[发明专利]轴向磁场双定子游标电机

说明书

技术领域

本发明属于电机领域，具体涉及一种游标电机，适用于风力发电、舰船驱动等。

背景技术

风能作为可再生能源中很重要的一部分，受到了包括中国在内的世界各国的高度重视。在过去几年里，风力发电的装机容量连续多年大比例增长，尤其在中国，风力发电已成为一个重要的可再生能源行业。其中，风力发电机作为风力发电系统中最关键的部件之一，其设计技术、生产工艺已成为世界各国竞争的技术制高点，尤其是直驱式风力发电机，其转速低，体积大，重量沉，高功率密度的风力发电机可以大幅度降低风力发电机的重量和成本，具有极大的社会经济效益。

游标电机（Vernier Machine）近年受到越来越多业界的重视，这种电机的拓扑具有超高的功率密度且机械结构简单的优点，有望得到大规模工程应用。由于在转速恒定的情况下，电机的转矩与其空载反电势大小有关，对于传统的电机，定子和转子的极对数是相同的，所以增大极数会同比例的减小定子磁链，因而不能通过增大极数来提高空载反电势。

如图1所示，现有的游标电机和普通的永磁电机的结构类似，由转子和定子组成，游标电机最主要的特点在于其定转子的极对数不同，且通常转子的极对数是定子极对数的几倍，转速恒定情况下，转子极对数多可以提高定子磁链的交变频率，同时定子的极对数少使得定子磁链不会因转子极数增加而同比例减少，解决了传统电机增大极对数会同比例减少定子每极磁通量的矛盾，从而可以增加磁链交变频率与定子磁链乘积，进而增大空载反电势，增加转矩和功率密度。

现有的游标电机的主要缺点是其功率因数低，导致给定输出功率的情况下，需增大驱动变流器容量，从而带来增加成本，降低系统运行可靠性等问题。游标永磁电机功率因数低的原因与主磁链和电机电感与相电流的乘积之比有关。与传统电机相比，游标电机转子极数很多，与齿数接近，由图1可以看出，大量磁通从磁极穿过气隙直接通过定子齿部，然后返回另一磁极，而没有通过定子绕组，这就造成永磁体漏磁通大大增加，同时，当相邻永磁体一个面对定子齿部，一个将面对定子槽，相邻永磁体构成的磁路磁阻大，导致主磁通很低，所以现有的游标电机功率因数很低。实际上，在采用和传统永磁电机相近的电负荷的情况下，现有技术的游标电机功率因数可以低至0.2～0.3，而传统永磁电机的功率因数可达0.90以上。

发明内容

本发明旨在提出一种轴向磁场双定子游标电机，其通过采用双定子及其错位对置结构形式，从而提高电机的功率因数，并进一步提高功率密度，解决了现有游标电机低功率因数低导致的运行可靠性低问题，而且减小整体体积。

本发明的一种轴向磁场双定子结构电机，包括：

转子，其呈圆环形，环体周向上间隔布置有多个永磁体；

定子，其呈圆环形，环体一端端面在周向上开有多个凹槽，各凹槽用于容纳绕组，各凹槽之间的凸起部分形成定子齿；

其特征在于，所述定子为两个，以凹槽相对的方式同轴间隔布置，所述转子同轴设置在两定子之间，且其中第一定子的定子齿与第二定子的定子齿在周向上相距半个槽距角。

作为本发明的改进，所述第一定子的定子齿与第二定子的定子齿分别依次与转子上相邻的极靴正对布置。

作为本发明的改进，所述转子分别与所述第一定子和第二定子平行相对。

作为本发明的改进，所述各永磁体通过极靴间隔，各极靴通过硅钢桥或非导磁材料连接。

作为本发明的改进，所述极靴上设置有螺栓孔，转子通过上述螺栓孔与转矩管连接。

作为本发明的改进，所述转子一体成型，所述永磁体容置在转子上周向均匀间隔设置的凹槽内。

作为本发明的改进，所述第一定子和第二定子分别固定在机壳内壁轴向两端，所述转子通过固定设置在电机转轴中部的转矩管固定安装。

本发明采用径向磁场双定子结构，其中转子和两定子采用轴向间隔布置，而且转子位于两定子之间，通过设置定子齿与转子极靴的相对位置关系，从而获得紧凑的电机结构，在与传统游标电机的转矩密度相近的情况下，功率因数显著提高，可以达到0.8以上。

附图说明

图1为现有技术中的一种游标电机结构示意图；

图2为本发明实施例的轴向双定子游标永磁电机的结构示意图；

图3为本发明实施例的轴向双定子游标永磁电机的磁通示意图；

图4（a）-4（d）为本发明实施例的轴向双定子游标永磁电机的4种不同转子结构（1/4模型）示意图；

图5为本发明实施例轴向双定子游标永磁电机的整体结构示意图。