CN110176846B - 一种带连接桥的开关磁链永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带连接桥的开关磁链永磁电机，包括：定子铁心、电枢绕组、永磁体、转子铁心及C型连接桥；定子铁心包括沿圆周均匀分布的多个定子槽和位于相邻定子槽之间的定子齿；电枢绕组位于定子槽中；永磁体嵌入定子齿的中间位置，相邻永磁体极性相反；相邻两个极性相反的永磁体所包围的定子铁心部分构成U型结构；C型连接桥跨过相邻两个极性相反的永磁体和位于两个永磁体之间的电枢绕组，与U型结构底部连接；转子铁心外表面均匀分布凸起的转子齿，与定子铁心同轴套装。本发明通过C型连接桥使定子上同一极性的永磁体在磁路上有连接，主磁通不会在经过反向励磁的永磁体时被迫进入气隙，从而削弱磁障效应，提高电机反电势和转矩密度。

Description

一种带连接桥的开关磁链永磁电机
技术领域
本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种带连接桥的开关磁链永磁电机。
背景技术
电机作为一种机电能量转换或信号变换的电磁装置，是现代工业***中的主要驱动部件，广泛应用于各个工业领域。近年来，随着永磁材料和电力电子技术的发展，永磁电机以其简单的结构和优越的性能，如高功率密度、高转矩密度、高效率，获得越来越多的应用，取得了长足的发展。
开关磁链永磁电机作为永磁电机的一种，近年来受到越来越多的关注，该类电机拓扑具有功率密度高、效率高、转子结构简单、鲁棒性强等优势，适合新能源汽车、新能源发电等多种低速大转矩运行场合。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。
传统开关磁链永磁电机结构示意图如图1所示，包括定子和转子，定子包括U型定子铁心单元、电枢绕组和永磁体，电枢绕组放置在定子槽中，永磁体***定子齿中，且贯穿整个定子铁心，相邻两永磁体极性相反，转子为磁阻转子，无永磁体，外表面有凸起转子齿。在一个电周期，即转子转动一个极距时，绕组磁链先增加再减小，呈双极性变化，由此感应出来的反电势是一个正负方波，正方波时通入正向电流，负方波时通入反向电流，从而产生稳定转矩。
但传统开关磁链永磁电机存在一个显著问题，即磁路经过反向励磁的永磁体时，会被迫进入气隙或电机外部，导致磁路磁阻增加，主磁通减小，反电势降低，如图2所示，这种现象被称为“磁障效应”。主磁通经过的反向励磁永磁体越多，即电机的极比越高，磁障效应越明显，这严重影响了开关磁链永磁电机的转矩性能。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种带连接桥的开关磁链永磁电机，旨在解决传统开关磁链永磁电机存在磁障效应，造成转矩性能降低的问题。
为实现上述目的本发明提供了一种带连接桥的开关磁链永磁电机，包括：定子铁心、电枢绕组、永磁体、转子铁心及C型连接桥；
所述定子铁心包括沿圆周均匀分布的多个定子槽和位于相邻定子槽之间的定子齿；所述电枢绕组位于所述定子槽中；
所述永磁体沿圆周切向励磁，且相邻永磁体极性相反，嵌入所述定子齿的中间位置；
相邻两个极性相反的永磁体所包围的定子铁心部分构成U型结构，所述C型连接桥跨过相邻两个极性相反的永磁体和位于两个永磁体之间的电枢绕组，与所述U型结构底部连接；
所述转子铁心外表面均匀分布凸起的转子齿，且与所述定子铁心同轴套装。
进一步地，所述定子铁心可放置在所述转子铁心外部，构成外定子结构，也可放置在所述转子铁心内部，构成内定子结构。
进一步地，所述转子齿的数量Zr、定子槽的数量Zs和所述电枢绕组极对数Pa存在多种可能性，需满足如下关系：
Figure BDA0002047862250000031
其中，GCD()表示最小公约数。
进一步地，所述电枢绕组为集中式或分布式的三相绕组。
进一步地，所述定子铁心和转子铁心可由硅钢片压叠而成。
进一步地，永磁体为切向充磁的汝铁硼、钐钴或铁氧体。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)本发明的开关磁链永磁电机，通过C型连接桥使定子上同一极性的永磁体在磁路上有连接，主磁通经过定子轭部和连接桥，不会在经过反向励磁的永磁体时被迫进入气隙，从而削弱磁障效应，减小气隙磁阻，提高电机的反电势和转矩密度。
(2)本发明的C型连接桥将相互独立的U型定子铁心结构连成整体，使得电机加工与装配更方便。
(3)本发明的开关磁链永磁电机中永磁体没有贯穿整个定子铁心，减少了永磁体用量，降低了电机成本。
附图说明
图1为传统的开关磁链永磁电机结构示意图；
图2为传统的开关磁链永磁电机主磁路示意图；
图3为本发明实施例提供的开关磁链永磁电机结构示意图；
其中，1为定子铁心，2为电枢绕组，3为永磁体，4为转子铁心，5为连接桥。
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。
参考图3，本发明实施例提供的一种带连接桥的开关磁链永磁电机，包括：定子铁心1、电枢绕组2、永磁体3、转子铁心4及C型连接桥5；
定子铁心1包括沿圆周均匀分布的多个定子槽和位于相邻定子槽之间的定子齿；电枢绕组2位于定子槽中；
永磁体3沿圆周切向励磁，且相邻永磁体极性相反，嵌入定子齿的中间位置；
相邻两个极性相反的永磁体所包围的定子铁心部分构成U型结构；
C型连接桥5跨过相邻两个极性相反的永磁体和位于两个永磁体之间的电枢绕组，与U型结构底部连接；
转子铁心4外表面均匀分布凸起的转子齿，与定子铁心1同轴套装。
图3的电机结构，定子铁心放置在转子铁心外部，构成外定子结构，但本发明的结构不限于此，本发明中开关磁链永磁电机，定子铁心也可放置在转子铁心内部，构成内定子结构。
此外，图3的电机结构，转子齿为17个，定子槽为12个，永磁体为12块，电枢绕组极对数为1，永磁体数量和定子槽数量相等；同样的，本发明的结构不限与此，本发明的开关磁链电机，转子齿的数量Zr、定子槽的数量Zs和所述电枢绕组极对数Pa存在多种可能性，需满足如下关系：
Figure BDA0002047862250000041
其中，GCD()表示最小公约数。
上述结构中，电枢绕组为集中式或分布式的三相绕组；定子铁心和转子铁心可由硅钢片压叠而成；永磁体为切向充磁的汝铁硼、钐钴或铁氧体。
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 (7)

1.一种带连接桥的开关磁链永磁电机，其特征在于，包括：定子铁心(1)、电枢绕组(2)、永磁体(3)、转子铁心(4)及C型连接桥(5)；
所述定子铁心(1)包括沿圆周均匀分布的多个定子槽和位于相邻定子槽之间的定子齿；
所述电枢绕组(2)位于所述定子槽中；
所述永磁体(3)沿圆周切向励磁，且相邻永磁体极性相反，嵌入所述定子齿的中间位置；
相邻两个极性相反的永磁体所包围的定子铁心部分构成U型结构，所述C型连接桥(5)跨过相邻两个极性相反的永磁体和位于两个永磁体之间的电枢绕组，与C型连接桥跨过的U型结构相邻的两个U型结构底部连接；C型连接桥使定子上同一极性的永磁体在磁路上有连接，避免主磁路进入气隙，使主磁路磁阻减小，电机转矩提高；
所述转子铁心(4)外表面均匀分布凸起的转子齿，且与所述定子铁心(1)同轴套装。
2.根据权利要求1所述的一种带连接桥的开关磁链永磁电机，其特征在于，所述定子铁心放置在所述转子铁心外部，构成外定子结构。
3.根据权利要求1所述的一种带连接桥的开关磁链永磁电机，其特征在于，所述定子铁心放置在所述转子铁心内部，构成内定子结构。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种带连接桥的开关磁链永磁电机，其特征在于，所述转子齿的数量Zr、定子槽的数量Zs和所述电枢绕组极对数Pa满足如下关系：
Figure FDA0002687371840000011
其中，GCD()表示最小公约数。
5.根据权利要求1所述的一种带连接桥的开关磁链永磁电机，其特征在于，所述电枢绕组(2)为集中式或分布式的三相绕组。
6.根据权利要求1所述的一种带连接桥的开关磁链永磁电机，其特征在于，所述定子铁心(1)和转子铁心(4)由硅钢片压叠而成。
7.根据权利要求1所述的一种带连接桥的开关磁链永磁电机，其特征在于，所述永磁体(3)为切向充磁的汝铁硼、钐钴或铁氧体。
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