转子1转动。
永磁体磁钢3设置在定子2顶部，磁钢用量少，结构简单，易于加工，工艺要求低，成本较低，定子2和转子1均采用硅钢片叠压而成，相比传统横向磁场电机采用的软磁复合材料，简化了工艺，降低成本。
本技术方案提供了横向磁场双凸极永磁电机，与传统电机磁路结构不同，横向磁场电机绕组截面的配置与磁路结构不在同一平面内，不存在相互制约关系，且电机的各相是相互独立的，各相之间没有关联，实现了结构上的解耦，简化控制方法，此外，本发明集横向磁场电机和双凸极永磁电机的优点于一身，具有结构简单、磁钢用量少、成本低的优点，且具有较高的功率密度和转矩密度，本发明可用于对低速、大功率、直接驱动的电机领域，特别是对需要保证体积小、重量轻、效率高且功率大的航空航天、轮船运输等应用场合。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种横向磁场双凸极永磁电机，其特征在于，包括转子(1)、定子(2)，所述定子(2)上设置有永磁体磁钢(3)，每个定子(2)上位于永磁体磁钢(3)一侧设置有电枢绕组(4)，电枢绕组(4)和永磁体磁钢(3)所产生的主磁通所在平面转子(1)的运动方向垂直。
2.根据权利要求1所述的一种横向磁场双凸极永磁电机，其特征在于，所述定子(2)采用双凸极结构所述定子(2)为“U”型结构，“U”型所述定子(2)的顶部设有横向的永磁体磁钢(3)，与所述永磁体磁钢(3)接触的定子(2)铁心上设有电枢绕组(4)。
3.根据权利要求1所述的一种横向磁场双凸极永磁电机，其特征在于，所述永磁体磁钢(3)镶嵌在“U”型定子(2)的顶部，向定子(2)齿横向两个方向充磁，在定子(2)中产生横向磁场。
4.根据权利要求1所述的一种横向磁场双凸极永磁电机，其特征在于，所述电枢绕组(4)缠绕在“U”型定子(2)的顶部，电枢绕组(4)通正向电流，在定子(2)的顶部产生横向磁场，方向与永磁体磁钢(3)的充磁方向一致，有增磁作用，电枢绕组(4)通反向电流，在定子(2)的顶部产生与永磁体磁钢(3)充磁方向相反的横向磁场，起去磁作用。
5.根据权利要求1所述的一种横向磁场双凸极永磁电机，其特征在于，所述转子(1)铁心采用双凸极结构，“U”型定子(2)的两齿端的定子(2)凸极与转子(1)凸极相对应，根据磁阻最小原理，在定子(2)铁心和转子(1)铁心中形成横向闭合磁路。
6.根据权利要求1所述的一种横向磁场双凸极永磁电机，其特征在于，所述定子(2)和转子(1)铁心均由硅钢片叠压而成。
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