一种新型分裂齿模块化双调制磁场调制永磁电机

摘要

本发明公开了一种新型分裂齿模块化双调制磁场调制永磁电机，包括：定子铁芯、定子永磁体，多个定子永磁体沿所述定子铁芯的周向均匀布置，并且定子永磁体与定子铁芯固定连接；转子铁芯，转子铁芯同轴转动内置于所述定子铁芯；转子永磁体，转子永磁体为多个，多个转子永磁体沿所述转子铁芯的周向均匀布置，并且所述转子永磁体与所述转子铁芯固定连接。本发明所设计的结构在定子、转子上都放置永磁体，同时定子与转子的永磁体和铁齿互相依据磁场调制电机的原理形成工作磁密进行机电能量转换。由于双边磁场调制原理的采用，电机转矩密度得到提升。同时由于电机定子中各相绕组磁路不存在耦合，消除了各绕组之间的相间互感，增强了电机容错性能。

说明书

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，具体涉及一种新型分裂齿模块化双调制磁场调制永磁电机。

背景技术

随着稀土永磁材料和电力电子技术的迅猛发展，永磁电机越来越受到广泛的关注。磁通反向永磁同步电机突破了传统意义上转子永磁型电机在拓扑结构、散热能力、调速能力等方面的技术问题，成为了伺服电机领域新的宠儿。有别于一般的永磁同步电机，磁通反向式电机将永磁体直接安装在定子测，大大减少了加工难度，增加了机械强度，且永磁体直接与定子铁心接触，热量能够有效的传导出，增加了热冗余度。然而，磁通反向式电机也存在诸多缺点，由于永磁体固定在定子上，故部分磁力线趋向于沿铁心闭合，从而导致较大漏磁场，使得电机的转矩密度降低，影响电机的整体工作性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种新型分裂齿模块化双调制磁场调制永磁电机，解决背景技术中提出的至少一个技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种新型分裂齿模块化双调制磁场调制永磁电机，包括：

定子铁芯；

定子永磁体，所述定子永磁体为多个，多个所述定子永磁体沿所述定子铁芯的周向均匀布置，并且所述定子永磁体与所述定子铁芯固定连接；

转子铁芯，所述转子铁芯同轴转动内置于所述定子铁芯；

转子永磁体，所述转子永磁体为多个，多个所述转子永磁体沿所述转子铁芯的周向均匀布置，并且所述转子永磁体与所述转子铁芯固定连接。

进一步的，所述定子铁芯包括多个圆周阵列布置的定子铁芯轭部，所述定子铁芯轭部为圆弧形，所述定子铁芯轭部的圆周方向的两端均沿其径向向内延伸形成定子铁芯大齿，每个所述定子铁芯大齿远离所述定子铁芯轭部的一端均设置有若干个定子铁芯分裂齿，每两个相邻的所述定子铁芯分裂齿之间的齿槽内均内嵌有一所述定子永磁体。

进一步的，所述转子铁芯的外周面设置有多个沿其周向均匀布置的转子铁芯齿，每两个相邻的所述转子铁芯齿之间的齿槽内均内嵌有一转子永磁体。

进一步的，所述的新型分裂齿模块化双调制磁场调制永磁电机还包括电枢绕组，所述电枢绕组为若干相，每项所述电枢绕组均单独环绕于一所述定子铁芯大齿。

进一步的，所述电枢绕组为若干相，每项所述电枢绕组均单独环绕于一所述定子铁芯轭部。

进一步的，所述定子永磁体与其相邻的所述转子永磁体充磁方向相同。

进一步的，各所述定子铁芯大齿上的所述定子铁芯分裂齿的个数相同，所述转子永磁体的磁场极对数与所述电枢绕组的极对数满足如下关系：Pa＝|Pm±Ns|，其中，Pm为所述转子永磁体的磁场极对数，Ns为一个所述定子铁芯大齿上的所述定子铁芯分裂齿的个数，Pa为所述电枢绕组的磁场极对数。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：本发明内容所提出的结构中，通过定子、转子两套永磁体的相互配合，形成双磁场调制效应，以达到提高转矩密度的作用，为追求更高电磁性能成为可能。

附图说明

图1是本发明提供的新型分裂齿模块化双调制磁场调制永磁电机一种实施方式的立体结构示意图；

图2是本发明提供的新型分裂齿模块化双调制磁场调制永磁电机一种实施方式的断面结构示意图；

图3是本发明提供的若干种可应用于本发明中的定子铁芯分裂齿的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1、图2、图3，本实施例提供了一种新型分裂齿模块化双调制磁场调制永磁电机，包括：定子铁芯、定子永磁体1、转子铁芯2、转子永磁体3。

所述定子永磁体1为多个，多个所述定子永磁体1沿所述定子铁芯的周向均匀布置，并且所述定子永磁体1与所述定子铁芯固定连接，所述转子铁芯2同轴转动内置于所述定子铁芯，所述转子永磁体3为多个，多个所述转子永磁体3沿所述转子铁芯2的周向均匀布置，并且所述转子永磁体3与所述转子铁芯2固定连接，上述结构，通过定子、转子两套永磁体的相互配合，形成双磁场调制效应，以达到提高转矩密度的作用，为追求更高电磁性能成为可能。

具体的，所述定子铁芯包括多个圆周阵列布置的定子铁芯轭部4，所述定子铁芯轭部4为圆弧形，所述定子铁芯轭部4的圆周方向的两端均沿其径向向内延伸形成定子铁芯大齿5，每个所述定子铁芯大齿5远离所述定子铁芯轭部4的一端均设置有若干个定子铁芯分裂齿6，每两个相邻的所述定子铁芯分裂齿6之间的齿槽内均内嵌有一所述定子永磁体1，所述转子铁芯2的外周面设置有多个沿其周向均匀布置的转子铁芯齿7，每两个相邻的所述转子铁芯齿7之间的齿槽内均内嵌有一转子永磁体3，所述定子铁芯与所述转子铁芯2之间预设有气隙，预设的气隙的大小可以根据实际磁场需要确定，本发明实施例不做唯一性限定。

定子铁心上的定子铁心分裂齿6作为转子永磁体3的调制块，转子铁芯2上的转子铁心齿7作为定子永磁体1的调制块，分别依据磁场调制电机原理对永磁磁场进行调制，共同为有效的气隙磁场做出贡献。因此，本发明提升了传统磁通反向永磁电机的转矩密度，相当于一个交替极磁通反向电机与一个交替极游标永磁直线电机叠加，实现了电机推力密度的提升。

所述的新型分裂齿模块化双调制磁场调制永磁电机还包括电枢绕组8，所述电枢绕组8为若干相，每项所述电枢绕组8均单独环绕于一所述定子铁芯大齿5。另一种实施方式中(图中未示出)，所述电枢绕组8为若干相，每项所述电枢绕8均单独环绕于一所述定子铁芯轭部4。

本实施例中，所述定子永磁体1与其相邻的所述转子永磁体3充磁方向相同，具体的，相邻的定子永磁体1和转子永磁体3拥有相同的充磁方向，同为北极或同为南极，并且为交替极结构。

或者，置于定子铁芯与转子铁芯2的永磁体可以是单一充磁方向的永磁体，也可以由若干块采用海尔贝克阵列充磁的永磁体阵列组成，具体采用何种实现方式，本发明实施例不做唯一性限定。本实施例中的定子铁芯、转子铁芯2均为圆周阵列结构，各所述定子铁芯大齿5上的所述定子铁芯分裂齿6的个数相同，所述转子永磁体2的磁场极对数与所述电枢绕组8的极对数满足如下关系：Pa＝|Pm±Ns|，其中，Pm为所述转子永磁体3的磁场极对数(即有效部分对应的永磁体极对数)，Ns为一个所述定子铁芯大齿5上的所述定子铁芯分裂齿6的个数，Pa为所述电枢绕组8的磁场极对数。

所述电枢绕组8分若干相(如三相、五相等)。每相绕组环绕于单独的定子铁心上。不同相绕组对应的不同定子铁心拥有相同的几何外形，因此该电机利于实现模块化生产制造，电机各相电枢绕组8间距(也即各电机模块间距)与电机相数一一配合，(如三相电机相间距为(2τ/3+2kτ)，五相电机相间距为(2τ/5+2kτ)等，k＝1，2，3…)，τ为次级永磁体极距。

其中，因电机结构实现每相磁路独立，易于实现多相(五相、九相等)模块化电机结构。电机所分相数越多，驱动器单相所承担功率越小，便于降低相应半导体开关管的电压、电流要求和设计难度。

在一个可选的实施方式中，同一定子铁芯轭部4的两定子铁芯大齿5间距为(2Ns－1+2k)τ，其中，Ns为每一定子铁心大齿5上定子铁心分裂齿6的个数，k为任意非负整数，τ为转子永磁体极距。

本发明实施例中每个所述定子铁芯大齿5上的定子铁芯分裂齿数不限于为3，可以是2、3、4等任意一种定子铁芯分裂齿数，定子铁芯分裂齿数主要影响磁场调制电机的极比进而影响电机性能。对不同裂比(电机转子半径与电机外径之比)的电机，其最佳极比不同，因而适用的最佳分裂齿数也不同，本领域技术人员可以适应性调整。

本发明所提供的电机的典型应用可以包括但不限于力矩电机、伺服系统、风力发电机等需要大转矩密度和高容错控制的旋转运动的场合。

本发明所提出的结构中，各相绕组分别环绕于独立的定子铁心，各相对应的定子铁心在磁路上独立，不存在耦合，因而各相绕组自感、互感基本平衡对称。此外，本发明所提出的结构定子铁芯、转子铁芯2双边均放置永磁体(定子永磁体1、转子永磁体3)，同时定子铁心上的定子铁心分裂齿6、转子铁芯2上的转子铁心齿7又分别作为转子永磁体3、定子永磁体1的调制块，分别依据磁场调制电机原理对永磁磁场进行调制，共同为有效气隙磁场做出贡献。因此，本发明提升了传统磁通反向永磁电机的转矩密度。

由于定子铁芯分裂齿6、转子铁芯齿7分别作为转子永磁体3、定子永磁体1所对应的调制块，依据游标电机磁场调制的基本原理，转子永磁体3和定子铁芯分裂齿6组成一个游标永磁电机，并与电枢绕组8进行耦合并产生电磁能量转换；定子永磁体1和转子铁芯齿7组成一个磁通反向永磁电机。本发明实施例所设计电机结构中的电机气隙用于传递能量的有效磁场得到加强，电机的空载反电势、推力密度等性能得到提高。

通过以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明所提出的电机结构实现电机各相绕组、磁路独立，具有较高的容错能力，即一相故障对其余相绕组的影响较小。

(2)本发明所提出的电机结构采用模块化定子铁心，各模块所采用的铁心结构完全相同，便于生产制造。

(3)本发明所提出的电机结构采用分裂齿的结构增强每相磁路的有效磁通，从而增强了电机电磁性能。

(4)本发明所提出的电机结构采用定子、转子都放置永磁体的方式，相当于一个交替极磁通反向电机与一个交替极游标永磁直线电机叠加，实现了电机推力密度的提升。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。