CN112491169A - 一种定子聚磁型双边永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种定子聚磁型双边永磁电机，涉及永磁电机领域，包括定子、电枢绕组、转子和非导磁转轴，非导磁转轴、转子和定子按照从内到外依次设置，定子包括定子铁心轭、定子外齿、定子内齿和定子永磁体，定子铁心轭设置在定子外齿、定子内齿与转子之间，相邻的定子外齿和定子内齿间形成空气槽，空气槽用于放置定子永磁体，定子轭和转子间形成定子槽，定子槽用于放置缠绕在定子铁心齿上的三相电枢绕组；本发明通过采用双边永磁的结构设计，将转子永磁体和定子永磁体在空间上分隔开，实现双向磁场调制效果，丰富了电机的气隙磁场，通过定子永磁体内嵌为V型聚磁结构，提高了有效气隙磁场谐波幅值，增强了定子永磁体的聚磁效果。

Description

一种定子聚磁型双边永磁电机
技术领域
本发明涉及永磁电机领域，具体的是一种定子聚磁型双边永磁电机。
背景技术
与传统感应电机相比，永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)由于采用较高磁能积的传统稀土永磁材料(如钕铁硼)，从而具有相对较高的功率/转矩密度和过载能力等优点。但此时，由于永磁体内置或表贴在转子表面，增加了转子永磁固定和机械加工难度。针对于此，各种定子永磁型PMSM电机被广泛提出和研究。但定子永磁型电机气隙磁密主次谐波为静止次谐波，不能贡献转矩，导致其转矩输出能力相对较低。
因此，结合转子与定子永磁各自优点，实现定子永磁与转子永磁气隙磁场叠加，从而进一步提升电机转矩密度，在诸如电动汽车，航空航天等场合的应用具有较好的工程应用价值。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种定子聚磁型双边永磁电机，本发明针对现有技术存在的问题，提供一种定子聚磁型双边永磁电机，解决传统定子永磁和转子永磁电机转矩密度低、永磁体用量较高的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种定子聚磁型双边永磁电机，包括定子、电枢绕组、转子和非导磁转轴，所述非导磁转轴、转子和定子按照从内到外依次设置；
所述定子包括定子铁心轭、定子外齿、定子内齿和定子永磁体，定子铁心轭设置在定子外齿、定子内齿与转子之间，相邻的定子外齿和定子内齿间形成空气槽，空气槽用于放置定子永磁体，定子轭和转子间形成定子槽，定子槽用于放置缠绕在定子铁心齿上的三相电枢绕组；
所述转子每极下设有一个径向充磁的永磁体、两个相邻的转子永磁体之间为转子齿，非导磁转轴外部围绕设置有转子轭。
进一步地，所述定子永磁体是一种聚磁型结构，定子永磁体与转子之间设置有定子铁心桥，定子铁心桥用于保护定子永磁体。
进一步地，所述定子永磁体磁化方向均指向非导磁转轴。
进一步地，所述转子永磁体磁化方向均指向非导磁转轴。
本发明的有益效果：
1、本发明通过采用双边永磁的结构设计，将转子永磁体和定子永磁体在空间上分隔开，实现双向磁场调制效果，丰富了电机的气隙磁场；
2、本发明通过定子永磁体内嵌为V型聚磁结构，提高了有效气隙磁场谐波幅值，增强了定子永磁体的聚磁效果；
3、本发明通过将转子交替极设计，同时定子永磁体内嵌到定子齿内，定子永磁设置亦可视为一种交替极设计，在定子与转子侧采用双交替极设计显著提升双向磁场调制效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的电机横截面结构图；
图2是本发明的电机的气隙磁密波形图；
图3是本发明的电机的负载转矩波形图。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，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组件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。
结合图1所示，本实施例所涉及的定子聚磁型双边永磁电机，包括定子1、电枢绕组2、转子3和非导磁转轴4。非导磁转轴4、转子3和定子1按照从内到外依次设置。定子1包括定子铁心轭1.1、定子外齿1.2、定子内齿1.3、定子永磁体1.4和定子铁心桥1.5，定子铁心轭1.1设置在定子外齿1.2、定子内齿1.3与转子3之间，相邻的定子外齿1.2、定子内齿1.3间形成空腔用于放置V型聚磁结构的定子永磁体1.4。定子轭1.1和转子3之间形成空腔，用于放置缠绕在定子铁心齿上的三相电枢绕组2。转子3的转子齿3.1、转子永磁体3.2和转子轭3.3围绕非导磁转轴4外部设置，转子3每极下设有一个径向充磁的永磁体3.2、两个相邻的转子永磁体3.2之间为转子齿3.1。
结合图1所示，本实施例的定子聚磁型双边永磁电机的转矩能力提升运行原理为：
定子和转子永磁磁动势可分别表示为
Figure BDA0002770544710000031
Figure BDA0002770544710000041
其中，Zs和Zr分别表示定子齿数和转子极对数，FSPMi和FRPMj分别表示定子i次和转子j次磁动势傅里叶系数；θ表示转子位置，θ0表示为转子初始位置，Ωr表示为转子旋转速度。定子和转子磁导函数可分别表示为
Figure BDA0002770544710000042
Figure BDA0002770544710000043
其中，Λsm和Λrn分别表示为定子m次和转子n次磁导系数。由磁动势-磁导法可得气隙磁密为
Bg(θ,t)＝[FSPM(θ)+FRPM(θ,t)]Λsr(θ,t) (5)
由能量法可推导出双边永磁电机平均转矩为
Figure BDA0002770544710000044
其中，Ncoil为每相串联线圈数，kw是绕组因数，IA为相电流幅值，是EA是线圈A的反电势基波，TSPM和TRPM分别表示定子和转子永磁产生的转矩，可分别表示为
Figure BDA0002770544710000045
Figure BDA0002770544710000046
由公式(6)-(8)可知，双边永磁电机转矩可视为定子与转子永磁转矩的叠加。
结合图2，本实施例的定子聚磁型双边永磁电机的气隙磁密叠加效果图为：定子永磁体1.4和转子永磁体3.2在气隙中产生的气隙磁密进行了叠加，使总气隙磁密显著增大。
结合图3，本实施例的定子聚磁型双边永磁电机的转矩能力效果图为：定子永磁体1.4与转子永磁体3.2同时与电枢绕组作用，产生转矩可视为定子永磁体1.4和转子永磁体3.2产生转矩的叠加，从而显著提升电机转矩输出能力。
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 (4)

1.一种定子聚磁型双边永磁电机，包括定子(1)、电枢绕组(2)、转子(3)和非导磁转轴(4)，其特征在于，所述非导磁转轴(4)、转子(3)和定子(1)按照从内到外依次设置；
所述定子(1)包括定子铁心轭(1.1)、定子外齿(1.2)、定子内齿(1.3)和定子永磁体(1.4)，定子铁心轭(1.1)设置在定子外齿(1.2)、定子内齿(1.3)与转子(3)之间，相邻的定子外齿(1.2)和定子内齿(1.3)间形成空气槽，空气槽用于放置定子永磁体(1.4)，定子轭(1.1)和转子(3)间形成定子槽，定子槽用于放置缠绕在定子铁心齿上的三相电枢绕组(2)；
所述转子(3)每极下设有一个径向充磁的永磁体(3.2)、两个相邻的转子永磁体(3.2)之间为转子齿(3.1)，非导磁转轴(4)外部围绕设置有转子轭(3.3)。
2.根据权利要求1所述的一种定子聚磁型双边永磁电机，其特征在于，所述定子永磁体(1.4)呈“V”型聚磁型结构，定子永磁体(1.4)与转子之间设置有定子铁心桥(1.5)，定子铁心桥(1.5)用于保护定子永磁体(1.4)。
3.根据权利要求1所述的一种定子聚磁型双边永磁电机，其特征在于，所述定子永磁体(1.4)磁化方向均指向非导磁转轴(4)。
4.根据权利要求1所述的一种定子聚磁型双边永磁电机，其特征在于，所述转子永磁体(3.2)磁化方向均指向非导磁转轴(4)。
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