一种新型磁通反向永磁双凸极电机

1.本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种新型磁通反向永磁双凸极电机。


背景技术：

2.传统磁通反向永磁双凸极电机结构如下：定子与转子均为凸极结构，永磁体和电枢绕组均置于定子侧，转子铁芯既没有永磁体，也没有绕组；每一相的电枢线圈跨两个定子凸极及其中间所夹永磁体缠绕，所述所夹永磁体沿径向充磁，不同相电枢线圈依次相邻。转子旋转到不同位置时，与定子各相绕组相交链的磁链呈现双极性变化。该电机具有结构简单，功率密度和转矩密度高的特点，受到了国内外学者的广泛关注和研究，其设计和控制技术日趋成熟，在风力发电、航空和汽车等行业具有较好的应用前景。然而，这种类型电机所用永磁体较多，且永磁体利用率不高，制造成本较高。


技术实现要素：

3.为了降低电机成本，本发明提供一种新型磁通反向永磁双凸极电机，该电机不但永磁体和电枢绕组用量降低，还能进一步增大电机功率密度，减小双凸极电机转矩脉动。
4.本发明采取的技术方案为：一种新型磁通反向永磁双凸极电机，包括定子铁心、转子铁心、电枢绕组和转轴；所述转子铁心设置在定子铁心内部，且所述转子铁心相对于所述定子铁心能够进行旋转；所述转轴设置在所述转子铁心内部，且所述转轴能够随着所述转子铁心一同转动；所述转子铁心上设置有转子极；所述定子铁心设置有定子极；所述电枢绕组由多个电枢线圈串联、并联或混联构成；每个电枢线圈跨多个定子极缠绕；中间相邻的定子槽对应轭部放置有充磁方向不同的永磁体。
5.进一步的，每个电枢线圈跨三个定子极缠绕。
6.进一步的，所述定子铁心为凸极结构，所述定子极的极宽呈均匀分布。
7.进一步的，所述定子铁心为凸极结构,所述定子极的极宽呈不匀均分布，每相的中间定子极的极宽较宽，两侧定子极的极宽较窄。
8.进一步的，所述定子极数目ps为3n*m个，n为正整数，m为电机的相数，所述同一相相邻定子极的极距在[w
s*
180
°
/(πr
si
)，180
°
/(nm)
‑ꢀws*
90
°
/(πr
si
)]之间可调，其中，r
si
为定子内径，ws为定子极的极宽。
[0009]
进一步的，所述转子铁心为凸极结构，所述转子极的极宽呈均匀分布，所述转子极宽是最小定子极宽的1倍到2倍。
[0010]
进一步的，所述电枢线圈包括两部分：一部分是跨三个定子极共绕，一部分是缠绕于中间定子极，两部分串联连接。
[0011]
进一步的，同一个电枢线圈所跨多个定子极构成一个定子极组，定子极组之间附加有辅助齿，辅助齿上无线圈绕制。
[0012]
本发明的有益效果：
1. 相比传统磁通反向永磁双凸极电机，在相同电机结构尺寸和转矩密度条件下，本发明所述电机所需电枢绕组总匝数大约能减少30%，从而可以降低电机成本和绕组损耗，提高电机效率。
[0013]
2. 本发明相比传统磁通反向永磁双凸极电机，在电机结构尺寸相同条件下，本发明所述电机的各相电枢线圈所跨绕定子极之间存在较大空间，该空间也可用来缠绕电枢线圈，从而提高电枢线圈总匝数，提高电机转矩密度；另外，该空间还可以用来放置冷却装置，降低电机温升；3. 相比传统磁通反向永磁双凸极电机，本发明所用永磁体成对放置于定子轭部，永磁体充磁方向相反，具有较好的聚磁性能，永磁体利用率有所提高，因此，在相同转矩密度下，可以降低永磁体用量；在电机结构尺寸、电枢绕组及永磁体用量相同条件下，可以获取更大的感应电动势和电磁转矩，从而提高电机的功率密度；4. 相比传统磁通反向永磁双凸极电机，本发明所述电机的设计自由度增加，通过优化定子不同凸极的极宽、电枢线圈内部定子凸极间距等参数，可以进一步提高转矩密度和功率密度。
[0014]
综上，本发明采用合理配置电枢绕组位置，并对所增加设计参数进行优化，能够提高了电机的功率密度和转矩密度，且电机结构简单，定转子上均无永磁体，电机可靠性高，适用于高速以及恶劣工作环境。
附图说明
[0015]
图1为本发明实施例一中一种三相18/10极磁通反向永磁双凸极电机轴向剖视示意图；图2为本发明实施例一中电机的三相绕组空载感应电动势图；图3为本发明实施例一中电机的a相绕组感应电动势的谐波分析图；图4为本发明实施例二中一种定子斜槽型四相12/10极磁通反向永磁双凸极电机轴向剖视示意图；图5为本发明实施例三中一种带有辅助齿的12/7极三相永磁双凸极电机轴向剖视示意图；图6为本发明实施例四中一种带有定子辅助齿的三相12/7极永磁双凸极电机轴向剖视示意图；图7为本发明实施例五中一种三相18/10极定子斜槽型磁通反向永磁双凸极电机轴向剖视示意图；图8为本发明实施例六中一种四相12/7极永磁双凸极电机轴向剖视示意图。
[0016]
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0017]
具体实施方式的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。
[0018]
如图1、图4、图5、图6、图7或图8所示，本发明提供一种新型磁通反向永磁双凸极电
机，包括定子铁心1、转子铁心2、电枢绕组和转轴；所述转子铁心2设置在定子铁心1内部，且所述转子铁心2相对于所述定子铁心1能够进行旋转；所述转轴设置在所述转子铁心2内部，且所述转轴能够随着所述转子铁心2一同转动；所述转子铁心2上设置有转子极；所述定子铁心1设置有定子极；所述电枢绕组由多个电枢线圈4串联、并联或混联构成；每个电枢线圈4跨三个定子极缠绕；中间相邻的定子槽对应轭部放置有充磁方向不同的永磁体5。
[0019]
定子铁心1为凸极结构，所述定子极的极宽呈均匀分布。定子极极宽也可以为不匀均分布，每相的中间定子极的极宽较宽，两侧定子极的极宽较窄。
[0020]
定子极数目ps为3n*m个，n为正整数，m为电机的相数，所述同一相相邻定子极的极距在[w
s*
180
°
/(πr
si
)，180
°
/(nm)
‑ꢀws*
90
°
/(πr
si
)]之间可调，其中，r
si
为定子内径，ws为定子极的极宽。
[0021]
转子铁心2为凸极结构，所述转子极的极宽呈均匀分布，所述转子极宽是所述定子极宽的1倍到2倍。转子极采用平行齿、扇形齿结构或者t型齿偏心结构。
[0022]
电枢线圈4为跨三个定子极缠绕的集中绕组。电枢线圈4也可以采用如下结构，包括两部分：一部分是跨三个定子极共绕，一部分是缠绕于中间定子极，两部分串联连接。
[0023]
定子铁心1与转子铁心2均由硅钢片冲压而成。
[0024]
以下分别以六个具体电机实施例进行更进一步说明。
[0025]
实施例一：如图1至图3所示，本实施例提供一种新型磁通反向永磁双凸极电机，具体为三相18/10极磁通反向永磁双凸极电机。
[0026]
如图1所示，在每个定子极组（定义：同一个电枢线圈所跨三个定子极构成一个定子极组）中间两个定子槽对应的定子轭部放置有一对充磁方向相反的永磁体。定子极可以由多个单元拼接构成。定子极组内部的三个定子极中心线均通过圆心。
[0027]
如图2所示的三相绕组空载感应电动势，及图3所示的a相绕组感应电动势的谐波分析，可见，可以获取正弦度较好的三相对称反电势。
[0028]
实施例二：本实施例提供一种新型磁通反向永磁双凸极电机，具体为定子斜槽型四相12/10极磁通反向永磁双凸极电机。
[0029]
如图4所示，定子极组内部的三个定子极中心线相互平行。
[0030]
实施例三：本实施例提供一种新型磁通反向永磁双凸极电机，具体为带有辅助齿的12/7极三相永磁双凸极电机。
[0031]
如图5所示，定子极组内部的三个定子极中心线相互平行，且永磁体延伸到定子槽中，且定子极组之间附加有辅助齿6，辅助齿6上无线圈绕制，通过调节辅助齿宽度，可以增大电机出力，或者减小转矩脉动。
[0032]
实施例四：本实施例提供一种新型磁通反向永磁双凸极电机，具体为带有定子辅助齿的三相12/7极永磁双凸极电机。
[0033]
如图6所示，（1）永磁体向定子槽延伸，以提高功率密度。（2）在定子极组之间有辅助齿，通过优化定子辅助齿可以有效提升转矩。
[0034]
实施例五：本实施例提供一种新型磁通反向永磁双凸极电机，具体为三相18/10极定子斜槽型磁通反向永磁双凸极电机。
[0035]
如图7所示，多个同相绕组串联或者并联。
[0036]
实施例六：本实施例提供一种新型磁通反向永磁双凸极电机，具体为四相12/7极永磁双凸极电机。
[0037]
如图8所示，定子极组内部的定子齿宽度不同，定子极组内部齿距与定子极组之间的齿距不等，通过优化定子齿宽和极距提升电机性能。
[0038]
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0039]
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。
[0040]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”“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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。