一種基于雙磁場調制效應的分離型交替極永磁電機制造技術

本發明專利技術公開了一種基于雙磁場調制效應的分離型交替極永磁電機。屬于電機設計領域，該電機由轉子鐵心、分離型永磁體、定子永磁體、定子鐵心和繞組組成，其特征在于轉子上采用分離型交替極永磁勵磁，其中，將基于電機初始設計的徑向充磁表貼永磁體沿其徑向中心線和周向中心線分離為三塊永磁體，一塊整寬度的外永磁體和兩塊半寬度等高的內永磁體，兩塊內永磁體以永磁體周向外側分離點為圓點向轉子內表面旋轉，可與外永磁體構成等腰梯形、矩形以及三角形

【技術實現步驟摘要】
一種基于雙磁場調制效應的分離型交替極永磁電機


[0001]本專利技術屬于電機設計領域，涉及了一種基于雙磁場調制效應的分離型交替極永磁電機。

技術介紹

[0002]現有技術中，發展新能源汽車產業是汽車產業轉型發展的主要方向的重要引擎，通過新能源汽車產業的發展，推動了交通電氣化和新能源汽車純電驅動轉型；而電機在現代工業中起著重要作用；此外，由于其理論上的零排放，電機在清潔能源系統中尤其受歡迎，如電動汽車和風力發電機，旨在解決能源危機和環境污染問題。
[0003]當前，具有高效率和高功率密度的永磁同步電機，可取代傳統電勵磁電機應用各個領域已被廣泛研究；目前，大部分電機驅動系統通常采用“電機+機械減速齒輪箱”的組合方式，實現整個電機系統的高轉矩輸出；然而，該方法會不可避免地帶來體積大、可靠性低、摩擦與噪聲大等一系列問題。為了解決以上這些問題，將磁齒輪效應引入永磁同步電機中，形成磁場調制電機。目前，磁場調制電機大多采用單邊永磁勵磁結構，包括轉子永磁結構和定子永磁結構。轉子永磁電機利用轉子永磁激勵產生的空間諧波經過定子側調制極調制后，再與通電后的電樞繞組產生的空間諧波相互作用，產生電磁轉矩；定子永磁電機利用定子永磁體激勵的磁場空間諧波首先由轉子調制極調制，然后與通電后的電樞磁場產生的空間諧波相互作用，以產生電磁轉矩。但傳統磁場調制電機采用單永磁勵磁，存在電機內部空間利用率低問題。
[0004]為了解決該問題，電機研究人員采用一種采用定子和轉子永磁共同勵磁的永磁電機結構，即雙磁場調制電機。該電機基于雙磁場調制效應，定、轉子永磁勵磁磁場分別由轉、定子鐵芯極調制，形成雙邊磁場調制，增加了工作諧波的數量及幅值，提高電機轉矩輸出能力。
[0005]本專利技術公開的一種基于雙磁場調制效應的分離型交替極永磁電機，該電機輸出轉矩大、內部空間利用率高、高轉矩密度以及永磁體利用率高。

技術實現思路

[0006]針對上述問題，本專利技術目的是為了進一步提高磁場調制電機的轉矩輸出能力，本專利技術在探索新型轉子永磁陣列和雙磁場調制電機等技術的基礎上，公開了一種基于雙磁場調制效應的分離型交替極永磁電機；
[0007]所述轉子上采用分離型交替極永磁勵磁，其中，將基于電機初始設計的徑向充磁表貼永磁體沿其徑向中心線和周向中心線分離為三塊永磁體，即一塊整寬度的外永磁體和兩塊半寬度等高的內永磁體，兩塊內永磁體以永磁體周向外側分離點為圓點向轉子內表面旋轉角度數值根據初始設計需要的最佳氣隙磁場分布計算求得且小于90度，以保證聚磁和磁場調節能力，降低氣隙磁場諧波畸變率；
[0008]通過轉子上永磁勵磁磁場與定子上永磁勵磁磁場分別被定子齒和轉子鐵心調制
后與電樞繞組耦合，在氣隙磁場內基于雙磁場調制效應進行機電能量轉換；
[0009]本專利技術具有轉子永磁勵磁能力強，氣隙磁場內工作諧波數量多、幅值高的特點，并且基于雙磁場調制效應，電機具有高輸出轉矩、高轉矩密度、高空間利用率、高效率、高功率因數、低諧波畸變率、低齒槽轉矩、低轉矩脈動等優點，適用于電動汽車、多電飛機驅動等要求高輸出轉矩、高效率的場合具有良好的發展前景。
[0010]本專利技術的技術方案：本專利技術所述的一種基于雙磁場調制效應的分離型交替極永磁電機，包括轉子及定子；
[0011]所述轉子包括轉軸、軸承、轉子鐵心、分離型永磁體及轉子鐵心極，
[0012]所述定子包括定子永磁體、定子齒頂、定子鐵心及電樞繞組；
[0013]所述定子采用定子永磁與定子齒頂構成的定子交替極永磁結構，輔助勵磁并調節電機內磁場分布；
[0014]轉子上采用分離型交替極永磁勵磁，其中，將基于電機初始設計的徑向充磁表貼永磁體沿其徑向中心線和周向中心線分離為三塊永磁體，一塊整寬度的外永磁體和兩塊半寬度等高的內永磁體，兩塊內永磁體以表貼式永磁體周向外側分離點為圓點向轉子內表面旋轉角度數值根據初始設計需要的最佳氣隙磁場分布計算求得且小于90度，以保證聚磁和磁場調節能力，降低氣隙磁場諧波畸變率；
[0015]通過定子側永磁勵磁磁場(定子永磁體)及轉子側永磁勵磁磁場(外永磁體)分別由轉子鐵心極與定子齒頂調制，形成雙邊磁場調制，增加了工作諧波的數量及幅值，提高電機轉矩輸出能力。
[0016]所述轉子兩塊內永磁體以表貼式永磁體周向外側分離點為圓點向轉子內表面旋轉，該分離點在徑向上距表貼式永磁體上下表面距離大于永磁體高度的1/4，在周向上距表貼式永磁體周向中心線距離大于永磁體寬度的1/8。
[0017]進一步地，兩塊內永磁體以永磁體周向外側分離點為圓點向轉子內表面旋轉角度數值根據初始設計需要的最佳氣隙磁場分布計算求得且小于90度，以保證聚磁和磁場調節能力，降低氣隙磁場諧波畸變率。
[0018]進一步地，兩塊內永磁體寬度必須相等，兩塊內永磁體的最大寬度數值為外永磁體寬度，最小寬度為外永磁體寬度的1/8。
[0019]進一步地，分離點在表貼式永磁體周向外側，內永磁體旋轉角度小于90度，分離型永磁體為等腰梯形結構；
[0020]分離點在表貼式永磁體周向外側，內永磁體旋轉角度等于90度，分離型永磁體為矩形結構；
[0021]分離點不在永磁體周向外側，內永磁體旋轉角度小于90度，分離型永磁體為三角形
?
矩形結構。
[0022]所述定子永磁與定子齒頂構成定子交替極永磁結構，輔助勵磁并調節電機內磁場分布；分離型永磁體與轉子鐵心極構成轉子交替極永磁結構，作為主勵磁源建立電機內主磁路；
[0023]轉子上永磁勵磁磁場(內永磁體)與定子上永磁勵磁磁場(定子永磁體)分別被定子齒和轉子鐵心極調制后與電樞繞組耦合，在氣隙磁場內基于雙磁場調制效應進行機電能量轉換；
[0024]由于具有上述兩層調制效應，所以該電機具有比傳統的單磁場調制電機更高的工作諧波幅值。
[0025]進一步地，根據磁場調制理論，當給電樞繞組注入三相正弦交變電流使之產生一個極對數為P
a
的空間電樞磁場時，轉子表貼式永磁體極對數為P
r
，定子永磁體極對數為P
s
，轉子鐵心極的數量N
r
，定子鐵心極的數量N
s
，滿足以下關系式：P
a
＝|P
r
?
P
s
|，P
s
＝N
s
，P
r
＝N
r
。
[0026]本專利技術的有益效果是：本專利技術的特點是：1、在單磁場調制電機的基礎上，通過在定子槽口處施加永磁體，具有緊湊的電機拓撲結構，進一步提高了電機內部空間利用率；2、定子交替極永磁陣列與轉子交替極永磁陣列的相對運動，通過雙磁場調制效應增加了工作諧波幅值，提高了氣隙磁場利用率，降低了漏磁通，從而進一步提升轉矩密度；3、轉子內置式永磁陣列組成主磁路，氣隙磁密高，諧波畸變小，機電能量轉換率高；4、定子電樞采用分數槽集中繞組的連接方式，電機具有損耗低、效率高，繞組端本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于雙磁場調制效應的分離型交替極永磁電機，其特征在于，包括轉子(1)及定子(2)；所述轉子(1)包括轉子鐵心(101)及安設在轉子鐵心(101)上的若干個分離型永磁體(102)；所述定子(2)包括定子永磁體(201)、定子齒頂(202)、定子鐵心(203)及電樞繞組(204)；所述分離型永磁體(102)是將一塊徑向充磁的表貼式永磁體沿其徑向中心線和周向中心線共分離為三塊永磁體，即一塊整寬度的外永磁體(102
?
1)和兩塊半寬度等高的內永磁體(102
?
2)；其中，兩塊所述的內永磁體(102
?
2)以表貼式永磁體周向外側分離點為圓點向轉子(1)內表面旋轉，旋轉后的內永磁體(102
?
2)可與外永磁體(102
?
1)構成等腰梯形、矩形以及三角形
?
矩形組合等結構的分離型永磁體結構；兩塊所述的內永磁體(102
?
2)通過排布形成優化的聚磁結構，該結構勵磁方向與外永磁體(102
?
1)相同。2.根據權利要求1所述的一種基于雙磁場調制效應的分離型交替極永磁電機，其特征在于，兩塊所述內永磁體(102
?
2)以表貼式永磁體周向外側分離點為圓點向轉子(1)內表面旋轉角度數值小于90度。3.根據權利要求1所述的一種基于雙磁場調制效應的分離型交替極永磁電機，其特征在于，所述的分離點在徑向上距表貼式永磁體上下表面距離大于表貼式永磁體高度的1/4，在周向上距表貼式永磁體周向中心線距離大于表貼式永磁體寬度的1/8；當分離點在表貼式永磁體周向外側，內永磁體(102
?
2)旋轉角度小于90度，則分離型永磁體(102)為等腰梯形結構；當分離點在表貼式永磁體周向外側，內永磁體(102
?
2)旋轉角度等于90度，則分離型永磁體(102)為矩形結構；當分離點不在表貼式永磁體周向外側，內永磁體(102
?
2)旋轉角度小于90度，則...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王海濤，張宇，朱恒，丁樹業，
申請(專利權)人：南京師范大學，
類型：發明
國別省市：