一种横向磁通永磁电机拓扑

摘要

本发明涉及一种永磁电机拓扑，尤其是涉及一种横向磁通永磁电机拓扑。一种横向磁通永磁电机拓扑，包括至少两层定子铁心以及设置在所述定子铁芯内的转子永磁磁极，所述转子为斜极，所述转子周向由多层定转子磁极组成，其中外层定子内部铁心和内层定子外部铁心共用一个过渡铁心，内外层磁路为串联。因此，本发明具有如下优点：解决了单层结构中由于内外径相差过大，造成的铁芯饱和及内圆安装空间紧张的问题，可以充分利用电机内部空间，特别适合直径较大的电机用以提高转矩密度；解决了原定子斜极C型结构定子难以采用叠片结构，造成电磁性能差的问题，提高了电机效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁电机拓扑，尤其是涉及一种横向磁通永磁电机拓扑。

背景技术

横向磁通永磁电机具有转矩密度高的特点，在低速推进和发电领域具有广阔的应用前景。在目前众多的横向磁通永磁电机拓扑中，以英国人提出的定子斜极C型结构兼有结构相对简单和转矩密度高的优点，并采用此结构制造了3MW样机以及设计了20MW样机方案。

目前的定子斜极C型结构有两个缺点：一是其定子铁芯两端必须扭斜一个极距，这种形状的铁芯磁极难以用硅钢片叠压制造，一般采用软铁经机械加工或由粉末软磁复合材料SMC压制而成，这两种材料的磁性能都比硅钢片差，SMC复合材料的磁导率只有硅钢片的10%，而软铁的涡流损耗较高，造成高导磁率和低铁耗难以兼得，电磁效果差；二是其定转子磁极都是在径向分层排列的，由于内外圆直径相差过大但极数相同，会造成内圆的极弧长度远小于外圆极弧长度，从而存在内圆铁芯饱和、安装空间紧张等问题。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题。提供了一种基于现有单层结构中由于内外径相差过大，造成的铁芯饱和及内圆安装空间紧张问题的新型拓扑解决方案，该拓扑方案可以充分利用电机内部空间，特别适合直径较大转矩密度要求高的永磁电机应用。提出了一种解决原定子斜极C型结构定子难以采用叠片结构，造成高导磁率和低铁耗难以兼得，电磁效果差等问题的解决方案。特别适合大直径高效率要求的横向磁通永磁电机应用。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种横向磁通永磁电机拓扑，包括至少两层定子铁芯以及设置在所述定子铁芯内的转子永磁磁极，所述转子为斜极，所述径向由多层定转子磁极组成，其中外层定子内部铁芯和内层定子外部铁芯共用一个过渡铁芯，内外层磁路为串联。

本发明在保证定转子磁极扭转错位一个极距的前提下，将原来的定子斜一个极距、转子不斜极改进为定子不斜极、转子斜一个极距的结构。这种转子斜极C型结构既保持C型结构简单可靠的优点，又能在定子铁芯部分采用叠片。这种结构的磁通有两个独立的分量即短路径分量和长路径分量，短路径磁通通过正对定子磁极的转子单块磁钢，而长路径磁通通过所有奇数磁钢和定子铁芯，其磁路特点与原定子斜极C型结构完全一样。从图1中可看到，定子磁极铁芯是一个矩形的C型（双层时为E型）铁芯，可以采用整体叠片结构。转子铁芯需要扭转一个磁极，但由于转子磁极只有轴向叠片一个方向，仍可以采用叠片结构。

作为优选，所述定子铁芯为三层，分别为外层、内层以及中间层，定子铁芯截面为E型，所述E型的定子铁芯的外层宽度大于内层较宽，其中间层为T型，所述的为外层、内层以及中间层定子铁芯共用一个轭部。

作为优选，所述定子铁芯相邻两层之间设置有转子磁极，分为外层转子磁极以及内层转子磁极，所述外层转子磁极以及内层转子磁极相互独立，上述外层、内层以及中间层定子铁芯和内、外层转子磁极共形成了沿径向的四个电磁气隙。

作为优选，还包括定子线圈，绕制在定子铁芯相邻两层之间。

作为优选，所述的定子铁芯为n+1层时，转子为n层，共形成沿径向2n个电磁气隙。

因此，本发明具有如下优点：解决了单层结构中由于内外径相差过大，造成的铁芯饱和及内圆安装空间紧张的问题，可以充分利用电机内部空间，特别适合直径较大的电机用以提高转矩密度；解决了原定子斜极C型结构定子难以采用叠片结构，造成电磁性能差的问题，提高了电机效率。

附图说明

图1为双层转子斜极C型结构二维结构图；

图2为双层转子斜极C型结构三维结构图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

图1为双层转子斜极C型拓扑二维结构图，图中， 1-定子外层磁极、 2-转子外层磁极、3-转子外层磁钢、4-定子中间层磁极、5-定子内层磁极、6-转子内层磁钢、7-转子内层磁极。所述转子为斜极，所述径向由多层定转子磁极组成，其中外层定子内部铁芯和内层定子外部铁芯共用一个过渡铁芯，内外层磁路为串联。

定子铁芯为三层，分别为外层、内层以及中间层，定子铁芯截面为E型，所述E型的定子铁芯的外层宽度大于内层较宽，其中间层为T型，所述的为外层、内层以及中间层定子铁芯共用一个轭部，定子E型铁芯可采用沿圆周方向叠片结构，采用两种冲片可形成T型效果。定子铁芯相邻两层之间设置有转子磁极，分为外层转子磁极以及内层转子磁极，所述外层转子磁极以及内层转子磁极相互独立，上述外层、内层以及中间层定子铁芯和内、外层转子磁极共形成了沿径向的四个电磁气隙，定子线圈，绕制在定子铁芯相邻两层之间。转子由扭斜一个极距的铁芯、倾斜放置的永磁体组成，转子磁极数是定子极数的两倍，转子铁芯可采用轴向叠片结构。双层转子间相互独立，内层转子磁极尺寸较小，三层定子磁极和双层转子磁极共形成了四个电磁气隙。

不失一般性的，定子铁芯可以为n+1层，转子相应的为n层，共形成沿周向2n个电磁气隙。