CN115395684A - 一种模块化定子表贴永磁电机 - Google Patents

一种模块化定子表贴永磁电机 Download PDF

Info

Publication number
CN115395684A
CN115395684A CN202211243189.8A CN202211243189A CN115395684A CN 115395684 A CN115395684 A CN 115395684A CN 202211243189 A CN202211243189 A CN 202211243189A CN 115395684 A CN115395684 A CN 115395684A
Authority
CN
China
Prior art keywords
permanent magnet
stator
modular stator
modular
shaped
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.)
Pending
Application number
CN202211243189.8A
Other languages
English (en)
Inventor
华浩
陈欣莹
王勇
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.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
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 Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN202211243189.8A priority Critical patent/CN115395684A/zh
Publication of CN115395684A publication Critical patent/CN115395684A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • 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
    • 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
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings

Landscapes

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

Abstract

本发明涉及一种模块化定子表贴永磁电机，所述电机包括表贴有永磁体的模块化定子凸极铁心、转子凸极铁心、嵌套在所述模块化定子凸极铁心上的电枢绕组，其中：所述模块化定子凸极铁心包括若干个相同的E型模块化定子结构，且相邻两个E型模块化定子结构之间设置有切向非导磁间隔，所述E型模块化定子结构与所述切向非导磁间隔沿切向均匀间隔分布；每个所述E型模块定子结构包括一个主齿和两个边端设置的副齿；所述电枢绕组嵌套在每个E型模块定子结构的主齿上；所述永磁体表贴在E型模块化定子结构的主齿上。与现有技术相比，本发明的方案提高了电机的容错能力、模块化生产能力和绕组节距系数，降低了电机的转矩波动。

Description

一种模块化定子表贴永磁电机
技术领域
本发明涉及电机设备技术领域，尤其是涉及一种模块化定子表贴永磁电机。
背景技术
随着能源危机和环境污染问题加剧，作为耗能大户的电机领域的机电能量转换效率成为一个重要性能指标。采用永磁体励磁取代电励磁以提高电机效率、减少能耗、降低碳排放的电机设计方案已成为重要趋势。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。
传统的转子永磁电机包括表贴式和内嵌式两种，表贴式永磁电机为了克服高速运行所产生的离心力影响，需要辅助装置加固永磁体，限制了转速；内嵌式永磁电机的永磁体埋入转子铁心内部，会影响转子的机械强度，并且需要辅助磁桥，同样会增加制作工艺和成本。且永磁体置于转子，不利于电机的散热，常用散热方式为风冷或设计其他冷却方式，若散热方式设计不当容易导致永磁电机中的励磁源存在一定的退磁甚至完全失磁的风险，影响电机的可靠性。
针对传统转子永磁电机存在的问题，相关专家提出了定子永磁型电机的结构。定子永磁型电机即永磁体安置在定子侧，转子侧为简单的凸极铁心。转子侧既无永磁体也无绕组，仅由硅钢片等导磁材料组成。简单的转子设计简化了设计工艺且可以提高电机转速。另外，永磁体安放在定子侧也便于散热，增加了电机的可靠性。表贴式定子永磁电机作为定子永磁型电机的一种，其凭借高转矩密度和高永磁体利用率优势，受到广泛关注。
然而，传统表贴式定子永磁电机的定子铁心为一个整体，不利于大尺寸电机的模块化生产和运输；传统定子永磁电机的不同相绕组之间存在较高的物理、磁路和热路耦合，降低电机可靠性和容错能力；传统定子永磁电机由于定子槽数和转子极数不相等，电机绕组的节距系数小于1，牺牲电机反电势和转矩能力。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提出了一种模块化定子表贴永磁电机，以提高电机的容错能力、模块化生产能力和绕组节距系数，该电机特别适合于对电机可靠性、容错性能要求高的恶劣工况、安全性至关重要场合，也适合于大型尺寸电机场合。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供了一种模块化定子表贴永磁电机，所述电机包括表贴有永磁体的模块化定子凸极铁心、转子凸极铁心、嵌套在所述模块化定子凸极铁心上的电枢绕组，其中：
所述模块化定子凸极铁心包括若干个相同的E型模块化定子结构，且相邻两个E型模块化定子结构之间设置有切向非导磁间隔，所述E型模块化定子结构与所述切向非导磁间隔沿切向均匀间隔分布；
每个所述E型模块定子结构包括一个主齿和两个边端设置的副齿；所述电枢绕组嵌套在每个E型模块定子结构的主齿上；所述永磁体表贴在E型模块化定子结构的主齿上。
优选地，所述永磁体为一块永磁体、或两块充磁方向相反的永磁体、或多块充磁方向不同的永磁体。
优选地，所述永磁体为采用平行充磁方式、或径向充磁方式、或Halbach阵列充磁方式的永磁体。
优选地，所述切向非导磁间隔为极弧宽度可调节的切向非导磁间隔。
优选地，所述切向非导磁间隔为闲置空间、或非导磁机械材料、或液冷管道。
优选地，所述E型模块化定子结构的主齿、副齿的极弧宽度可分别自由设置。
优选地，所述电枢绕组为集中式电枢绕组结构，其仅嵌套于所述E型模块定子结构的主齿，且每个所述E型模块定子结构内只包括一相电枢绕组线圈。
优选地，所述转子凸极铁心放置于所述模块化定子凸极铁心的内侧形成内转子结构，或所述转子凸极铁心放置于所述模块化定子凸极铁心的外侧形成外转子结构。
优选地，所述电机为适用不同相数、不同定转子齿槽数配合的定子表贴永磁电机。
优选地，所述电机加载正弦电流或方波电流。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)采用若干个独立的E型模块化定子结构沿切向拼接而成的模块化定子凸极铁心，有利于定子铁心的模块化制作，提高生产效率和铁心材料利用率；
2)相邻两个E型模块化定子结构之间设置的切向非导磁间隔，能够改变磁通路径、降低磁通的相间耦合程度，实现各相绕组间的物理隔离、磁隔离和热隔离，提高了电机的容错性和可靠性；此外，切向非导磁间隔设置减小了电机重量和材料消耗，降低制造成本；
3)E型模块化定子结构中的副齿设置减小了电机相间互感，增强了相间的磁隔离能力，提高了永磁电机的容错能力，可靠性更高；
4)采用集中式电枢绕组结构，线圈端部较短，提高电机效率和功率密度的同时降低了电机成本；此外，集中式单层电枢绕组结构，可对E型模块化定子结构直接嵌线，有利于提升电机嵌线工艺水平和提高槽满率；
5)切向非导磁间隔区域可视实际需求设置为空气、非导磁机械材料或液冷管道；设置为液冷管道时，既能实现降低永磁体因过热而失磁的风险，又能提高电机热负荷和功率密度；设置为非导磁机械材料时，可简化E型模块化定子结构装配，提高定子机械强度；
6)通过调节切向非导磁间隔的极弧宽度，可以调整电机绕组线圈的节距与极距的相对大小，有利于提升电机节距系数，增大绕组反电动势；增大电机转矩。同时，通过调节切向非导磁间隔的极弧宽度，降低了电机的转矩波动；
7)极槽数配合选取灵活，且当放置于每个主齿的永磁体个数为一块时，若定子槽数大于转子极数，则在一定范围内随着切向非导磁间隔极弧宽度的增加，电机的绕组节距系数、反电势和输出转矩均提升；
8)本发明设计的模块化定子表贴永磁电机，保留了传统定子永磁电机中定转子双凸极结构，继承了其转子机械强度高的优势，适合高速运行，并且易于得到方波或正弦波的感应电势波形，相应的电机控制方式灵活，适应不同应用场合。
附图说明
图1为实施例1中的模块化定子表贴永磁电机的横向剖视结构示意图；
图2为实施例2中的模块化定子表贴永磁电机的横向剖视结构示意图；
图3为实施例4中的模块化定子表贴永磁电机的横向剖视结构示意图；
图4为实施例1情况下电枢绕组节距系数随定子切向非导磁间隔极弧宽度的变化曲线；
图5为实施例1情况下切向非导磁间隔极弧宽度为0°或6°时转矩波形；
附图标记：1-模块化定子凸极铁心，11-E型模块化定子结构，111-主齿，112-副齿，1121-第一副齿，1122-第二副齿，12-切向非导磁间隔；2-转子凸极铁心；3-电枢绕组；4-永磁体，41-第一永磁体，42-第二永磁体。
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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例给出了一种模块化定子表贴永磁电机，包括表贴有永磁体4的模块化定子凸极铁心1、转子凸极铁心2、嵌套在所述模块化定子凸极铁心1上的电枢绕组3，其中：所述模块化定子凸极铁心1包括若干个相同的E型模块化定子结构11，且相邻两个E型模块化定子结构11之间设置有切向非导磁间隔12，所述E型模块化定子结构11与所述切向非导磁间隔12沿切向均匀间隔分布；每个所述E型模块定子结构11包括一个主齿111和两个边端设置的副齿112；所述电枢绕组3嵌套在每个E型模块定子结构11的主齿111上；所述永磁体4表贴在E型模块化定子结构1的主齿111上。
接下来对本实施例提供的模块化定子表贴永磁电机进行详细介绍。
本实施例的模块化定子表贴永磁电机为径向磁场旋转电机，为转子凸极铁心2放置于所述模块化定子凸极铁心1内侧形成的内转子结构。其中，定子十二槽、转子十四极、电枢绕组为三相绕组且包含六个电枢绕组线圈，其中：
模块化定子凸极铁心1包括6个E型模块化定子结构11，每个E型模块化定子结构11包括一个主齿111和两个边端设置副齿112(分别为第一副齿1121和第二副齿1122)；相邻两个E型模块化定子结构11之间设置有切向非导磁间隔12，其中，切向非导磁间隔12的个数与E型模块化定子结构11个数相等，均为6个；E型模块化定子结构11与切向非导磁间隔12沿切向均匀地间隔分布，构成电机定子整体；其中，E型模块化定子结构11的主齿111和副齿112的极弧宽度、切向非导磁间隔12的极弧宽度均可视实际需求自由调节设置。即，主齿111和副齿112的极弧宽度可以相等、或不等。
转子凸极铁心2上无绕组或永磁体。
电机绕组部分为电枢绕组3，放置于E型模块化定子结构11的主齿111铁心上，副齿112上不放置电枢绕组3。本实施例中电枢绕组3为集中式电枢绕组结构，电枢绕组端部短且无端部重叠，E型模块化定子结构11的副齿112上不放置电枢绕组；电枢绕组3的线圈个数等于E型模块化定子结构11的个数，为6个，平均分配至三相绕组。
电机励磁部分为永磁体4，本实施例中每个E型模块化定子结构11的主齿111上仅表贴一块永磁体4，整个电机永磁体总个数为6，且所有E型模块化定子结构11表贴的永磁体极性相同。由于本实施中每个主齿111内径上只表贴一块永磁体，永磁磁通方向唯一，且定子切向非导磁间隔增加了磁路磁阻，改变了磁路走向。因此，单块永磁体产生的磁通在永磁体4所在E型模块化定子结构11内闭合。磁通可经过主齿111流经第一副齿1121再通过转子铁心闭合、或经过主齿111流经第二副齿1122再通过转子铁心闭合，两种流向都于E型槽内闭合。在一定范围内通过调整切向非导磁间隔12的长度可以提高电机输出转矩，同时提高电机自感降低相间互感。此外，永磁体4的充磁方式可采用平行充磁方式、或径向充磁方式、或Halbach阵列充磁方式。永磁体4选用铁氧体材料、钕铁硼材料、钐钴材料、铝镍钴材料、或其它永磁材料制成。
为了更好地说明本实施例的效果，图4示意性地给出了电枢绕组3节距系数随切向非导磁间隔12极弧宽度变化的曲线，从图中可以看出，随着切向非导磁间隔极弧宽度增加，节距系数逐渐增大、达到极值后再降低，可见通过调整切向非导磁间隔12的极弧宽度可以有效提高电机绕组3的节距系数。图5示意性地给出了切向非导磁间隔极弧宽度为0°或6°情况下，电机输出转矩波形图，从图中可以看出，通过调整切向非导磁间隔12的极弧宽度可以在一定范围内有效提升电机转矩。同时，从图中可以看出，非导磁间隔极弧宽度的增加，降低了电机的转矩波动。
另外，E型模块化定子结构11之间的切向非导磁间隔12，视实际需求，可以为闲置空间(如空气)，或非导磁机械材料(如铝、不锈钢等)以简化E型模块化定子结构12装配、提高定子机械强度，或为液冷管道以改善电机散热能力、提高热负荷。
本实施例的定子表贴永磁电机可以加载正弦电流、或方波电流，实现电机的机电能量转换，完成电动运行或发电运行。
实施例2
本实施例提供的模块化定子表贴永磁电机中E型模块化定子结构11的主齿111表贴上了两块极性相反的永磁体4，两相邻主齿111上的永磁体充磁极性可为NS-NS或NS-SN。如图2所示，E型模块化定子结构11的主齿111上表贴的两块极性相反的永磁体4可分别为S极的第一永磁体41和N极的第二永磁体42。
本实施例中的其他设置与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供的模块化定子表贴永磁电机中E型模块化定子结构11的主齿111表贴上了多块充磁方向不同的永磁体，两相邻主齿111上的永磁体充磁极性可为NSNS-NSNS、或NSNS-SNSN、或其它类似永磁体极性排列。
本实施例的其它设置与实施例1相同。
实施例4
如图3所示，本实施例提供的模块化定子表贴式永磁电机为转子凸极铁心2放置于所述模块化定子凸极铁心1的外侧而形成外转子结构。
本实施例中的其他设置与实施例1。
需要说明的是，本发明中E型模块化定子结构11的主齿111上表贴的永磁体4的数量、极性、充磁方式等可以灵活调整；电枢绕组3相数、E型模块化定子结构11的个数及转子凸极铁心2的转子凸极齿个数也可灵活选取，其极槽数选择规则符合磁通反向电机规律即可。本发明的模块化定子表贴永磁电机可以加载正弦电流、或方波电流，实现电机的机电能量转换，完成电动运行或发电运行。
综上，针对现有表贴式定子永磁电机的缺陷，考虑模块化定子结构以弥补相应缺陷。将整体定子铁心分立成若干小单元模块的E型模块化定子结构进行加工安装，其优势包括降低加工难度，提高生产效率；提高定子槽满率，改善电机性能；方便大尺寸电机加工与运输，降低生产成本；实现线圈之间的物理、电磁和热隔离，提高容错性能等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种模块化定子表贴永磁电机，其特征在于，所述电机包括表贴有永磁体(4)的模块化定子凸极铁心(1)、转子凸极铁心(2)、嵌套在所述模块化定子凸极铁心(1)上的电枢绕组(3)，其中：
所述模块化定子凸极铁心(1)包括若干个相同的E型模块化定子结构(11)，且相邻两个E型模块化定子结构(11)之间设置有切向非导磁间隔(12)，所述E型模块化定子结构(11)与所述切向非导磁间隔(12)沿切向均匀间隔分布；
每个所述E型模块定子结构(11)包括一个主齿(111)和两个边端设置的副齿(112)；所述电枢绕组(3)嵌套在每个E型模块定子结构(11)的主齿(111)上；所述永磁体(4)表贴在E型模块化定子结构(11)的主齿(111)上。
2.根据权利要求1所述的模块化定子表贴永磁电机，其特征在于，所述永磁体(4)为一块永磁体、或两块充磁方向相反的永磁体、或多块充磁方向不同的永磁体。
3.根据权利要求2所述的模块化定子表贴永磁电机，其特征在于，所述永磁体(4)为采用平行充磁方式、或径向充磁方式、或Halbach阵列充磁方式的永磁体。
4.根据权利要求1所述的模块化定子表贴永磁电机，其特征在于，所述切向非导磁间隔(12)为极弧宽度可调节的切向非导磁间隔。
5.根据权利要求4所述的模块化定子表贴永磁电机，其特征在于，所述切向非导磁间隔(12)为闲置空间、或非导磁机械材料、或液冷管道。
6.根据权利要求1所述的模块化定子表贴永磁电机，其特征在于，所述E型模块化定子结构(11)的主齿(111)、副齿(112)的极弧宽度可分别自由设置。
7.根据权利要求1所述的模块化定子表贴永磁电机，其特征在于，所述电枢绕组(3)为集中式电枢绕组结构，其仅嵌套于所述E型模块定子结构(11)的主齿(111)，且每个所述E型模块定子结构(11)内只包括一相电枢绕组线圈。
8.根据权利要求1所述的模块化定子表贴永磁电机，其特征在于，所述转子凸极铁心(2)放置于所述模块化定子凸极铁心(1)的内侧形成内转子结构，或所述转子凸极铁心(2)放置于所述模块化定子凸极铁心(1)的外侧形成外转子结构。
9.根据权利要求1所述的模块化定子表贴永磁电机，其特征在于，所述电机为适用于不同相数、不同定转子齿槽数配合的定子表贴永磁电机。
10.根据权利要求1所述的模块化定子表贴永磁电机，其特征在于，所述电机加载正弦电流或方波电流。
CN202211243189.8A 2022-10-11 2022-10-11 一种模块化定子表贴永磁电机 Pending CN115395684A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211243189.8A CN115395684A (zh) 2022-10-11 2022-10-11 一种模块化定子表贴永磁电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211243189.8A CN115395684A (zh) 2022-10-11 2022-10-11 一种模块化定子表贴永磁电机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115395684A true CN115395684A (zh) 2022-11-25

Family

ID=84128394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211243189.8A Pending CN115395684A (zh) 2022-10-11 2022-10-11 一种模块化定子表贴永磁电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115395684A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Soderlund et al. A permanent-magnet generator for wind power applications
CN105245073B (zh) 定子永磁型双凸极盘式电机
CN109274240A (zh) 复合型非晶合金轴向磁通电机
WO2015025669A1 (ja) 発電機
CN108964396B (zh) 定子分区式交替极混合励磁电机
CN113067446B (zh) 一种双模块化混合励磁磁通切换电机
CN108631542A (zh) 一种圆筒型单元化横向磁通直线开关磁阻电机
CN104967271A (zh) 双环形绕组无源转子横向磁通单相电机
CN110838779B (zh) 一种混合励磁绕线转子及混合励磁绕线式同步电机
CN110572001B (zh) 多相永磁磁阻电机
CN113178963B (zh) 一种径向与轴向双模块化磁通切换电机
CN113178961B (zh) 一种轴向模块化磁通反向电机
CN110611413A (zh) 一种多相盘式混合励磁磁通切换电机
CN103178672B (zh) 一种模块化转子的定子表面贴装式双凸极永磁电机
CN108258820B (zh) 一种非重叠绕组齿槽型双转子永磁同步电机
CN111224477A (zh) 基于谐波绕组励磁的并列结构无刷混合励磁同步发电机
CN109256879A (zh) 一种内外层永磁体错位的双定子电机
CN106787569B (zh) 一种磁悬浮磁通切换电机
Ullah et al. Performance analysis of a modular E-shaped stator hybrid excited flux switching motor with flux gaps
CN104283353A (zh) 绕组互补型多相半齿绕磁通切换电机
CN110112852B (zh) 一种双馈型永磁电机
CN115395684A (zh) 一种模块化定子表贴永磁电机
CN110212659B (zh) 一种双凸极电机
CN209375272U (zh) 一种内外层永磁体错位的双定子电机
CN112398302A (zh) 一种宽调速范围混合励磁同步电机

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