CN116207892A - 一种混合励磁电机 - Google Patents

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Abstract

本本发明的目的在于提供一种混合励磁电机，以解决提供一种新型混合励磁拓扑结构的技术问题。包括：定子侧交流电枢部分，包含设置在所述电机的定子上的一类定子齿系以及绕装在所述一类定子齿系上的多相电枢绕组；定子侧直流励磁部分，包含设置在所述定子上的二类定子齿系以及绕装在所述二类定子齿系上的励磁绕组；转子侧永磁部分，包含设置在所述电机的转子上的永磁极系和与所述永磁极系配合的铁心极系，所述永磁极系由沿所述转子一周均布且同极性的共p r 个永磁极组成，所述Z s 为所述多相电枢绕组的相数的2倍值的正整数倍且所述p r 满足Z s /2=p r +1，所述一类定子齿系与所述转子之间的气隙小于所述二类定子齿系与所述转子之间的气隙。

Description

一种混合励磁电机
技术领域
本发明涉及一种混合励磁电机，尤其涉及混合励磁电机的新型混合励磁拓扑结构。
背景技术
电机的“混合励磁”有时也称组合励磁或复合励磁，是由不同励磁源（永磁励磁和电励磁）相互作用共同产生电机主磁场，用以实现电机的主磁场调节和控制，改善电机调速或调压特性等，是对单一励磁（永磁励磁或电励磁）概念的有效拓宽与延伸。
“混合励磁电机结构原理、设计与运行控制技术综述及展望，张卓然等，中国电机工程学报，2020年12月20日”总结归纳了目前电机的混合励磁方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合励磁电机，以解决提供一种新型混合励磁拓扑结构的技术问题。
本发明的混合励磁电机，包括：定子侧交流电枢部分，包含设置在所述电机的定子上的一类定子齿系以及绕装在所述一类定子齿系上的多相电枢绕组，所述一类定子齿系由沿所述定子一周均布的共Z s /2个一类定子齿组成，工作时所述多相电枢绕组连接多相交流电源而使该定子侧交流电枢部分产生旋转磁场；定子侧直流励磁部分，包含设置在所述定子上的二类定子齿系以及绕装在所述二类定子齿系上的励磁绕组，所述二类定子齿系由沿所述定子一周均布并与各一类定子齿交替设置的共Z s /2个二类定子齿组成，工作时所述励磁绕组整体依次串联于一直流电源而使该定子侧直流励磁部分产生静止磁场（“静止”是指磁场位置静止不变）；转子侧永磁部分，包含设置在所述电机的转子上的永磁极系和与所述永磁极系配合的铁心极系，所述永磁极系由沿所述转子一周均布且同极性的共p r 个永磁极组成，所述铁心极系由分别设置在各相邻两个永磁极之间的铁心极组成，工作时所述转子侧永磁部分产生永磁磁场；其中，所述Z s 为所述多相电枢绕组的相数的2倍值的正整数倍且所述p r 满足Z s /2=p r +1，所述一类定子齿系与所述转子之间的气隙小于所述二类定子齿系与所述转子之间的气隙，从所述电机的横截面上看，所述定子具有双层绕组结构，该双层绕组结构中靠近转子的一层绕组为多相电枢绕组而另一层绕组为所述励磁绕组。
作为对上述混合励磁电机的基本技术方案的进一步的优化和/或特定化，所述定子包含沿所述定子一周均布的多个主定子模块和分别设置在各相邻两个主定子模块之间的副定子模块；所述主定子模块具有一个主定子轭部以及设置在该主定子轭部内侧的相邻两个二类定子齿和位于该相邻两个二类定子齿之间的一个一类定子齿；所述副定子模块具有一个副定子轭部以及设置在该副定子轭部内侧的一个一类定子齿；各相邻两个主定子轭部之间拼装有一个副定子轭部从而使全部主定子模块与全部副定子模块组装在一起。
作为对上述混合励磁电机的基本技术方案的进一步的优化和/或特定化，所述定子还包含套在全部主定子模块与全部副定子模块外部的壳体，各主定子轭部和各副定子轭部分别通过对应的第一凹凸配合结构组装在所述壳体内壁上。
作为对上述混合励磁电机的基本技术方案的进一步优化和/或特定化，各主定子轭部和与该主定子轭部拼接的副定子轭部之间通过第二凹凸配合结构组装在一起。
作为对上述混合励磁电机的基本技术方案的进一步的优化和/或特定化，所述永磁极由中间矩形永磁体、位于该中间矩形永磁体一端的第一端矩形永磁体和位于该中间矩形永磁体另一端的第二端矩形永磁体组成；所述中间矩形永磁体的几何中心与所述转子的圆心的连线与该中间矩形永磁体上面向所述定子的外侧表面垂直；所述第一端矩形永磁体上面向所述定子的外侧表面和所述第二端矩形永磁体上面向所述定子的外侧表面分别与该中间矩形永磁体上面向所述定子的外侧表面之间的夹角相等并处于125°-130°。
作为对上述混合励磁电机的基本技术方案的进一步的优化和/或特定化，从所述电机的横截面上看，所述中间矩形永磁体的长度和厚度分别大于所述第一端矩形永磁体以及所述第二端矩形永磁体的长度和厚度。
作为对上述混合励磁电机的基本技术方案的进一步的优化和/或特定化，所述转子的柱面由不同弧度的曲面组成从而使所述转子与所述定子之间形成不等气隙。
作为对上述混合励磁电机的基本技术方案的进一步的优化和/或特定化，从所述电机的横截面上看一类定子齿的长度和宽度分别大于二类定子齿的长度和宽度。
作为对上述混合励磁电机的基本技术方案的进一步的优化和/或特定化，所述永磁极的极弧系数大于1；所述铁心极的极弧系数小于1且≥0.6。
作为对上述混合励磁电机的基本技术方案的进一步的优化和/或特定化，所述Z s 为20；所述多相电枢绕组为五相电枢绕组。
本发明的上述混合励磁电机采用了一种全新的混合励磁拓扑结构。其基本工作原理如下：转子侧永磁部分的永磁极系和铁心极系以“永磁极-铁心极”的顺序交替分布，由于各永磁极极性保持一致，因而铁心极将呈现出相反极性（这样可以降低永磁体用量），永磁极系与铁心极系构成“同极***替极”的永磁结构，形成永磁磁场。当定子侧交流电枢部分产生旋转磁场时，旋转磁场与转子上的永磁磁场相互作用，从而使转子转动。同时，定子侧直流励磁部分产生的静止磁场的磁通从各二类定子齿出发跨越空气气隙到达转子侧然后再从转子侧回到定子侧形成闭合回路。研究表明，在满足本发明的上述电机的基本技术方案所限定的条件时，静止磁场能够与转子上的永磁磁场、定子上的旋转磁场可产生较为明显的耦合现象，因此，通过调节所述直流电源就可以对永磁磁场进行调节，这对于当前阶段下某些低速大扭矩、宽速域要求的应用场合有着较为切实的价值和意义。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明提供的附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过实践了解到。
附图说明
构成本说明书的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本说明书中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的一种电机的横截面的结构示意图。
图2为本发明实施例的一种电机中多相电枢绕组的展开示意图。
图3为本发明实施例的一种电机中励磁绕组的展开示意图。
图4为本发明实施例的一种电机中永磁极与铁心极配合关系示意图。
图5为本发明实施例的一种电机中永磁励磁磁路路径图。
图6为本发明实施例的一种电机中电励磁磁路路径图。
图7为本发明实施例的一种电机的电枢绕组磁链波形示意图。
图8为本发明实施例的一种电机的输出电磁转矩波形示意图。
图中标记为：多相电枢绕组1、励磁绕组2、主定子模块3、副定子模块4、永磁极5、中间矩形永磁体51、第一端矩形永磁体52、第二端矩形永磁体53、铁心极6、壳体7、转子8、不等气隙9、一类定子齿10、二类定子齿11、第一凹凸配合结构12、第二凹凸配合结构13、永磁磁路14、电励磁磁路15。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案、技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案、技术特征可以相互组合。此外，在可能的情况下，这些技术方案、技术特征及有关的组合均可以被赋予特定的技术主题而被相关专利所保护。
下述说明中涉及到的本发明通常仅是一部分实施例而不是全部实施例，基于这些实施例，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，都应当属于专利保护的范围。
本说明书及相应权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。其他相关术语和单位，均可基于本说明书提供相关内容得到合理的解释。
图1为本发明实施例的一种电机的横截面的结构示意图。图2为本发明实施例的一种电机中多相电枢绕组的展开示意图。图3为本发明实施例的一种电机中励磁绕组的展开示意图。图4为本发明实施例的一种电机中永磁极与铁心极配合关系示意图。如图1-图4所示，本发明实施例的一种电机，包括定子和转子8以及定子侧交流电枢部分、定子侧直流励磁部分和转子侧永磁部分。
其中，定子侧交流电枢部分包含设置在所述电机的定子上的一类定子齿系以及绕装在所述一类定子齿系上的多相电枢绕组1，所述一类定子齿系由沿所述定子一周均布的共Z s /2个一类定子齿10组成，工作时所述多相电枢绕组1连接多相交流电源（参考图2所示，图2中A1-A20分别表示定子槽号，字母正负号表示各相绕组电流流向，如A+和A-表示A相电流流向，其中A+表示A相电流流入，A-表示A相电流流出，以此类推）而使该定子侧交流电枢部分产生旋转磁场。
定子侧直流励磁部分包含设置在所述定子上的二类定子齿系以及绕装在所述二类定子齿系上的励磁绕组2，所述二类定子齿系由沿所述定子一周均布并与各一类定子齿10交替设置的共Z s /2个二类定子齿11组成，工作时所述励磁绕组2整体依次串联于一直流电源（可参考图3所示，图3中A1-A20分别表示定子槽号，DC+和DC-表示直流电流流向，其中DC+表示电流流入，DC-表示电流流出）而使该定子侧直流励磁部分产生静止磁场。静止磁场中的“静止”是指磁场位置静止不变。
转子侧永磁部分包含设置在所述转子8上的永磁极系和与所述永磁极系配合的铁心极系，所述永磁极系由沿所述转子一周均布且同极性的共p r 个永磁极5组成，所述铁心极系由分别设置在各相邻两个永磁极之间的铁心极6组成，工作时所述转子侧永磁部分产生永磁磁场。
此外，所述Z s 为所述多相电枢绕组的相数的2倍值的正整数倍且所述p r 满足Z s /2=p r +1，所述一类定子齿系与所述转子8之间的气隙小于所述二类定子齿系与所述转子8之间的气隙（本实施例中，从所述电机的横截面上看，所述一类定子齿10的长度和宽度分别大于所述二类定子齿11的长度和宽度），从所述电机的横截面上看所述定子具有双层绕组结构，该双层绕组结构中靠近所述转子8的一层绕组为多相电枢绕组1而另一层绕组为所述励磁绕组2。
上述实施例的电机采用了一种全新的混合励磁拓扑结构。其基本工作原理如下：转子侧永磁部分的永磁极系和铁心极系以“永磁极-铁心极”的顺序交替分布，由于各永磁极5极性保持一致，因而铁心极6将呈现出相反极性（这样可以降低永磁体用量），永磁极系与铁心极系构成“同极***替极”的永磁结构，形成永磁磁场，一个永磁极5与一个铁心极6构成一个永磁极对。如图5所示，各永磁极5的永磁体产生的磁通将从转子侧出发，来到定子侧后在返回至转子侧，形成闭合磁路，即永磁磁路14。当定子侧交流电枢部分产生旋转磁场时，旋转磁场与转子8上的永磁磁场相互作用，从而使转子转动。同时，如图6所示，定子侧直流励磁部分产生的静止磁场的磁通从各二类定子齿11出发跨越空气气隙到达转子8侧然后再从转子8侧回到定子侧形成闭合磁路（即电励磁磁路15），且该电机中静止磁场与转子上的永磁磁场可产生较为明显的耦合现象，因此，通过调节所述直流电源就可以对永磁磁场进行调节，使得该永磁磁场在定子与转子8之间的气隙磁场增强或减弱，实现对电机输出扭矩、转速的调节，这对于当前阶段下某些低速大扭矩、宽速域要求的应用场合有着较为切实的价值和意义。
具体而言，本实施例的电机中，所述Z s 为20，所述多相电枢绕组为五相电枢绕组。则，根据Z s 为所述多相电枢绕组的相数的2倍值的正整数倍且所述p r 满足Z s /2=p r +1的条件，得到p r （永磁极对数）=9。
下面将通过数学推导方式进一步阐述其原理。
首先，该电机定子部分对应的气隙磁导函数随圆周位置θ变化的表达式Λ s (θ)可表达为：
Figure SMS_1
其中，Λ s-0为定子气隙磁导直流分量，Λ s-i 为定子气隙磁导谐波分量，Z s 为定子齿数（即全部一类定子齿10和全部二类定子齿11的总数），i为定子磁导谐波分量阶数。
而该电机的转子部分对应的气隙磁导函数随圆周位置θ变化的表达式Λ r (θ,t)可表达为：
Figure SMS_2
其中，Λ r-0为转子气隙磁导直流分量，Λ r-j 为转子气隙磁导谐波分量，p r 为转子永磁极对数，ω r 为转子旋转速度，j为转子气隙磁导谐波分量阶数，θ 0为初始位置，t表示时间。
由式（1）和（2）可知，该定子与转子气隙中所对应的气隙磁导将分别受到定子齿数Z s 与转子8上的永磁极对数p r 的影响。同时，基于该电机独特的定子结构与转子结构，使得电机气隙磁导中的谐波分量占比增加，这为构造出合理的双磁路结构提供了基础。
其次，根据磁动势理论，可得到该电机励磁绕组所产生的气隙磁动势表达式
F s (θ)可表达为：
Figure SMS_3
其中，F s-m 为定子气隙磁动势谐波分量，该值随着谐波阶数m的变化而变化。值得强调的是，定子气隙磁动势各阶谐波分量还会受到注入直流电流I dc 的影响。
该电机转子所产生的气隙磁动势表达式F r (θ,t)可表达为：
Figure SMS_4
其中，F r-n 为转子气隙磁动势谐波分量，n为谐波阶数。
随后，基于电机学理论，可得到电机气隙磁场B表达式：
Figure SMS_5
其中，F为气隙磁动势，Λ为气隙磁导。
基于式（5）可知，本发明所提出的新型结构中的励磁绕组、永磁极的永磁体将分别和转子气隙磁导、定子气隙磁导相乘之后，可得到其各自在气隙中所产生的气隙磁场表达式。因此，结合式（1）、式（2）、式（3）、式（4）以及式（5），可得到两类气隙表达式B gs (θ,t)和B gr (θ,t)，如下所示：
Figure SMS_6
Figure SMS_7
/>
其中，第一类气隙磁密表达式B gs (θ,t)为定子所产生的气隙磁动势和转子所对应的磁导函数相互作用后所得到的气隙磁场，第二类气隙磁密表达式B gr (θ,t)为转子所产生的气隙磁动势和定子所对应的磁导函数相互作用后所得到的气隙磁场。
进一步地，将上述两类气隙磁密进行对比，不难发现，当m=n=j=i=1时，上述两类气隙磁场的极对数一致，旋转速度一致且旋转方向也一致。这说明，由励磁绕组在气隙内所产生的气隙磁场调制谐波分量与永磁极的永磁体所产生的气隙磁场调制谐波分量完全相同，可产生较为明显的耦合现象。
除此之外，当谐波阶数越小时，所对应的谐波分量幅值相对越大。所以，根据上述结论可求得多相电枢绕组所对应的极对数p a ，如下式所示：
Figure SMS_8
值得强调的是，由于在本实施例所提出的电机采用五相电枢绕组，用于提升电机的容错性能，所以可知定子齿数Z s 需尽量满足下式：
Figure SMS_9
其中，k为正整数。
结合式（8）和式（9），可计算得出本实施例所提出的电机转子永磁极对数p r 为9，定子齿数Z s 为20（一类定子齿数和二类定子齿数均为10），电枢绕组所对应的极对数p a 为1。因而可知，只要满足上述条件，便能够通过励磁绕组来改变永磁体的工作点，即通过定子直流励磁绕组实现了对转子永磁型电机的调磁能力。值得说明的是，励磁绕组的励磁能力有限，因而在加入了永磁体之后，电机整体的功率密度和转矩密度均有较大的提升。
一种可选实施方式中，所述定子包含沿所述定子一周均布的多个主定子模块3和分别设置在各相邻两个主定子模块3之间的副定子模块4；所述主定子模块3具有一个主定子轭部以及设置在该主定子轭部内侧的相邻两个二类定子齿11和位于该相邻两个二类定子齿11之间的一个一类定子齿10；所述副定子模块4具有一个副定子轭部以及设置在该副定子轭部内侧的一个一类定子齿10；各相邻两个主定子轭部之间拼装有一个副定子轭部从而使全部主定子模块与全部副定子模块组装在一起。由于将对应两个副定子模块4组装在各主定子模块3两侧，因而可在组装之前，先将励磁绕组绕制在主定子模块3的二类定子齿11的齿身上，这样既可简化该电机的嵌线工作，同时也能够提升电机的槽满率，降低电机加工周期与成本。
进一步地，所述定子还包含套在全部主定子模块3与全部副定子模块4外部的壳体7，各主定子轭部和各副定子轭部分别通过对应的第一凹凸配合结构12组装在所述壳体7内壁上。本实施例中，壳体7采用了铝壳；第一凹凸配合结构12采用了燕尾槽和与该燕尾槽适配的燕尾形凸起。通过壳体7和第一凹凸配合结构12可以方便将全部主定子模块3与全部副定子模块4固定在一起，提高定子部分的稳固性。
进一步地，各主定子轭部和与该主定子轭部拼接的副定子轭部之间通过第二凹凸配合结构13组装在一起。本实施例中，第二凹凸配合结构13采用了圆弧形凹槽与和该圆弧形凹槽凹槽适配的圆弧形凸起。显然，通过第二凹凸配合结构13能够更好的保证将对应两个副定子模块4组装在各主定子模块3两侧时的定位精度。
此外，如图4所示， 一种优选实施方式中，所述永磁极5由中间矩形永磁体51、位于该中间矩形永磁体51一端的第一端矩形永磁体52和位于该中间矩形永磁体51另一端的第二端矩形永磁体53组成；所述中间矩形永磁体51的几何中心与所述转子8的圆心的连线与该中间矩形永磁体51上面向所述定子的外侧表面垂直；所述第一端矩形永磁体上面向所述定子的外侧表面和所述第二端矩形永磁体上面向所述定子的外侧表面分别与该中间矩形永磁体上面向所述定子的外侧表面之间的夹角相等并处于125°-130°。更具体而言，从所述电机的横截面上看，所述中间矩形永磁体51的长度和厚度分别大于所述第一端矩形永磁体52以及所述第二端矩形永磁体53的长度和厚度。
上述中间永磁体51为主励磁源，负责提供主要磁通。两侧永磁体（第一端矩形永磁体52和第二端矩形永磁体53）为副励磁源，负责优化气隙磁场波形。这样，有助于抑制电机的漏磁现象。
此外，所述转子8的柱面还可以由不同弧度的曲面组成从而使所述转子与所述定子之间形成不等气隙9。
当永磁极5采用上述优选实施方式的前提下再结合不等气隙9，可使得永磁极中间的磁通多，两侧的磁通少，使气隙磁场呈“弧形”，因此其基波分量的占比更高，使其在电枢绕组中所产生的空载感应电动势THD（即Total Harmonic Distortion，总谐波失真）值更小，因而也就使波形更正弦，从而优化永磁励磁在电枢绕组中所产生的空载感应电动势波形，降低气隙磁场高阶谐波分量对电机电磁性能的干扰。
一种优选实施方式中，所述永磁极的极弧系数大于1；所述铁心极的极弧系数小于1且≥0.6，更优选为0.75，以保证铁心极可保有足够的空间，为励磁源提供磁路备份，以提升电机的过载能力和容错能力。
接下来，将通过对该新型电机建立有限元模型进行验证。有限元模型与图1所示模型保持一致。图7展示了本发明所提出的新型结构电枢绕组分别在增磁和弱磁状态下的磁链变化情况。由图可知，该电机的调磁系数达到了45%。这说明本发明所提出的新型电机具有明显的调磁能力，因而有效地验证了前文理论分析结果的正确性。进一步地转矩波形，结合本发明所提出的新型转子结构，可通过有限元方法计算出该电机的转矩脉动，计算结果如图8所示。通过该图不难发现，该电机的电磁转矩脉动仅为1.6%。值得强调的是，当不考虑齿槽转矩时，通过有限元计算，可知此时的电磁转矩脉动为2.1%。因而可知，电机整体电磁转矩脉动在考虑了电磁转矩脉动之后下降约24%。这说明，齿槽转矩所产生的转矩脉动和部分电磁转矩脉动相抵消，从而提升了电机的整体电磁性能，并证明了该结构的正确性。相较于传统混合励磁电机的电磁转矩脉动，本发明所提出新型结构的电磁转矩脉动较小，具有非常强的市场竞争力。值得强调的是，由于“同极***替极”永磁结构，使得该电机中的类“U”型永磁体和铁心极之间不会出现普通永磁体磁密之间的“零区”，能够最大限度地利用永磁体，提升电机的永磁体利用率。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本申请。基于本说明书的上述内容，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，都应当属于本申请的范围。

Claims (10)

1.一种混合励磁电机，其特征在于：包括：
定子侧交流电枢部分，包含设置在所述电机的定子上的一类定子齿系以及绕装在所述一类定子齿系上的多相电枢绕组，所述一类定子齿系由沿所述定子一周均布的共Z s /2个一类定子齿组成，工作时所述多相电枢绕组连接多相交流电源而使该定子侧交流电枢部分产生旋转磁场；
定子侧直流励磁部分，包含设置在所述定子上的二类定子齿系以及绕装在所述二类定子齿系上的励磁绕组，所述二类定子齿系由沿所述定子一周均布并与各一类定子齿交替设置的共Z s /2个二类定子齿组成，工作时所述励磁绕组整体依次串联于一直流电源而使该定子侧直流励磁部分产生静止磁场；
转子侧永磁部分，包含设置在所述电机的转子上的永磁极系和与所述永磁极系配合的铁心极系，所述永磁极系由沿所述转子一周均布且同极性的共p r 个永磁极组成，所述铁心极系由分别设置在各相邻两个永磁极之间的铁心极组成，工作时所述转子侧永磁部分产生永磁磁场；
其中，所述Z s 为所述多相电枢绕组的相数的2倍值的正整数倍且所述p r 满足Z s /2=p r +1，所述一类定子齿系与所述转子之间的气隙小于所述二类定子齿系与所述转子之间的气隙，从所述电机的横截面上看所述定子具有双层绕组结构，该双层绕组结构中靠近所述转子的一层绕组为多相电枢绕组而另一层绕组为所述励磁绕组。
2.如权利要求1所述的一种混合励磁电机，其特征在于：所述定子包含沿所述定子一周均布的多个主定子模块和分别设置在各相邻两个主定子模块之间的副定子模块；所述主定子模块具有一个主定子轭部以及设置在该主定子轭部内侧的相邻两个二类定子齿和位于该相邻两个二类定子齿之间的一个一类定子齿；所述副定子模块具有一个副定子轭部以及设置在该副定子轭部内侧的一个一类定子齿；各相邻两个主定子轭部之间拼装有一个副定子轭部从而使全部主定子模块与全部副定子模块组装在一起。
3.如权利要求2所述的一种混合励磁电机，其特征在于：所述定子还包含套在全部主定子模块与全部副定子模块外部的壳体，各主定子轭部和各副定子轭部分别通过对应的第一凹凸配合结构组装在所述壳体内壁上。
4.如权利要求2所述的一种混合励磁电机，其特征在于：各主定子轭部和与该主定子轭部拼接的副定子轭部之间通过第二凹凸配合结构组装在一起。
5.如权利要求1所述的一种混合励磁电机，其特征在于：所述永磁极由中间矩形永磁体、位于该中间矩形永磁体一端的第一端矩形永磁体和位于该中间矩形永磁体另一端的第二端矩形永磁体组成；所述中间矩形永磁体的几何中心与所述转子的圆心的连线与该中间矩形永磁体上面向所述定子的外侧表面垂直；所述第一端矩形永磁体上面向所述定子的外侧表面和所述第二端矩形永磁体上面向所述定子的外侧表面分别与该中间矩形永磁体上面向所述定子的外侧表面之间的夹角相等并处于125°-130°。
6.如权利要求5所述的一种混合励磁电机，其特征在于：从所述电机的横截面上看，所述中间矩形永磁体的长度和厚度分别大于所述第一端矩形永磁体以及所述第二端矩形永磁体的长度和厚度。
7.如权利要求1所述的一种混合励磁电机，其特征在于：所述转子的柱面由不同弧度的曲面组成从而使所述转子与所述定子之间形成不等气隙。
8.如权利要求1所述的一种混合励磁电机，其特征在于：从所述电机的横截面上看，所述一类定子齿的长度和宽度分别大于所述二类定子齿的长度和宽度。
9.如权利要求1所述的一种混合励磁电机，其特征在于：所述永磁极的极弧系数大于1；所述铁心极的极弧系数小于1且≥0.6。
10.如权利要求1所述的一种混合励磁电机，其特征在于：所述Z s 为20；所述多相电枢绕组为五相电枢绕组。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116760252A (zh) * 2023-08-16 2023-09-15 成都理工大学 一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102290883A (zh) * 2011-08-26 2011-12-21 东南大学 一种带容错齿的冗余励磁双电枢绕组多相磁通切换型电机
CN203289210U (zh) * 2013-05-15 2013-11-13 东南大学 一种混合励磁型定子表面贴装式双凸极电机
CN104184230A (zh) * 2014-09-12 2014-12-03 东南大学 一种高可靠混合励磁容错电机***
CN104201808A (zh) * 2014-09-12 2014-12-10 东南大学 一种基于位置自检测的混合励磁容错电机***
CN106451979A (zh) * 2015-08-05 2017-02-22 香港理工大学 磁场调制式混合励磁电机
CN108964396A (zh) * 2018-08-13 2018-12-07 南京航空航天大学 定子分区式交替极混合励磁电机
JP2020043655A (ja) * 2018-09-07 2020-03-19 スズキ株式会社 モータ
CN112600375A (zh) * 2020-12-14 2021-04-02 东南大学 一种新型交替极无刷混合励磁电机的多目标优化方法
CN112928882A (zh) * 2019-12-05 2021-06-08 惠而浦公司 具有定子和磁体构造以改善扭矩能力的直接驱动电动马达

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102290883A (zh) * 2011-08-26 2011-12-21 东南大学 一种带容错齿的冗余励磁双电枢绕组多相磁通切换型电机
CN203289210U (zh) * 2013-05-15 2013-11-13 东南大学 一种混合励磁型定子表面贴装式双凸极电机
CN104184230A (zh) * 2014-09-12 2014-12-03 东南大学 一种高可靠混合励磁容错电机***
CN104201808A (zh) * 2014-09-12 2014-12-10 东南大学 一种基于位置自检测的混合励磁容错电机***
CN106451979A (zh) * 2015-08-05 2017-02-22 香港理工大学 磁场调制式混合励磁电机
CN108964396A (zh) * 2018-08-13 2018-12-07 南京航空航天大学 定子分区式交替极混合励磁电机
JP2020043655A (ja) * 2018-09-07 2020-03-19 スズキ株式会社 モータ
CN112928882A (zh) * 2019-12-05 2021-06-08 惠而浦公司 具有定子和磁体构造以改善扭矩能力的直接驱动电动马达
CN112600375A (zh) * 2020-12-14 2021-04-02 东南大学 一种新型交替极无刷混合励磁电机的多目标优化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张震等: "交替极永磁风力发电机的设计与分析", 微电机, vol. 52, no. 8, pages 1 - 5 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116760252A (zh) * 2023-08-16 2023-09-15 成都理工大学 一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机
CN116760252B (zh) * 2023-08-16 2023-10-24 成都理工大学 一种基于轴向双定子/双转子结构的永磁同步电机

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