一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机制造技术

一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，由外至内依次包括定子、外层气隙、外转子、内层气隙及内转子，所述定子包括定子轭铁，在定子轭铁的内侧设有多个槽，在槽的两侧设有调节齿，在槽的中部设有辅助齿，在辅助齿两侧的槽内设有电枢绕组。本发明专利技术所要解决的技术问题是提供一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，其目的通过在定子插入辅助齿来实现相间隔离的作用，并且改变永磁的形状以及充磁方式获得正弦度更好的气隙磁通密度波形，从而提高电机电磁转矩。矩。矩。

【技术实现步骤摘要】
一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机


[0001]本专利技术涉及低速大转矩电机
领域，尤其是一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机。

技术介绍

[0002]近年来，船舶推进器以其噪声小、损耗低以及可靠性高等优点受到国内外的广泛的关注。船舶推进系统一般用于驱动低速大转矩负载。目前，船舶推进器主要采用永磁同步电机或者永磁无刷直流电机。传统的永磁电机若要实现低速大转矩输出，一般采用增加定子的槽数和转子的极对数来增大电磁转矩，会导致电机成本增加，槽满率降低，从而增大电机的体积、降低电机的效率和转矩密度。此外，船舶推进电机通常是在水下复杂恶劣的环境中工作，因此容易发生电气故障，需要提高推进电机的安全可靠性。
[0003]与传统永磁电机相比，磁力变速电机属于磁场调制型电机，该类电机基于磁场调制原理工作，通过调磁齿对电枢磁场和永磁体磁场进行调制，使其相互耦合，实现低速大转矩输出。其主要的优点是减少电机的定子槽数，体积小，转矩密度高，从而降低电枢绕组的铜耗，提高电机的效率。为了进一步提高电机的可靠性和转矩密度，并且降低电机的转矩脉动，本专利技术提出了一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，该电机定子的辅助齿不仅具有调磁的作用，还可以相间隔离，从而提高电机的可靠性。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，其目的通过在定子插入辅助齿来实现相间隔离的作用，并且改变永磁的形状以及充磁方式获得正弦度更好的气隙磁通密度波形，从而提高电机电磁转矩。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，由外至内依次包括定子、外层气隙、外转子、内层气隙及内转子，所述定子包括定子轭铁，在定子轭铁的内侧设有多个槽，在槽的两侧设有调节齿，在槽的中部设有辅助齿，在辅助齿两侧的槽内设有电枢绕组。
[0006]优选的，所述外转子包括交错设置的外转子轭铁及外转子永磁体。
[0007]优选的，所述外转子永磁体为Spoke切向极化结构。
[0008]优选的，所述内转子包括内转子轭铁以及标贴安装于内转子轭铁上的内转子永磁体。
[0009]优选的，所述内转子永磁体采用偏心结构且其充磁方式为Halbach阵列充磁。从而实现向气隙侧聚磁的功能。
[0010]优选的，所述定子轭铁、调节齿及辅助齿为一个整体，且为硅钢片堆叠制成。
[0011]本专利技术提供一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，具有以下有益效果：
[0012]1、本专利技术所提供的带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，定子插入辅助齿，该辅助齿不仅具有调磁的作用，还具有相间隔离的作用，从而提高电机的可靠性。另外，该结构与传统型相比，定子槽数比较少，有利于降低电机的铜损。本专利技术所提供的带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，改进了转子永磁体的结构，内转子永磁体采用偏心结构且为Halbach阵列充磁方式，该充磁方式使得内外层气隙磁密幅值更高，并且波形正弦更高，谐波含量更少，有利于提高电机的转矩密度。
[0013]2、本专利技术所提供的带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，改进了转子永磁体的结构，内转子永磁体采用偏心结构且为Halbach阵列充磁，该充磁方式使得内外层气隙磁密幅值更高，并且波形正弦更高，谐波含量更少，有利于提高电机的转矩密度。利用Ansys Maxwell软件对内外层气隙磁密、内外转子的电磁转矩、空载反电动势，铜损和电感进行计算，并与传统型进行比较，本专利技术所提供的改进型的电磁性能都有明显的提高，适用于低速大转矩输出的船舶推进系统。
[0014]3、本专利技术所提供的带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，外转子采用Spoke结构，有利于电机结构稳定。另外，该结构有显著的聚磁效果，进而提高电机的转矩密度。
附图说明
[0015]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：
[0016]图1为本专利技术的结构示意图；
[0017]图2为本专利技术实施提供的内转子局部示意图；
[0018]图3为本专利技术定子轭铁内侧的结构示意图；
[0019]图4为本专利技术实施提供的9槽8极电枢绕组分相示意图；
[0020]图5为本专利技术实施提供的外层气隙磁密径向分量比较图；
[0021]图6为本专利技术实施提供的外层气隙磁密切向分量比较图；
[0022]图7为本专利技术实施提供的内层气隙磁密径向分量比较图；
[0023]图8为本专利技术实施提供的内层气隙磁密切向分量比较图；
[0024]图9为本专利技术实施提供的外层气隙径向谐波幅值比较图；
[0025]图10为本专利技术实施提供的外层气隙切向谐波幅值比较图；
[0026]图11为本专利技术实施提供的内层气隙径向谐波幅值比较图；
[0027]图12为本专利技术实施提供的内层气隙切向谐波幅值比较图；
[0028]图13为本专利技术实施提供的空载反电动势波形比较图；
[0029]图14为本专利技术实施提供的空载反电动势傅里叶分析比较图；
[0030]图15为本专利技术实施提供的瞬态转矩比较图；
[0031]图16为本专利技术实施提供的铜损比较图；
[0032]图17为本专利技术实施提供的改进型的电感图；
[0033]图18为本专利技术实施提供的传统型的电感图。
具体实施方式
[0034]如图1
‑
3所示，一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，其
特征在于：由外至内依次包括定子、外层气隙5、外转子、内层气隙7及内转子，所述定子包括定子轭铁1，在定子轭铁1的内侧设有多个槽10，在槽10的两侧设有调节齿3，在槽10的中部设有辅助齿4，在辅助齿4两侧的槽10内设有电枢绕组2。在定子插入辅助齿，该辅助齿不仅对电枢绕组产生的磁场进行调制，使其与外转子相互耦合，还具有相间隔离作用，从而提高电机的可靠性。
[0035]优选的，所述外转子包括交错设置的外转子轭铁及外转子永磁体6。
[0036]优选的，所述外转子永磁体6为Spoke切向极化结构。
[0037]优选的，所述内转子包括内转子轭铁9以及标贴安装于内转子轭铁9上的内转子永磁体。
[0038]优选的，所述内转子永磁体8采用偏心结构且其充磁方式为Halbach阵列充磁。从而实现向气隙侧聚磁的功能。
[0039]优选的，所述定子轭铁1、调节齿3及辅助齿4为一个整体，且为硅钢片堆叠制成。
[0040]优选的，如图4所示，所述电枢绕组2采用9槽8极的双层绕组。
[0041]调磁齿与辅助齿的总数为Nt、外转子永磁体6的极对数Pout以及内转子永磁体8的极对数Pin满足如下关系：Nt＝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，其特征在于：由外至内依次包括定子、外层气隙（5）、外转子、内层气隙（7）及内转子，所述定子包括定子轭铁（1），在定子轭铁（1）的内侧设有多个槽（10），在槽（10）的两侧设有调节齿（3），在槽（10）的中部设有辅助齿（4），在辅助齿（4）两侧的槽（10）内设有电枢绕组（2）。2.根据权利要求1所述一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，其特征在于：所述外转子包括交错设置的外转子轭铁及外转子永磁体（6）。3.根据权利要求2所述一种带辅助齿非均匀气隙Halbach阵列磁力变速磁场调制电机，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：井立兵，汤伟钊，刘威，饶颖颖，谭灿，王涛，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：