[发明专利]一种多气隙轴向磁通‑磁场调制永磁电机

说明书

技术领域

本发明属于直驱电机领域，更具体地，涉及一种多气隙轴向磁通-磁场调制永磁电机。

背景技术

近年来，永磁牵引电机凭借其高效率、高功率密度、强过载能力等优点，受到研究人员的广泛关注。德国、法国、日本和韩国等国家均已开展了研究工作，部分已进入工程化和商业化推广应用阶段。然而，由于直驱牵引系统需要电机在有限的体积内达到高转矩输出，其在转矩密度与电机发热的问题上仍存挑战。与常规电机相比，磁场调制永磁电机可以大幅度提高转矩密度，在直驱牵引系统中具有良好的应用前景。但是由于磁场调制电机定子极数少(通常设计为四极或六极)，其绕组端部一般较长，铜耗高，且综合转矩密度的指标严重受限于端部绕组长度。与此同时，由于磁场调制电机的漏磁较多,常规设计的功率因数仅有0.3-0.4，而多数应用场合，如轨道交通、船舶推进等直驱牵引对电机的功率因素多有较高要求。

发明内容

本发明在磁场调制电机的基础上，借助轴向磁通拓扑灵活的定、转子排布和转子磁钢阵列的合理布局，大幅度降低磁钢漏磁，从而将电机功率因数提升至合理水平；将环形绕组与轴向双开槽定子铁芯的巧妙结合，降低铜用量和铜耗，从根本上解决端部绕组过长的问题。

本发明公开了一种多气隙轴向磁通-磁场调制永磁电机，其特征在于，该永磁电机包括依次在轴向方式上交错设置的若干定子和若干转子，其中所述永磁电机的两端为两个表贴式永磁转子，其余所述转子为内嵌式永磁转子，所述若干定子结构尺寸相同，双边开槽并采用环绕所述径向方向的环形绕组，沿所述轴向方向上相对于其上一个所述定子依次偏移半个槽距机械角度。

进一步地，所述定子的数量至少为两个。

进一步地，所述若干个转子同轴连接，通过转子轴输出机械能；所述若干定子通过同一电端口连接外部电源。

进一步地，所述若干转子的极对数为n，所述若干定子的槽数为q，所述若干定子的电枢磁场极对数为p，则n、p、q满足如下关系式：q＝p+n。

按照本发明实现的多气隙轴向磁通-磁场调制永磁电机，电机运行时，转子的多极磁场首先经过定子齿调制形成少极磁场，随后依据该少极磁场的极数向定子绕组外加匹配的电势，使得电枢磁场基波与调制后的永磁体磁场基波具有相同的极数与转速，进而使得电机能产生稳定的转矩输出。采用多盘轴向结构可大大提高理论转矩密度，通过定子排布优化和转子磁钢阵列的合理排布，可大幅度减小极间漏磁和主磁路磁阻，提高磁场调制电机的功率因数。通过多盘结构，在定子使用环形绕组并且在定子两侧均布置转子，可充分利用绕组两侧磁场，解决端部绕组过长问题的同时大大提高了绕线利用率，降低了用铜量及铜耗。

通过多气隙轴向磁通结构和磁场调制电机的有机结合，本发明在保留了磁场调制电机的优良性能的基础上，综合性地解决了磁场调制电机转矩密度受限和功率因数较低的固有问题，作为一种重物起吊、轨道交通、船舶推进等直驱牵引场合用的高转矩密度直驱电机具有很好的发展潜力。

附图说明

图1(a)为按照本发明实现的实施例一五盘轴向磁通-磁场调制永磁电机结构示意图，(极比为5:1)；

图1(b)为按照本发明实现的一种轴向磁通-磁场调制永磁电机结构爆炸示意图；

图2为按照本发明实现的永磁电机中的内转子结构示意图；

图3为按照本发明实现的实施例一中的永磁电机的剖面结构示意图；

图4(a)为按照本发明的实施例一中的永磁电机运行时磁力线分布图，其中两定子齿为对齐设置，(极比为11:1)；

图4(b)为按照本发明的实施例一中的永磁电机运行时磁力线分布图，其中两定子齿在圆周上相差半个槽距机械角度结构；(极比为11:1)；

图5为按照本发明的实施例一种的永磁电机中的定子结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1—转子Ⅰ 2—定子Ⅰ 3—转子Ⅱ 4—定子Ⅱ 5—转子Ⅲ

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。