一种基于双磁场调制效应的分离型交替极永磁电机制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双磁场调制效应的分离型交替极永磁电机。属于电机设计领域，该电机由转子铁心、分离型永磁体、定子永磁体、定子铁心和绕组组成，其特征在于转子上采用分离型交替极永磁励磁，其中，将基于电机初始设计的径向充磁表贴永磁体沿其径向中心线和周向中心线分离为三块永磁体，一块整宽度的外永磁体和两块半宽度等高的内永磁体，两块内永磁体以永磁体周向外侧分离点为圆点向转子内表面旋转，可与外永磁体构成等腰梯形、矩形以及三角形

【技术实现步骤摘要】
一种基于双磁场调制效应的分离型交替极永磁电机


[0001]本专利技术属于电机设计领域，涉及了一种基于双磁场调制效应的分离型交替极永磁电机。

技术介绍

[0002]现有技术中，发展新能源汽车产业是汽车产业转型发展的主要方向的重要引擎，通过新能源汽车产业的发展，推动了交通电气化和新能源汽车纯电驱动转型；而电机在现代工业中起着重要作用；此外，由于其理论上的零排放，电机在清洁能源系统中尤其受欢迎，如电动汽车和风力发电机，旨在解决能源危机和环境污染问题。
[0003]当前，具有高效率和高功率密度的永磁同步电机，可取代传统电励磁电机应用各个领域已被广泛研究；目前，大部分电机驱动系统通常采用“电机+机械减速齿轮箱”的组合方式，实现整个电机系统的高转矩输出；然而，该方法会不可避免地带来体积大、可靠性低、摩擦与噪声大等一系列问题。为了解决以上这些问题，将磁齿轮效应引入永磁同步电机中，形成磁场调制电机。目前，磁场调制电机大多采用单边永磁励磁结构，包括转子永磁结构和定子永磁结构。转子永磁电机利用转子永磁激励产生的空间谐波经过定子侧调制极调制后，再与通电后的电枢绕组产生的空间谐波相互作用，产生电磁转矩；定子永磁电机利用定子永磁体激励的磁场空间谐波首先由转子调制极调制，然后与通电后的电枢磁场产生的空间谐波相互作用，以产生电磁转矩。但传统磁场调制电机采用单永磁励磁，存在电机内部空间利用率低问题。
[0004]为了解决该问题，电机研究人员采用一种采用定子和转子永磁共同励磁的永磁电机结构，即双磁场调制电机。该电机基于双磁场调制效应，定、转子永磁励磁磁场分别由转、定子铁芯极调制，形成双边磁场调制，增加了工作谐波的数量及幅值，提高电机转矩输出能力。
[0005]本专利技术公开的一种基于双磁场调制效应的分离型交替极永磁电机，该电机输出转矩大、内部空间利用率高、高转矩密度以及永磁体利用率高。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术目的是为了进一步提高磁场调制电机的转矩输出能力，本专利技术在探索新型转子永磁阵列和双磁场调制电机等技术的基础上，公开了一种基于双磁场调制效应的分离型交替极永磁电机；
[0007]所述转子上采用分离型交替极永磁励磁，其中，将基于电机初始设计的径向充磁表贴永磁体沿其径向中心线和周向中心线分离为三块永磁体，即一块整宽度的外永磁体和两块半宽度等高的内永磁体，两块内永磁体以永磁体周向外侧分离点为圆点向转子内表面旋转角度数值根据初始设计需要的最佳气隙磁场分布计算求得且小于90度，以保证聚磁和磁场调节能力，降低气隙磁场谐波畸变率；
[0008]通过转子上永磁励磁磁场与定子上永磁励磁磁场分别被定子齿和转子铁心调制
后与电枢绕组耦合，在气隙磁场内基于双磁场调制效应进行机电能量转换；
[0009]本专利技术具有转子永磁励磁能力强，气隙磁场内工作谐波数量多、幅值高的特点，并且基于双磁场调制效应，电机具有高输出转矩、高转矩密度、高空间利用率、高效率、高功率因数、低谐波畸变率、低齿槽转矩、低转矩脉动等优点，适用于电动汽车、多电飞机驱动等要求高输出转矩、高效率的场合具有良好的发展前景。
[0010]本专利技术的技术方案：本专利技术所述的一种基于双磁场调制效应的分离型交替极永磁电机，包括转子及定子；
[0011]所述转子包括转轴、轴承、转子铁心、分离型永磁体及转子铁心极，
[0012]所述定子包括定子永磁体、定子齿顶、定子铁心及电枢绕组；
[0013]所述定子采用定子永磁与定子齿顶构成的定子交替极永磁结构，辅助励磁并调节电机内磁场分布；
[0014]转子上采用分离型交替极永磁励磁，其中，将基于电机初始设计的径向充磁表贴永磁体沿其径向中心线和周向中心线分离为三块永磁体，一块整宽度的外永磁体和两块半宽度等高的内永磁体，两块内永磁体以表贴式永磁体周向外侧分离点为圆点向转子内表面旋转角度数值根据初始设计需要的最佳气隙磁场分布计算求得且小于90度，以保证聚磁和磁场调节能力，降低气隙磁场谐波畸变率；
[0015]通过定子侧永磁励磁磁场(定子永磁体)及转子侧永磁励磁磁场(外永磁体)分别由转子铁心极与定子齿顶调制，形成双边磁场调制，增加了工作谐波的数量及幅值，提高电机转矩输出能力。
[0016]所述转子两块内永磁体以表贴式永磁体周向外侧分离点为圆点向转子内表面旋转，该分离点在径向上距表贴式永磁体上下表面距离大于永磁体高度的1/4，在周向上距表贴式永磁体周向中心线距离大于永磁体宽度的1/8。
[0017]进一步地，两块内永磁体以永磁体周向外侧分离点为圆点向转子内表面旋转角度数值根据初始设计需要的最佳气隙磁场分布计算求得且小于90度，以保证聚磁和磁场调节能力，降低气隙磁场谐波畸变率。
[0018]进一步地，两块内永磁体宽度必须相等，两块内永磁体的最大宽度数值为外永磁体宽度，最小宽度为外永磁体宽度的1/8。
[0019]进一步地，分离点在表贴式永磁体周向外侧，内永磁体旋转角度小于90度，分离型永磁体为等腰梯形结构；
[0020]分离点在表贴式永磁体周向外侧，内永磁体旋转角度等于90度，分离型永磁体为矩形结构；
[0021]分离点不在永磁体周向外侧，内永磁体旋转角度小于90度，分离型永磁体为三角形
‑
矩形结构。
[0022]所述定子永磁与定子齿顶构成定子交替极永磁结构，辅助励磁并调节电机内磁场分布；分离型永磁体与转子铁心极构成转子交替极永磁结构，作为主励磁源建立电机内主磁路；
[0023]转子上永磁励磁磁场(内永磁体)与定子上永磁励磁磁场(定子永磁体)分别被定子齿和转子铁心极调制后与电枢绕组耦合，在气隙磁场内基于双磁场调制效应进行机电能量转换；
[0024]由于具有上述两层调制效应，所以该电机具有比传统的单磁场调制电机更高的工作谐波幅值。
[0025]进一步地，根据磁场调制理论，当给电枢绕组注入三相正弦交变电流使之产生一个极对数为P
a
的空间电枢磁场时，转子表贴式永磁体极对数为P
r
，定子永磁体极对数为P
s
，转子铁心极的数量N
r
，定子铁心极的数量N
s
，满足以下关系式：P
a
＝|P
r
‑
P
s
|，P
s
＝N
s
，P
r
＝N
r
。
[0026]本专利技术的有益效果是：本专利技术的特点是：1、在单磁场调制电机的基础上，通过在定子槽口处施加永磁体，具有紧凑的电机拓扑结构，进一步提高了电机内部空间利用率；2、定子交替极永磁阵列与转子交替极永磁阵列的相对运动，通过双磁场调制效应增加了工作谐波幅值，提高了气隙磁场利用率，降低了漏磁通，从而进一步提升转矩密度；3、转子内置式永磁阵列组成主磁路，气隙磁密高，谐波畸变小，机电能量转换率高；4、定子电枢采用分数槽集中绕组的连接方式，电机具有损耗低、效率高，绕组端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双磁场调制效应的分离型交替极永磁电机，其特征在于，包括转子(1)及定子(2)；所述转子(1)包括转子铁心(101)及安设在转子铁心(101)上的若干个分离型永磁体(102)；所述定子(2)包括定子永磁体(201)、定子齿顶(202)、定子铁心(203)及电枢绕组(204)；所述分离型永磁体(102)是将一块径向充磁的表贴式永磁体沿其径向中心线和周向中心线共分离为三块永磁体，即一块整宽度的外永磁体(102
‑
1)和两块半宽度等高的内永磁体(102
‑
2)；其中，两块所述的内永磁体(102
‑
2)以表贴式永磁体周向外侧分离点为圆点向转子(1)内表面旋转，旋转后的内永磁体(102
‑
2)可与外永磁体(102
‑
1)构成等腰梯形、矩形以及三角形
‑
矩形组合等结构的分离型永磁体结构；两块所述的内永磁体(102
‑
2)通过排布形成优化的聚磁结构，该结构励磁方向与外永磁体(102
‑
1)相同。2.根据权利要求1所述的一种基于双磁场调制效应的分离型交替极永磁电机，其特征在于，两块所述内永磁体(102
‑
2)以表贴式永磁体周向外侧分离点为圆点向转子(1)内表面旋转角度数值小于90度。3.根据权利要求1所述的一种基于双磁场调制效应的分离型交替极永磁电机，其特征在于，所述的分离点在径向上距表贴式永磁体上下表面距离大于表贴式永磁体高度的1/4，在周向上距表贴式永磁体周向中心线距离大于表贴式永磁体宽度的1/8；当分离点在表贴式永磁体周向外侧，内永磁体(102
‑
2)旋转角度小于90度，则分离型永磁体(102)为等腰梯形结构；当分离点在表贴式永磁体周向外侧，内永磁体(102
‑
2)旋转角度等于90度，则分离型永磁体(102)为矩形结构；当分离点不在表贴式永磁体周向外侧，内永磁体(102
‑
2)旋转角度小于90度，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海涛，张宇，朱恒，丁树业，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：