CN114744844A - 一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机，属于磁场磁通切换电机技术领域，包括第一转子、第二转子以及定子，第一转子与第二转子分别位于定子两侧并且相对于定子对称设置；第一转子、第二转子都包括永磁体模块与转子背铁，永磁体模块固定在转子背铁上；定子包括隔磁盘、固定在隔磁盘两侧的第一定子极、第二定子极、绕设在第一定子极与第二定子极上的环形电枢绕组。本发明电机轴向长度短，结构紧凑，永磁体模块采用Halbach排列方式，提高了电机气隙磁密的正弦度，降低了电机气隙谐波含量，提高了电机的转矩密度；永磁体模块设置在转子上，缓解了定子磁路饱和，降低了电机的铁芯损耗与绕组铜耗，提高了电机的效率。

Description

一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机

技术领域

本发明属于磁场磁通切换电机技术领域，具体涉及一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机。

背景技术

定子永磁型永磁磁通切换电机通常采用双凸极结构，电枢绕组与永磁体均位于定子上，转子上既无绕组也无永磁体，结构简单，使得电机具有高功率密度，高转矩密度，高效率等优点。但是定子永磁型轴向磁场磁通切换电机，永磁体位于定子使得电枢绕组槽面积被严重挤压，定子齿部磁路饱和严重，使得电机气隙磁密谐波含量增加，气隙磁密正弦度差；并且使得电机绕组铜耗与定子损耗急剧增加，削弱电机过载状态下转矩能力，电机整体发热严重，对电机工作寿命与可靠性产生不良影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机，解决现有技术中存在的定子永磁型混合励磁电机气隙磁场正弦度差，铁心损耗较高，过载能力差，散热效率低等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机，包括同轴安装的第一转子、第二转子以及位于两个转子之间且与两个转子之间留有气隙的定子，所述第一转子以及第二转子上均设置有永磁体模块与转子背铁，所述永磁体模块固定在转子背铁上，所述永磁体模块在转子背铁上均匀布置形成圆环形，所述第一转子、第二转子以及定子为凸极拓扑结构，所述第一转子与第二转子分别位于定子两侧并且相对于定子对称设置；

所述永磁体模块为若干个，且永磁体模块的数量均为6n±k个，其中k，n为正整数。

进一步的，所述定子包括隔磁盘、固定在隔磁盘两侧的第一定子极、第二定子极和绕制在所述第一定子极与第二定子极上的环形电枢绕组，所述第一定子极与第二定子极均包括定子铁心与导磁桥，所述定子铁心与导磁桥交替均匀排列成圆环形，所述定子铁心与导磁桥均设置有多个，所述定子铁心与导磁桥的数量均为6n个，其中n为正整数，所述定子铁心与导磁桥关于隔磁盘对称设置。

进一步的，所述永磁体模块采用Halbach排列方式，包括正向充磁永磁体模块和反向充磁永磁体模块，所述正向充磁永磁体模块与反向充磁永磁体模块交替排列，所述第一转子与第二转子上对称位置的永磁体模块的充磁方向相反。

进一步的，每个所述定子铁心靠近气隙的表面设置有3个辅助槽。

进一步的，所述环形电枢绕组跨绕在所述第一定子极与第二定子极的导磁桥上。

进一步的，所述转子背铁采用硅钢材料叠压制成，所述永磁体模块采用钕铁硼永磁体。

进一步的，所述第一定子极与第二定子极的定子铁心与导磁桥均采用硅钢材料叠压制成。

本发明的有益效果：

1、本发明的永磁体设置于转子上，提高了转矩密度与功率密度，增强电机过载状态下的转矩能力，减小电机齿槽转矩；定子铁芯表面设置有辅助槽，降低转矩脉动；转子永磁体采用Halbach排列，增加了气隙磁密的正弦程度，降低谐波含量；同时本发明由双转子和单定子组成的双气隙对称结构，可以平衡两侧轴向磁拉力；采用隔磁盘将定子分为两部分，实现了两个定子磁路的解耦，降低了磁路的饱和程度，也提高了电机的容错运行能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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是本发明转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机结构示意图。

图2是本发明转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机定子结构示意图。

图3是本发明转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机永磁体模块充磁方向示意图。

图4是本发明转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机转子角度为α1时永磁磁通路径图。

图5是本发明转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机转子角度为α2时永磁磁通路径图。

图中标号说明：

1、第一转子；2、定子；3、第二转子；4、永磁体模块；5、转子背铁；2-1、第一定子极；2-2、隔磁盘；2-3、电枢绕组；2-4、第二定子极；2-5、定子铁心；2-6、导磁桥；2-7、开口槽；7.、转子角度为α1时永磁磁通路径；8、转子角度为α2时永磁磁通路径。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机，如图1、图3所示，包括同轴安装的第一转子1、第二转子3以及位于两个转子之间且与两个转子之间留有气隙的定子2，第一转子1以及第二转子2上均设置有永磁体模块4与转子背铁5，永磁体模块4固定在转子背铁5上，永磁体模块4在转子背铁5上均匀布置形成圆环形，第一转子1、第二转子3以及定子2为凸极拓扑结构，第一转子1与第二转子3分别位于定子2两侧并且相对于定子2对称设置；永磁体模块4为若干个，且永磁体模块4的数量均为6n±k个，其中k，n为正整数；永磁体模块4采用Halbach排列方式，包括正向充磁永磁体模块4-1和反向充磁永磁体模块4-2，正向充磁永磁体模块4-1与反向充磁永磁体模块4-2交替排列，第一转子1与第二转子3上对称位置的永磁体模块4的充磁方向相反，转子背铁5采用硅钢材料叠压制成，永磁体模块4采用钕铁硼永磁体。永磁体设置于两个转子上，提高了转矩密度与功率密度，增强电机过载状态下的转矩能力，减小电机齿槽转矩，采用Halbach排列，增加了气隙磁密的正弦程度，降低谐波含量，两个转子和单定子组成的双气隙对称结构，可以平衡两侧轴向磁拉力。

如图2所示，定子2包括隔磁盘2-2、固定在隔磁盘2-2两侧的第一定子极2-1、第二定子极2-4和绕制在第一定子极2-1与第二定子极2-4上的环形电枢绕组2-3；第一定子极2-1与第二定子极2-4均包括定子铁心2-5与导磁桥2-6，定子铁心2-5与导磁桥2-6交替均匀排列成圆环形，定子铁心2-5与导磁桥2-6均设置有多个，定子铁心2-5与导磁桥2-6的数量均为6n个，其中n为正整数，定子铁心2-5与导磁桥2-6关于隔磁盘2-2对称设置；每个定子铁心2-5靠近气隙的表面设置有3个辅助槽2-7；环形电枢绕组2-3跨绕在第一定子极2-1与第二定子极2-4的导磁桥2-6上；第一定子极2-1与第二定子极2-4的定子铁心2-5与导磁桥2-6均采用硅钢材料叠压制成。定子铁芯2-5表面设置有辅助槽2-7，降低转矩脉动，采用隔磁盘2-2将定子2分为两部分，实现了两个定子磁路的解耦，降低了磁路的饱和程度，也提高了电机的容错运行能力。

上述电机的工作运行原理：当第一转子1与第二转子2运行至α1角度时，转子角度为α1时永磁磁通路径7在图4中进行表示，以A相为例，根据“磁阻最小原理”，永磁磁通沿箭头方向穿入A1绕组；当第一转子1与第二转子2运行至α2角度时，转子角度为α2时永磁磁通路径8在图5中表示，磁通沿箭头的方向穿出A1绕组。在上述两种位置A1绕组匝链的永磁磁通数值相同极性相反，当第一转子1与第二转子2连续转动时，A1绕组匝链的永磁磁通在正负幅值之间发生周期性变化，对应产生幅值与相位交替变化的感应电动势。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (7)

1.一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机，其特征在于：包括同轴安装的第一转子(1)、第二转子(3)以及位于两个转子之间且与两个转子之间留有气隙的定子(2)，所述第一转子(1)以及第二转子(2)上均设置有永磁体模块(4)与转子背铁(5)，所述永磁体模块(4)固定在转子背铁(5)上，所述永磁体模块(4)在转子背铁(5)上均匀布置形成圆环形，所述第一转子(1)、第二转子(3)以及定子(2)为凸极拓扑结构，所述第一转子(1)与第二转子(3)分别位于定子(2)两侧并且相对于定子(2)对称设置；

所述永磁体模块(4)为若干个，且永磁体模块(4)的数量均为6n±k个，其中k，n为正整数。

2.根据权利要求1所述的一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机，其特征在于，所述定子(2)包括隔磁盘(2-2)、固定在隔磁盘(2-2)两侧的第一定子极(2-1)、第二定子极(2-4)和绕制在所述第一定子极(2-1)与第二定子极(2-4)上的环形电枢绕组(2-3)；

所述第一定子极(2-1)与第二定子极(2-4)均包括定子铁心(2-5)与导磁桥(2-6)，所述定子铁心(2-5)与导磁桥(2-6)交替均匀排列成圆环形，所述定子铁心(2-5)与导磁桥(2-6)均设置有多个，所述定子铁心(2-5)与导磁桥(2-6)的数量均为6n个，其中n为正整数，所述定子铁心(2-5)与导磁桥(2-6)关于隔磁盘(2-2)对称设置。

3.根据权利要求1所述的一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机，其特征在于，所述永磁体模块(4)采用Halbach排列方式，包括正向充磁永磁体模块(4-1)和反向充磁永磁体模块(4-2)，所述正向充磁永磁体模块(4-1)与反向充磁永磁体模块(4-2)交替排列，所述第一转子(1)与第二转子(3)上对称位置的永磁体模块(4)的充磁方向相反。

4.根据权利要求2所述的一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机，其特征在于，每个所述定子铁心(2-5)靠近气隙的表面设置有3个辅助槽(2-7)。

5.根据权利要求2所述的一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机，其特征在于，所述环形电枢绕组(2-3)跨绕在所述第一定子极(2-1)与第二定子极(2-4)的导磁桥(2-6)上。

6.根据权利要求1所述的一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机，其特征在于，所述转子背铁(5)采用硅钢材料叠压制成，所述永磁体模块(4)采用钕铁硼永磁体。

7.根据权利要求2所述的一种转子永磁型轴向磁场磁通切换Halbach电机，其特征在于，所述第一定子极(2-1)与第二定子极(2-4)的定子铁心(2-5)与导磁桥(2-6)均采用硅钢材料叠压制成。

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