CN116014936A - 一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法，所述电机包括永磁电机转子和电机定子，电机定子内部设置电机转子，电机转子内部设置转子铁芯，转子铁芯表面或内部设置磁钢，转子铁芯中心设置转轴，电机定子与电机转子之间设置第一气隙，电机转子磁极数设置为四极，电机定子包括定子绕组及定子铁芯，定子铁芯沿圆周均匀分布，定子铁芯内侧设置定子槽，定子绕组镶嵌于定子槽内，定子绕组的绕组分布为四极分布式绕组；通过本发明所述一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法，能够提高电机的功率密度，提升电机的工作效率，降低电机制造成本，减少绕组电阻的铜耗，且能够有效的降低磁路的磁阻及轭部铁耗，从而大大降低资源浪费，节约资源。

Description

一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法

技术领域

本发明涉及高速离心风机领域，具体而言，涉及一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法。

背景技术

目前市场上，高速离心风机用的永磁同步电机大多采用磁极数为2极的设计方案，但电机磁极数设置为2极时，易出现电机绕组跨距较大，绕组端部高度过高，用铜量过多，从而导致铜耗偏高的问题；另外由于采用磁极数为2极的设计方案，电机冲片的轭部长度过长，为了降低轭部铁耗，不得不增加轭部高度，以此降低轭部磁通密度，从而使定子冲片的内径变小，而电机的功率与定子内径的平方成正比，在同等冲片外径和铁芯高度以及额定转速相同的情况下，2极设计方案的功率密度较低，且制造成本较高。

在专利CN110829768A中，提及一种永磁电机，其中，永磁体组包括左永磁体和右永磁体，所述左永磁体与右永磁体的内端设置有空隙，所述外定子与所述转子外层磁极形成电机的外气隙磁场，所述内定子与所述转子内层磁极形成电机的内气隙磁场,且内定子铁芯与外定子铁芯上的绕线齿槽数相同，所述内定子绕组与外定子绕组的绕线方式相同，所述内定子绕组与外定子绕组的绕线相位相差180度，该永磁电机能够一定程度上提高电机的工作效率，且采用单双层混合式集中绕组能够降低成本，但该永磁电机磁极为内层磁极和外层磁极叠加设置，使得永磁电机的功率密度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法，以解决现有技术中存在的永磁同步电机磁极数较少、电机功率密度较低、电机成本较高以及电机的效率较低的问题；以此达到有效的提高电机的功率密度，提升电机的工作效率，降低电机的成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明涉及的一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法，包括电机转子和电机定子，电机定子内部设置电机转子，电机定子与电机转子之间设置第一气隙，电机转子包括磁钢和转子铁芯，磁钢设置在转子铁芯外部或内部，转子铁芯内设置转轴，磁钢设置至少四个，电机定子包括定子绕组，定子绕组的绕组分布为四极分布式绕组。

进一步，磁钢包括磁钢一极、磁钢二极、磁钢三极和磁钢四极，磁钢一极、磁钢二极、磁钢三极和磁钢四极依次沿转子铁芯外侧壁或内侧圆周均匀分布，磁钢一极、磁钢二极、磁钢三极和磁钢四极相邻两者之间设置间隙。

进一步，间隙包括第一间隙、第二间隙、第三间隙和第四间隙，磁钢一极和磁钢二极之间设置第一间隙，磁钢二极和磁钢三极之间设置第二间隙，磁钢三极和磁钢四极之间设置第三间隙，磁钢四极和磁钢一极之间设置第四间隙。

进一步，磁钢设置在转子铁芯外部，磁钢外侧壁设置磁钢护套，用于保护运动中的磁钢不受离心力的影响而损坏及脱落。

进一步，电机定子包括定子铁芯和定子槽，定子铁芯包括支撑铁芯部和铁芯绕组部，支撑铁芯部内侧与铁芯绕组部连接，铁芯绕组部沿支撑铁芯部的内侧壁圆周均匀分布，相邻两个铁芯绕组部之间形成定子槽。

进一步，定子绕组绕设在铁芯绕组部上，定子绕组设置在定子槽内。

进一步，定子槽沿着电机定子由内至外的方向开口距离a逐渐增大。

进一步，四极分布式绕组为单双层混合绕组，单双层混合绕组包括内圈和外圈，内圈的绕组节距小于外圈的绕组节距。

一种永磁同步电机功率密度的提高方法，所述方法包括选取所述的一种永磁同步电机，所述方法包括如下步骤：

步骤一、选取电机转子的磁极数；

步骤二、通过软件仿真计算不同磁极数、不同参数的各个电机转子的成本，并对比分析不同磁极数的电机转子优劣，确定最优性能的电机转子的磁极数和参数；

步骤三、将同步电机的定子绕组分布设置为单双层混合绕组分布。

进一步，步骤二包括：

以定子铁芯长度、定子冲片齿部宽度以及电机定子的槽深为参数变量，以最大转矩常数为优化目标，通过MAXWELL软件进行计算，选取额定电流最小、成本最低的电机转子的参数变量；

再经过Motorcad软件进行仿真计算不同磁极数、不同参数的各个电机转子的成本，并对比分析不同磁极数的电机转子的优劣，确定最优性能的电机转子的磁极数及最优参数变量。

相对于现有技术，本发明所述的一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法，具有以下有益效果：

通过改变电机的磁极数及减少定子绕组跨距的方式来提高定子铁芯的利用率以及降低定子绕组端部高度，从而达到降低电机的制造成本和提高电机功率密度的目的，通过该永磁同步电机能够有效的提高电机的功率密度，提升电机的工作效率，降低电机的制造成本，同时能够减少绕组电阻的铜耗，且能够有效的降低磁路的磁阻及轭部铁耗，从而大大的降低资源的浪费，节约资源的使用。

附图说明

构成本发明的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附

图中：

图1为电机转子2极模型示意图；

图2为电机转子4极模型(磁钢设置再转子铁芯外部)示意图；

图3为电机转子4极磁场分布示意图；

图4为电机转子2极双层叠绕组展开示意图；

图5为电机转子4极双层叠绕组展开示意图；

图6为电机转子4极双层叠绕组(U相)展开示意图；

图7为改进后电机转子4极单双层混合绕组(U相)展开示意图；

图8为改进后电机转子4单双层混合绕组整体图示意图；

图9为电机转子4极模型(磁钢设置再转子铁芯内部)示意图；

图10为电机整体轴测示意图。

附图标记：1、电机转子；101、磁钢；11、磁钢一极；12、磁钢二极；13、磁钢三极；14、磁钢四极；103、磁钢护套；104、转子铁芯；4、第一气隙；105、转轴；102、间隙；15、第一间隙；16、第二间隙；17、第三间隙；18、第四间隙；2、电机定子；21、定子铁芯；211、铁芯一部；212、铁芯二部；213、铁芯三部；22、定子槽；23、定子绕组；24、支撑铁芯部；25、铁芯绕组部；26、隔离纸；7、四极分布式绕组；71、内圈；72、外圈；31、第一绕线；32、第二绕线；33、第三绕线；34、第四绕线；35、第五绕线；36、第六绕线；37、第七绕线；38、第八绕线。

具体实施方式

下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的发明概念。然而，这些发明概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例针对高速离心风机的，与常规的高速离心风机相同的是，所述整体结构都是由叶轮、蜗壳和调节机构组成的。

在现有技术中，高速离心风机用的永磁同步电机大多采用磁极数为2极的设计方案，但电机磁极数设置为2极或内外层磁极叠加设置时，易出现电机绕组跨距较大，绕组端部高度过高，用铜量过多，从而导致铜耗偏高的问题；另外由于采用磁极数为2极的设计方案，电机冲片的轭部长度过长，为降低轭部铁耗。

为了解决现有技术中存在的永磁同步电机磁极数较少、电机功率密度较低、电机成本较高以及电机的效率较低的问题；本实施例提出一种永磁同步电机及其功率密度的提高方法，包括电机转子1和电机定子2，电机定子2内部设置永磁电机转子1，转子铁芯104电机定子2与电机转子1之间设置第一气隙4，电机转子1包括磁钢101和转子铁芯104，磁钢101设置在转子铁芯104外部或内部，转子铁芯104内中心位置设置转轴105，磁钢101设置至少四个，转子铁芯104转轴105电机定子2包括定子绕组23，定子绕组23的绕组分布为四极分布式绕组7，电机转子1包括永磁体，通过对定子绕组23通入三相电流，在通入电流后，定子绕组23中会形成定子旋转磁场，同步状态下，由于电机转子1上永磁体的作用，电机转子1附近形成转子旋转磁场，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相斥异性相吸，转子旋转磁场和定子旋转磁场相互作用，产生驱动转矩，使得电机正常运行，其中，磁钢101设置在转子铁芯104外部时，常用在高速离心风机领域，磁钢101设置在转子铁芯104内部时，常用在新能源汽车上，在本实施例中，磁钢101的数量即为磁极数，磁钢101设置四个即永磁同步电机磁极数为四极，且相邻两个磁钢101的磁极极性相异，例如一个为N极，相邻两边为S极，用于避免同样的磁极极性相吸。

通过所述永磁同步电机的设置将电机的磁极数由常规的二极设置为四极，能够有效的克服传统永磁同步电机转子1磁极数为二极设置的不足，有效的提高永磁同步电机的功率密度，增强同步电机的效率，同时降低同步电机的成本，此外，定子线圈从二极分布变为四极分布，在双层叠绕组的情况下，二极分布绕组跨距大于四极分布绕组的跨距，故而采用四极分布绕组更能够减小绕组的跨距，降低定子端部绕组的高度，从而减少绕组的用铜量，起到减小绕组电阻并降低铜耗的目的，另外，电机定子2轭部磁路长度也大大降低，相比于磁极数为二极的电机定子2，磁极数为四极的电机定子2磁路长度减小一半，进而能够有效降低磁路的磁阻及轭部的铁耗，同时，在保证轭部磁密不变的前提下，降低轭部高度，增大电机的气隙直径，起到增加电机的功率密度的目的，更加有效的提高电机定子2内定子冲片的利用率。

磁钢101设置四个，磁钢101包括磁钢一极11、磁钢二极12、磁钢三极13和磁钢四极14，磁钢一极11、磁钢二极12、磁钢三极13和磁钢四极14依次沿转子铁芯104外侧壁或内侧圆周均匀分布，磁钢一极11、磁钢二极12、磁钢三极13和磁钢四极14相邻两者之间设置间隙102，用于控制电机空载时的漏磁系数，提高电机的性能；其中，间隙102的宽度大小，根据电磁设置要求进行适当调整；间隙102包括第一间隙15、第二间隙16、第三间隙17和第四间隙18，磁钢一极11和磁钢二极12之间设置第一间隙15，磁钢二极12和磁钢三极13之间设置第二间隙16，磁钢三极13和磁钢四极14之间设置第三间隙17，磁钢四极14和磁钢一极11之间设置第四间隙18，其中，磁钢一极11、磁钢二极12、磁钢三极13和磁钢四极14均为永磁体，且磁钢一极11、磁钢二极12、磁钢三极13和磁钢四极14均为瓦形磁钢101，第一间隙15、第二间隙16、第三间隙17和第四间隙18的宽度大小，均是根据电磁设置要求进行适当调整。

优选的，磁钢101设置在转子铁芯104外部，磁钢101外侧设置磁钢护套103，用于保护运动中的磁钢101不受离心力的影响而损坏及脱落，避免磁钢101在运动中散开，同时能够起到支撑作用，磁钢101设置在转子铁芯104内部时，则未设置磁钢护套103，其中，磁钢护套103选用合金材料(如：钛合金、高温合金)、碳纤维材料的任意一种，且所选用的合金材料具有非导磁性的特点，防止磁路短路的情况发生，由于合金材料的延展性较差、变化量较小，磁钢护套103也常采用碳纤维缠绕在磁钢101外侧。

通过所述电机转子1各个磁极的设置以及磁极间的间隙102的设置，能够有效的降低电机冲片轭部过长造成轭部铁耗严重的可能性，更能够有效的降低漏磁现象的大范围出现，进一步，保证电机的性能，降低电机的成本，提高了电机的工作效率。

电机定子2包括定子铁芯21和定子槽22，定子铁芯21包括支撑铁芯部24和铁芯绕组部25，支撑铁芯部24内侧与铁芯绕组部25连接，铁芯绕组部25沿支撑铁芯部24的内侧壁圆周均匀分布，相邻两个铁芯绕组部25之间形成定子槽22；定子绕组23绕设在定子铁芯21的铁芯绕组部25上，定子绕组23通过隔离纸26镶嵌设置在定子槽22内，隔离纸26用于对地绝缘隔离；定子槽22的个数与永磁同步电机的相数成倍数关系，电机的相数即电机内部线圈的组数；铁芯绕组部25至少设置两个，定子铁芯21为铁磁性材料，具体的，定子铁芯21是由转子铁芯104为多个硅钢片叠压制成，即定子铁芯21转子铁芯104均为多个冲片制成，其中，硅钢片最薄的可选取0.1mm，常用硅钢片为0.5mm；定子铁芯21的铁芯绕组部25包括铁芯一部211、铁芯二部212和铁芯三部213，铁芯一部211、铁芯二部212和铁芯三部213一体成型，铁芯一部211、铁芯二部212和铁芯三部213依次连接，铁芯一部211远离铁芯二部212的一端与电机转子1之间设置第一气隙4，铁芯三部213远离铁芯二部212的一端与电机定子2连接，铁芯一部211由内至外宽度b逐渐递减，铁芯二部212由内至外宽度b不变，铁芯三部213由内至外宽度b逐渐递增；定子槽22沿着电机定子2由内至外的方向开口距离a逐渐增大，在本实施例中，电机定子2由内至外的方向中的“内、外”指的是：电机定子2靠近电机转子1的一侧为内，电机定子2远离电机转子1的一侧为外，开口距离a、宽度b均指的是图示中位置的尺寸。

通过电机定子2的设置能够有效的提高电机的稳定性，减小电机绕组分布时的长度，增强电机的效率，提高电机的功率密度，定子铁芯21的设置又能够增强电机的运行效率，降低电机的铁耗，降低电机的成本。

四极分布式绕组7为单双层混合绕组，单双层混合绕组包括内圈71和外圈72，内圈71的绕组节距小于外圈72的绕组节距，具体的(如图7、图8所示)，以U相绕组为例，V、W相变化与U相相同，当定子铁芯21总数为n个时，四极分布式绕组7包括第一绕线31、第二绕线32、第三绕线33、第四绕线34、第五绕线35、第六绕线36、第七绕线37和第八绕线38，第一绕线31、第二绕线32、第三绕线33、第四绕线34、第五绕线35、第六绕线36、第七绕线37和第八绕线38依次连接，第一绕线31远离第二绕线32的一端与三相电源U相、V相、W相中的任意一相正极连接，U相、V相、W相正极分别用U1、V1、W1表示，第八绕线38远离第七绕线37的一端与三相电源U相、V相、W相中的任意一相负极连接，U相、V相、W相负极分别用U2、V2、W2表示，第一绕线31设置在第k个定子铁芯21的左侧，第二绕线32设置在第k+8个定子铁芯21的右侧，第三绕线33设置在第k+1个定子铁芯21的左侧，第四绕线34设置在第k+7个定子铁芯21的右侧，第五绕线35设置在第k+16个定子铁芯21的右侧，第六绕线36设置在第k+10个定子铁芯21的左侧，第七绕线37设置在第k+17个定子铁芯21的右侧，第八绕线38设置在第k+9个定子铁芯21的左侧，在本实施例中，K+8指的是从第k个铁芯开始，顺时针往后数到第八个铁芯的位置，同理，K+1指的是从第k个铁芯开始，顺时针往后数到第一个铁芯的位置，k+16指的是从第k个铁芯开始，顺时针往后数到第十六个铁芯的位置，k+17指的是从第k个铁芯开始，顺时针往后数到第十七个铁芯的位置，k+7指的是从第k个铁芯开始，顺时针往后数到第七个铁芯的位置，k+10指的是从第k个铁芯开始，顺时针往后数到第十个铁芯的位置，k+9指的是从第k个铁芯开始，顺时针往后数到第九个铁芯的位置，且右侧、左侧均指的是图示7的方向，顺时针指的是图7中从左至右的方向。

通过四极分布式绕组7即单双层混合绕组方式，能够有效的减小绕组的跨距，从而降低电机定子2的铁耗，同时，绕组的成型效率和绕组的嵌线效率都会得到提高，从而降低了电机定子2的制造成本。

一种永磁同步电机功率密度的提高方法，包括选取所述的一种永磁同步电机，方法包括如下步骤：

步骤一、选取电机转子1的磁极数；

步骤二、通过软件仿真计算不同磁极数、不同参数的各个电机转子1的成本，并对比分析不同磁极数的电机转子1优劣，确定最优性能的电机转子1的磁极数和参数；

步骤三、将同步电机的定子绕组23分布设置为单双层混合绕组分布。

其中，步骤二包括：

以定子铁芯21长度、定子冲片齿部宽度以及电机定子2的槽深为参数变量，以最大转矩常数为优化目标，通过MAXWELL软件所提供的电磁计算模块对不同的电机定子2进行磁路计算，从上万算例中，找出额定电流最小的几个最佳方案后，通过材料成本测算，选取成本最低的电机相关参数方案，选取额定电流最小、成本最低的电机转子1的参数变量；

再经过Motorcad软件进行仿真计算不同磁极数、不同参数的各个电机转子1的成本，并对比分析不同磁极数的电机转子1的优劣，确定最优性能的电机转子1的磁极数及最优参数变量。

通过所述方法能够快速的精确的选取所需要的电机转子1的磁极数以及各参数变量，同时有利于提高电机的效率，降低电机的成本，增强电机的实用性，增大电机的适用范围，且Motorcad软件的进一步仿真计算，使得能够更加直观的看出电机内定子的磁场分布情况，同时更加清晰的对比不同磁极数电机的磁场分布情况，为选取成本最低、功率密度最佳的电机的相关参数奠定基础。

实施例1：

选用本实施例中额定转速20000rpm/22KW-4极的电机和现有技术中的额定转速20000rpm/22KW-2极的电机为例，在保证电机定子2外径均为

的前提下，通过参数化计算所得到的磁极数为2极或4极电磁方案分别如电机技术要求表1和电磁方案对比表即表2所示，磁极数为2极或4极最佳方案对比表如表3所示。

通过实验比较由表3中20000rpm/22KW-2/4极电磁方案对比，可以看出：1)在相同热负荷下，2极的电机功率密度及制造成本都低于四极的电机；2)在相同的电机定子2外径下，4极的电机定子铁芯21高度为104mm，2极电机的定子铁芯21高度为74mm，4极的电机定子铁芯21高度比2极电机的定子铁芯21高度少30mm，定子铁芯21的节约率达到(19.27-13.71)÷19.21×100％＝28.85％；3)在相同的热负荷下，4极的电机用铜量比二极的电机用铜量少4.63-3.33＝1.3Kg，进而能够看出节铜率高达1.3÷4.63×100％＝28.08％；4)在相同的热负荷和电机定子2外径下，磁钢101节约量为0.84-0.73＝0.11，磁钢101的节约率为0.11÷0.84×100％＝13.1％；因而，通过上述数据分析对比，可以看出，在满足工程需要的前提下，磁极数为4极的电机方案能够最大限度的降低电机的制造成本，大幅降低资源的浪费。

表1

额定电压(V)	额定功率(KW)	额定转速(rpm)	冷却方式	绝缘等级	防护等级
						380	22	20000	自扇冷	H	IP55

表2

表3

实施例2：

以U相绕组为例，现有技术中的双层叠绕组绕组方式(如图6所示)，将同一极相组下的2号满槽与相邻极相组的10号满槽组成一个第一线圈组，双层叠绕组每个第一线圈组均是相同的，两个第一线圈组左右两边的节距为8，且每个第一线圈组由三个相同的第一线圈组成，每个第一线圈组的总节距为3×8＝24，且双层叠绕组的三相总绕组数为36个，其中，“极相组”是指属于同一相的相邻槽，“满槽”是指定子槽22内导线匝数为上下两层，“半槽”是指定子槽22内导线匝数仅一层，故半槽的定子槽22内导线匝数为满槽的定子槽22内导线匝数的一半，节距指的是大线圈的左右线圈边所跨过的槽数，在本实施例中，图6和图7所示A处的数字标号为电机定子2中定子铁芯21的铁芯绕组部25的标号，两数字标号中间空白区域为定子槽22，该数字并非附图标记标号。

本实施例中单双层混合叠绕组的绕组方式(如图7、图8所示)，单双层混合叠绕组包括第二线圈组，第二线圈组包括内圈71和外圈72，外圈72由2号满槽和10号满槽组成，内圈71由3号半槽与9号半槽组成，内圈71的节距小于外圈72的节距，内圈71的节距为9-3＝6，外圈72的节距为10-2＝8，第二线圈组总节距数为6+8＝14，且单双层混合绕组三相总绕组数为24个。

选用磁极数为4极的在本实施例中绕组为单双层混合绕组分布的电机，和在现有技术中绕组为双层叠绕组绕组分布的电机，在保证定子槽22内导线匝数及电流方向相同的前提下，进行对比试验比较，可以看出：

1)在磁极数相同的条件下，单双层混合绕组分布和双层叠绕组绕组分布的每一个极相组均是由两个半槽和两个满槽组成，因此在电机匝数相同的情况下，电机的定子绕组23系数是相同的，反电势系数及转矩系数均相同，因而单双层混合绕组分布和双层叠绕组绕组分布在功能上是相同的；

2)单双层混合绕组分布的外圈72绕组节距与双层叠绕组绕组分布第一线圈组的节距相同，但是单双层混合绕组分布的内圈71绕组节距比双层叠绕组绕组分布第一线圈组的节距少两个定子槽22，且从22KW的电磁计算可以看到：单双层混合绕组分布比双层叠绕组绕组分布的用铜量减少3.33-3.18＝0.15Kg，单双层混合绕组分布的节铜率为0.15÷3.33＝4.5％，进而，单双层混合绕组分布与双层叠绕组绕组分布相比，电机的效率由原来的96.205％提高至96.5％，

因而能够看出单双层混合绕组中定子绕组23的端部变短，从而达到大大节约用铜的目的，同时会减小定子绕组23的电阻，达到降低铜耗提高电机效率的效果，在本实施例中，端部是指电机定子2的定子绕组23在定子槽22外的部分；

3)单双层混合绕组分布比双层叠绕组绕组分布的总绕组数减少，使得定子绕组23的成型效率和绕组的嵌线效率都会得到提高，从而大大降低电机定子2的制造成本。

通过进一步减少绕组跨距最大限度的降低定子铁芯21端部高度，从而达到节约用铜的效果。

优选的，本方法还适用于其他功率等级的高速鼓风机用的各类电机。

在本发明中，对于任意高速离心风机而言，可以包括本实施例中所述一种永磁同步电机结构，且在本实施例提供的电机转子1、电机定子2的相关结构及装配关系的基础上，所述高速离心风机还包括叶轮、蜗壳和调节机构等结构在内的常规构件，鉴于其均为现有技术，在此不进行赘述。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机，其特征在于，包括电机转子(1)和电机定子(2)，电机定子(2)内部设置电机转子(1)，电机定子(2)与电机转子(1)之间设置第一气隙(4)，电机转子(1)包括磁钢(101)和转子铁芯(104)，磁钢(101)设置在转子铁芯(104)外部或内部，转子铁芯(104)内设置转轴(105)，磁钢(101)设置至少四个，电机定子(2)包括定子绕组(23)，定子绕组(23)的绕组分布为四极分布式绕组(7)。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机，其特征在于，所述磁钢(101)包括磁钢一极(11)、磁钢二极(12)、磁钢三极(13)和磁钢四极(14)，磁钢一极(11)、磁钢二极(12)、磁钢三极(13)和磁钢四极(14)依次沿转子铁芯(104)外侧壁或内侧圆周均匀分布，磁钢一极(11)、磁钢二极(12)、磁钢三极(13)和磁钢四极(14)相邻两者之间设置间隙(102)。

3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机，其特征在于，所述间隙(102)包括第一间隙(15)、第二间隙(16)、第三间隙(17)和第四间隙(18)，磁钢一极(11)和磁钢二极(12)之间设置第一间隙(15)，磁钢二极(12)和磁钢三极(13)之间设置第二间隙(16)，磁钢三极(13)和磁钢四极(14)之间设置第三间隙(17)，磁钢四极(14)和磁钢一极(11)之间设置第四间隙(18)。

4.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机，其特征在于，所述磁钢(101)设置在转子铁芯(104)外部，磁钢(101)外侧壁设置磁钢护套(103)，用于保护运动中的磁钢(101)不受离心力的影响而损坏及脱落。

5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机，其特征在于，所述电机定子(2)包括定子铁芯(21)和定子槽(22)，定子铁芯(21)包括支撑铁芯部(24)和铁芯绕组部(25)，支撑铁芯部(24)内侧与铁芯绕组部(25)连接，铁芯绕组部(25)沿支撑铁芯部(24)的内侧壁圆周均匀分布，相邻两个铁芯绕组部(25)之间形成定子槽(22)。

6.根据权利要求5所述的一种永磁同步电机，其特征在于，所述定子绕组(23)绕设在铁芯绕组部(25)上，定子绕组(23)设置在定子槽(22)内。

7.根据权利要求6所述的一种永磁同步电机，其特征在于，所述定子槽(22)沿着电机定子(2)由内至外的方向开口距离a逐渐增大。

8.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机，其特征在于，所述四极分布式绕组(7)为单双层混合绕组，单双层混合绕组包括内圈(71)和外圈(72)，内圈(71)的绕组节距小于外圈(72)的绕组节距。

9.一种永磁同步电机功率密度的提高方法，其特征在于，所述方法包括选取如权利要求1-8中任一项所述的一种永磁同步电机，所述方法包括如下步骤：

步骤一、选取电机转子(1)的磁极数；

步骤二、通过软件仿真计算不同磁极数、不同参数的各个电机转子(1)的成本，并对比分析不同磁极数的电机转子(1)优劣，确定最优性能的电机转子(1)的磁极数和参数；

步骤三、将同步电机的定子绕组(23)分布设置为单双层混合绕组分布。

10.根据权利要求9所述的一种永磁同步电机功率密度的提高方法，其特征在于，所述步骤二包括：

以定子铁芯(21)长度、定子冲片齿部宽度以及电机定子(2)的槽深为参数变量，以最大转矩常数为优化目标，通过MAXWELL软件进行计算，选取额定电流最小、成本最低的电机转子(1)的参数变量；

再经过Motorcad软件进行仿真计算不同磁极数、不同参数的各个电机转子(1)的成本，并对比分析不同磁极数的电机转子(1)的优劣，确定最优性能的电机转子(1)的磁极数及最优参数变量。

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