[发明专利]一种多档位主副齿式交替极永磁游标电机

说明书

一种多档位主副齿式交替极永磁游标电机，属于游标电机领域。解决了电机转矩低、转矩脉动大，以及游标电机结构过于复杂等的问题。本发明中采用双定子结构，充分利用电机内部空间，定子齿采用主副齿式设计，主齿的设计降低电机转矩脉动，且简化电机结构，副齿的设计可以引入更多的有效谐波，提高电机的输出转矩。中间使用共同转子，减少电机气隙层数。转子内侧和外侧均放有同极性表贴式永磁体，永磁体在径向的位置相同，每对同极性永磁体与其相邻的极靴形成一对极，即交替极，从而达到降级电机成本，提高永磁体的利用率，同时电机的电磁性能得到提升。本发明适用于风力发电、海洋波浪发电、电动汽车、船舶驱动等领域。

技术领域

本发明属于永磁游标电机领域。

背景技术

磁齿轮在很早就已经被提出，但由于早期永磁材料性能的限制，并未得到广泛的关注。随着永磁材料性能的不断提高，基于“磁齿轮效应”的复合电机的研究再次引起国内外专家学者的关注。永磁游标电机是基于磁场调制原理的一种新型电机。在许多低速直驱的应用场合，传统的永磁同步电机尺寸一般较大，而且需要较高的定子槽数和电枢绕组数，而利用磁场调制的永磁游标电机，可将转速较低的转子永磁体调制成转速较高的定子气隙磁场，从而达到“自增速”的效果，实现更高的输出转矩密度和更高的传递可靠性。永磁游标电机的结构多样性和多变性，为其发展和应用提供更多的可能。

永磁游标电机的效率高、转矩密度大且运行平稳。但对于多数单定转子以及带调磁环结构的永磁游标电机而言，电机的内部空间和调磁环所占空间都仍有较大的利用价值和更大的优化空间。如能合理的利用电机的内部空间，电机的转矩密度将能进一步的得到提升；如将调磁环和定子齿相结合，即分裂齿，不仅减少一层气隙层，降低拓扑结构的复杂程度，还能更进一步减小电机的体积，为后续的批量生产降低难度。

永磁游标电机不同于常规永磁电机，其定子绕组极对数和转子极对数有着特定的数量关系，通常转子极对数要大一些，这也导致永磁体极对数较多，而利用交替极结构，不仅可以大大减少永磁体的用量，还能在一定程度上提升电机的电磁性能。

发明内容

本发明结合了永磁游标电机的特点，设计充分利用了电机内部空间；采用主副齿的结构，引入更多的有效谐波以提升转矩；并考虑到永磁体用量问题，运用交替极。最终提出了一种转矩密度高、功率密度高、可多模式运行的多档位主副齿式交替极永磁游标电机。

双定子复合式游标电机，包括：外定子、共用转子、内定子、绕组、永磁体。

外定子和内定子是相似的结构，具有相同的槽数和相同的主副齿式结构，而且内定子和外定子各拥有一套独立的绕组。每个定子齿上分别开有两个主齿和两个副齿，相对于常规的分裂齿，主齿的设计完全延续分裂齿的优点，而副齿的设计引入更多的有效谐波，进一步提高电机的输出转矩。上述说明可以得知，内外侧具有相同的极槽配比，在保证性能的前提下简化电机结构，提高电机的实用性。

共用转子内侧和外侧均放有P₁对同极性表贴式永磁体，永磁体在径向的位置相同。

具体的，所述的外定子和内定子采用相同的结构，均为主副齿式结构，主齿延续分裂齿的优点，副齿在此基础上引入更多的有效谐波提高电机出力。内外侧定子具有相同的极慒配比，在简化电机结构同时避免内外侧磁路的相互干扰。

具体的，所述的同极性表贴式永磁体分别以曲边梯形嵌在内外转子靠近气隙侧的表面。因均采用同极性的永磁体，嵌入转子中，每对同极性永磁体与其相邻的极靴形成一对极，即交替极。

具体的，所述的内外侧定子具有各自的一套独立绕组，任意一侧定子绕组通电，另一侧定子和共用转子为其提供运行条件，在加上内外定子拥有相同的极槽配比，为电机的多模式运行提供条件。

进一步的，在定子齿上引入副齿的设计，使电机能够利用更多的有效谐波，在提升电机转矩的同时，使电机的转矩脉动更小，运行更加平稳。