[发明专利]一种转子永磁型双凸极电机

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种电机，具体来说，涉及的是一种转子永磁型双凸极电机。

背景技术

随着能源危机的不断加剧，采用永磁励磁取代电励磁以节省能源消耗已成为全世界的共识，开发研究和推广应用新型结构的稀土永磁电机，具有重要的理论意义和实用价值。特别是目前广泛研究的新能源电动汽车，要求其中的电机驱动系统体积小、重量轻、效率高、出力大、可靠性高，使得永磁电机展现出更为广阔的应用前景。

定子永磁型双凸极无刷电机（stator-PM doubly-salient brushless motor）作为一类典型的永磁无刷电机，是伴随着功率电子学、微电子学、控制理论等的发展在90年代末出现的一种新型交流调速电机系统，其主要结构特点是将永磁体置于定子，转子铁心只是由导磁材料制成，转子上既无永磁体也无电枢绕组，不需要电刷，具备结构简单、鲁棒性好、转矩出力大、功率密度高、适合高速运行、控制灵活等性能优点。

然而，近些年的研究发现定子永磁型双凸极无刷电机也存在一些明显的缺点，具体包括：

（1）由于将永磁体置于定子，导致定子侧的永磁体漏磁现象严重，降低了永磁体的利用率。此外，除了磁通切换式结构以外，其他两种结构的定子永磁型电机气隙磁场密度较低、转矩密度和功率密度偏小；

（2）对于定子永磁型双凸极无刷电机而言，由于永磁体和电枢绕组均位于空间有限的定子侧，即使将永磁体替换成电励磁绕组，励磁机构必将和电枢绕组存在定子空间的竞争关系，减小了电枢绕组的槽面积，并易导致定子铁心的深度饱和，从而进一步限制电机的功率密度；

（3）另一方面，在定子永磁型双凸极无刷电机中，转子部分不含有任何励磁机构及电枢绕组，仅由导磁冲片压制成凸极实心转子，使得转子空间的利用率较低，进一步削弱了电机的转矩密度和功率密度。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种转子永磁型双凸极电机，该电机具有双极性的电枢永磁磁链和高度正弦的每相空载感应电势，同时具有较高的空间利用率和永磁体利用率，以及高转矩密度和功率密度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种转子永磁型双凸极电机，该电机包括定子铁心、电枢线圈、转子铁心和永磁体；定子铁心和转子铁心均为凸极结构，定子铁心上设有定子齿，电枢线圈中的每个线圈横跨在一个定子齿上；转子铁心包括U形导磁单元和呈环形的导磁桥，U形导磁单元固定在导磁桥上，U形导磁单元与定子齿相对，永磁体的数量和U形导磁单元的数量相等，永磁体嵌于相邻的两个U型导磁单元之间；永磁体均为切向充磁，且充磁方向一致。

进一步：所述的电枢线圈采用集中式电枢线圈，各个集中式电枢线圈连接成单相或多相电枢绕组。

进一步：所述电枢线圈采用分布绕组的形式，各个电枢线圈连接成单相或多相电枢绕组。  

有益效果：与现有技术相比，采用本发明的技术方案的有益效果是：

（1）提高空间利用率，具有较高的转矩密度和功率密度。本发明的电机改变了原有的电机结构，将电枢绕组线圈置于电机的定子侧，并将永磁体4置于电机的转子侧，从而避免了电枢绕组线圈与永磁体共同占用定子空间的问题，增加了电枢绕组线圈的槽面积，同时减弱了定子铁心的饱和程度，提高了电机整体的空间利用率，使得本发明电机具有较高的转矩密度和功率密度。

（2）有效提高了转子空间的利用率。与传统表贴式转子永磁型无刷电机采用径向充磁的永磁体相比，本发明电机中的永磁采用切向充磁，且充磁方向一致，在转子上可以放置多块永磁体，有效提高了转子空间的利用率。同时，由于永磁体置于转子铁心内部，无需对永磁体采取特殊防护措施，适合于高速运行。

（3）永磁体利用率高。本发明中永磁体采用切向充磁，并配合U形导磁单元，当转子旋转一个电周期时，匝链到电机电枢线圈中的永磁磁链为双极性，提高了永磁体利用率。本发明电机仅通过对定子齿宽尺寸大小进行调整便可以令每个电枢线圈都具有高度正弦的磁链和感应电动势，于是合成的每相磁链和感应电动势也高度正弦，无需线圈间的互补效应。

（4）本发明电机的定子铁心和转子铁心均为凸极结构，对电枢绕组通入对称交流电后，电机在输出永磁磁链和电枢磁链相互作用所产生的永磁转矩的同时，得以输出由于凸极效应所产生的磁阻转矩，提高了转矩密度。