CN108768008A - 一种开关磁链永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关磁链永磁电机，包括定子、绕组、永磁体和转子，所述定子和转子同轴套装，所述转子的外表面具有凹槽，所述定子的内壁具有凹槽，所述绕组放置在定子的凹槽内，所述定子具有定子齿，所述定子齿是h形，所述定子齿下具有切向的永磁体。相较于传统开关磁链电机，本发明的开关磁链电机具有更低的永磁体用量和成本。同时，本发明的开关磁链电机具有更高的转矩密度、更低的转矩波动。

Description

一种开关磁链永磁电机
技术领域
本发明属于电机领域，更具体地，涉及一种开关磁链永磁电机。
背景技术
传统开关磁链永磁电机利用永磁体高磁能积的特点，因而具有功率密度高、效率高的优点，同时，开关磁链电机转子结构简单坚固，适合多种高低速运行场合，例如专利文献CN201320718601.7中公开的开关磁链永磁电机可用于空调压缩机中，专利文献CN201720630862.1中公开的直线开关磁链永磁电机可用于直线驱动场合，专利文献CN201310237347.3中公开的隐含凸极开关磁链永磁电机可广泛应用于变频调速、起动/发电等***。但由于现有文献中的开关磁链电机的定子永磁体都竖直***定子铁芯中，需要整个贯穿定子铁芯，永磁体用量大，因永磁体价格昂贵，造成电机成本较高，不利于开关磁链电机的大规模广泛生产及应用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种开关磁链永磁电机，由此解决现有技术存在永磁体用量大、造成电机成本较高、不利于开关磁链电机的大规模广泛生产及应用的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种开关磁链永磁电机，包括定子、绕组、永磁体和转子，所述定子和转子同轴套装，所述转子的外表面具有凹槽，所述定子的内壁具有凹槽，所述绕组放置在定子的凹槽内，所述定子具有定子齿，所述定子齿是h形，所述定子齿下具有切向的永磁体。
进一步地，永磁体的极性相同。
进一步地，定子和转子同轴套装为定子套装在转子外或者定子套装在转子内。
进一步地，定子齿的朝向一致。
进一步地，永磁体的励磁方向与定子齿的朝向相同或者相反。
进一步地，绕组为交流电枢绕组。
进一步地，转子的凹槽内没有绕组和永磁体。
进一步地，绕组为集中式或分布式。
进一步地，开关磁链永磁电机中定子的凹槽的数量与永磁体的数量相同。
进一步地，绕组的极对数量为：
其中，Pac为绕组的极对数量，Zr为转子的凹槽的数量，Pm为永磁体的数量，Zs为定子的凹槽的数量，GCD(Zs，Pac)表示定子的凹槽的数量与绕组的极对数量的最小公约数，k为大于等于1的整数。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明中定子和转子同轴套装，所述转子的外表面具有凹槽，所述定子的内壁具有凹槽，所述绕组放置在定子的凹槽内，所述定子具有定子齿，所述定子齿是h形，所述定子齿下具有切向的永磁体。永磁体用量减少，电机成本降低，开关磁链电机转矩密度更高，在相同功率输出的情况下电机体积更小、重量更轻。
(2)本发明的开关磁链电机具有更高的转矩密度、更低的转矩波动、运行更平稳。本发明的开关磁链永磁电机可在家用电器、电动汽车、舰船电力推进、轨道通用电动机中应用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的开关磁链永磁电机的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的传统开关磁链永磁电机的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的本发明的开关磁链永磁电机与传统开关磁链永磁电机的线反电势对比图；
图4是本发明实施例提供的本发明的开关磁链永磁电机与传统开关磁链永磁电机的齿槽转矩对比图；
图5是本发明实施例提供的本发明的开关磁链永磁电机与传统开关磁链永磁电机的额定转矩对比图；
图6是本发明实施例提供的本发明的开关磁链永磁电机的线反电势的测试值与仿真值的对比图；
图7是本发明实施例提供的本发明的开关磁链永磁电机的平均转矩的测试值与仿真值的对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种开关磁链永磁电机，包括定子1、绕组2、永磁体3和转子4，所述定子和转子同轴套装，所述转子的外表面具有凹槽，所述定子的内壁具有凹槽，所述绕组放置在定子的凹槽内，所述定子具有定子齿，所述定子齿是h形，所述定子齿下具有切向的永磁体。
如图2所示，传统开关磁链永磁电机包括定子5和转子8，两者同轴套装，绕组6放置在定子槽内，永磁体7切向励磁，永磁体竖直***定子齿中间，相邻两定子齿的永磁体励磁方向相反。
本发明中转子4外周表面上开有若干个槽，槽内无绕组和永磁体，转子4由导磁材料构成，例如用硅钢片叠压而成。定子1内表面上开设有若干个槽，槽内放置交流电枢绕组2，型式可以为集中绕组或者分布绕组。定子铁芯的材料可与转子相同，例如用硅钢片叠压而成。
每个定子齿为h形，h形朝向一致，沿顺时针方向。但本发明中并不限于此，h形朝向也可以是沿逆时针方向。在h形定子齿下放置有切向励磁永磁体，且每块永磁体极性相同，永磁体励磁方向为顺时针。但本发明中并不限于此，永磁体励磁方向也可为逆时针。在本实施例中定子套装在转子外即外定子内转子结构，但本发明中并不限于此，也可以是定子套装在转子内，即外转子内定子结构。
本发明的开关磁链永磁电机，其绕组的极对数量Pac，转子的凹槽的数量Zr，永磁体的数量Pm，定子的凹槽的数量Zs满足如下关系：
式中，GCD(Zs，Pac)表示定子的凹槽的数量与绕组的极对数量的最小公约数，min表示所有可能取值中的最小值，表1列出了部分可行的极槽配合。
表1.本发明混合励磁电机的部分极槽配合
为了公平比较传统开关磁链永磁电机与本发明的开关磁链永磁电机的性能，本发明对两类开关磁链永磁电机分别进行了极槽配合的优化，最终选择了各自转矩密度最大时的极槽配合。此时，传统开关磁链永磁电机转矩密度最大时的极槽配合为：定子的凹槽的数量Zs＝12，转子的凹槽的数量Zr＝16，绕组的极对数量Pac＝2。本发明的开关磁链永磁电机转矩密度最大时的极槽配合为：定子的凹槽的数量Zs＝12，转子的凹槽的数量Zr＝11，绕组的极对数量Pac＝1。保证传统开关磁链永磁电机与本发明开关磁链永磁电机具有相同的定子外径、叠片长度、气隙宽度和额定电流密度，比较线反电势、齿槽转矩和额定转矩三大关键性能。如图3所示，本发明的开关磁链永磁电机比传统开关磁链永磁电机的线反电势高出75％。如图4所示，本发明的开关磁链永磁电机的齿槽转矩是传统开关磁链永磁电机的齿槽转矩的1/10。如图5所示，本发明的开关磁链永磁电机比传统开关磁链永磁电机的额定转矩高出25％。由图3至图5可看出，本发明一个实施例的开关磁链永磁电机比传统开关磁链永磁电机的性能更优。
图6为本发明一个实施例的开关磁链永磁电机的线反电势测试值与仿真值的对比图；图7为本发明一个实施例的开关磁链永磁电机的转矩测试值与仿真值的对比图。由图6和图7可以看出，本发明一个实施例的开关磁链永磁电机的线反电势和转矩基本达到了预期目标，误差原因主要是由加工误差和实验仪器读数误差造成的。
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关磁链永磁电机，其特征在于，包括定子、绕组、永磁体和转子，所述定子和转子同轴套装，所述转子的外表面具有凹槽，所述定子的内壁具有凹槽，所述绕组放置在定子的凹槽内，所述定子具有定子齿，所述定子齿是h形，所述定子齿下具有切向的永磁体。
2.如权利要求1所述的一种开关磁链永磁电机，其特征在于，所述永磁体的极性相同。
3.如权利要求1或2所述的一种开关磁链永磁电机，其特征在于，所述定子和转子同轴套装为定子套装在转子外或者定子套装在转子内。
4.如权利要求1或2所述的一种开关磁链永磁电机，其特征在于，所述定子齿的朝向一致。
5.如权利要求1或2所述的一种开关磁链永磁电机，其特征在于，所述永磁体的励磁方向与定子齿的朝向相同或者相反。
6.如权利要求1或2所述的一种开关磁链永磁电机，其特征在于，所述绕组为交流电枢绕组。
7.如权利要求1或2所述的一种开关磁链永磁电机，其特征在于，所述转子的凹槽内没有绕组和永磁体。
8.如权利要求1或2所述的一种开关磁链永磁电机，其特征在于，所述绕组为集中式或分布式。
9.如权利要求1或2所述的一种开关磁链永磁电机，其特征在于，所述开关磁链永磁电机中定子的凹槽的数量与永磁体的数量相同。
10.如权利要求1或2所述的一种开关磁链永磁电机，其特征在于，所述绕组的极对数量为：
其中，Pac为绕组的极对数量，Zr为转子的凹槽的数量，Pm为永磁体的数量，Zs为定子的凹槽的数量，GCD(Zs，Pac)表示定子的凹槽的数量与绕组的极对数量的最小公约数，k为大于等于1的整数。
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