一种转子永磁双凸极电机

1.本发明属于电机领域，更具体地，涉及一种转子永磁双凸极电机。


背景技术：

2.在最近的20多年中，双凸极电机在磁路结构设计、电磁性能分析以及控制技术等方面都得到了迅猛的发展，使之在航空航天、电动汽车、风力发电等特殊领域率先得以应用。双凸极电机与开关磁阻电机结构类似，与传统的永磁同步电机相比，同样的输出功率所需的永磁体大大减少，双凸极电机转子上无绕组，结构简单坚固，无铜耗，能进行高速高效运行；与开关磁阻电机相比，其双边励磁均能输出功率的特点，使得其具有较高的功率密度和输出转矩。然而，目前普遍存在的定子永磁双凸极电机存在定子漏磁情况，导致永磁体利用率降低，电机成本增加。


技术实现要素：

3.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种转子永磁双凸极电机，由此解决现有的定子永磁双凸极电机存在定子漏磁的技术问题。
4.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种转子永磁双凸极电机，包括：定子、转子和转轴；其中，定子和转子均为凸极结构，转子固定在转轴上，定子在转子外部；
5.所述定子包括定子齿、定子轭部、定子辅助齿、定子绕组；
6.所述定子齿沿圆周方向均匀分布于定子轭部，定子齿与定子轭部之间形成定子槽；所述定子辅助齿沿圆周方向均匀分布于定子轭部，并将定子槽分为左、右两槽，所述左、右两槽放置有绕组；
7.所述转子包括转子齿、转子轭部及永磁体；
8.所述转子齿沿圆周方向均匀分布于转轴外侧；任意两相邻转子齿之间、靠近转轴侧放置有永磁体，所述永磁体均匀分布于转子轭部。
9.优选地，所述定子辅助齿的形状为矩形、三角形或梯形中的任一种。
10.优选地，所述定子辅助齿的长度小于或等于定子齿长度的2/3。
11.优选地，所述永磁体的排布方式为切向式、径向式、v形或w形中的任一种。
12.优选地，当所述定子齿数量为6、转子齿数量为4，且永磁体的排布方式为切向式时，永磁体数量为4。
13.优选地，所述定子齿数量与转子齿数量满足双凸极电机的设计规律；定子齿顶弧长小于或等于转子齿顶弧长。
14.优选地，所述任意两相邻转子齿之间填充有填充物，所述填充物靠近气隙侧的弧形与转子齿的齿顶平滑过渡。
15.优选地，所述永磁体两端的隔磁桥宽度h1和h2的范围均为1～2mm。
16.优选地，所述转子齿间填充物的密度小于所述转子齿的密度。
17.优选地，所述转子齿间填充物为橡胶或塑料。
18.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
19.1、本发明提供的转子永磁双凸极电机，在绕组间也即齿间，能够增强电机的散热能力，为进一步提高电机输出转矩密度有重要作用；另外，本发明的转子不同于目前普遍存在的定子永磁双凸极电机转子，转子铁芯上内嵌有永磁体，此种改进可以降低定子永磁双凸极电机定子侧漏磁，进而降低整个电机的漏磁，相当于提升了电机永磁材料的利用率，达到了节省成本，提高电机效率的效果。
20.2、本发明提供的转子永磁双凸极电机，在保证电机基本的电磁性能的同时，分别改进了定、转子铁芯结构，增强了电机散热能力，节约了永磁材料的切削量；通过在两相邻的定子齿之间增加小辅助齿，增强其两侧绕组的散热面积，为进一步提高电机输出转矩密度提供了一定保证；通过将永磁体从定子侧转移到转子侧，改善了定子漏磁情况，有利于改变气隙磁密波形，节省了永磁体材料。
21.3、本发明提供的转子永磁双凸极电机，任意两相邻转子齿之间填充有填充物，转子齿间填充物靠近气隙侧的弧形与转子齿的齿顶平滑过渡，转子齿顶与齿间填充物表面共同组成圆滑的转子表面，并将转子齿间填充物材料设置为低密度材料，可以在不改变电机转子转动惯量的前提下，减小电机中高速运行时风阻大小，降低风阻损耗，提高电机效率。
附图说明
22.图1是本发明提供的转子永磁双凸极电机的结构示意图之一；
23.图2是本发明提供的转子永磁双凸极电机的结构示意图之二。
24.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
25.1-定子轭部；2-定子辅助齿；3-定子绕组；4-转子齿；5-转轴；6-定子齿；7-永磁体；8-填充物。
具体实施方式
26.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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
27.本发明实施例提供一种转子永磁双凸极电机，如图1所示，包括：定子、转子和转轴5；其中，定子和转子均为凸极结构，转子固定在转轴上，定子在转子外部；
28.所述定子包括定子齿6、定子轭部1、定子辅助齿2、定子绕组3；
29.所述定子齿沿圆周方向均匀分布于定子轭部，定子齿与定子轭部之间形成定子槽；所述定子辅助齿沿圆周方向均匀分布于定子轭部，并将定子槽分为左、右两槽，所述左、右两槽放置有绕组。
30.具体地，定子包括定子轭部、定子齿、定子辅助齿以及定子绕组。
31.定子齿尖形状为以电机转轴圆心为圆心的圆弧。
32.两定子齿之间有一定子辅助齿，任意两相邻的定子齿通过定子轭部与定子辅助齿
相连，定子辅助齿将定子槽分为定子左槽和定子右槽，每一侧槽中放置有一定匝数的包有绝缘层的绕组。优选地，定子辅助齿材料为导热系数较高的材料。
33.所述转子包括转子齿4、转子轭部及永磁体7；
34.所述转子齿沿圆周方向均匀分布于转轴外侧；任意两相邻转子齿之间、靠近转轴侧放置有永磁体，所述永磁体均匀分布于转子轭部。
35.具体地，转子包括转子齿、转子轭和永磁体；转子铁芯包括转子齿和转子轭。
36.转子铁芯靠近转轴侧放置有永磁体，其位置在两转子齿之间，对称分布在转子铁芯轭部。
37.转子齿尖形状为在以电机转轴圆心为圆心的圆弧，转子齿尖形状可以在以电机转轴圆心为圆心的圆弧基础上做相应调整，改善气隙磁通密度波形。
38.进一步地，转子齿尖的弧形长度可通过有限元仿真确定，以改善气隙磁通密度波形，达到最佳的降低电机输出转矩脉动及电机振动噪声的效果。
39.定子辅助齿通过定子轭部与电机定子齿相连接，每一定子齿上绕制有集中绕组，这样的绕组结构能够有效减少绕组端部长度，降低电机铜耗，提高电机效率。
40.电机转轴为非导磁轴，如图2所示所述转子永磁双凸极电机转子永磁体呈切向式分布，其与靠近气隙侧和靠近转轴侧隔磁桥宽度有一定范围要求，以保证电机漏磁大小。
41.优选地，永磁体为n35sh材料。
42.优选地，所述定子辅助齿的形状为矩形、三角形或梯形中的任一种。
43.具体地，定子辅助齿形状可以为矩形、三角形、梯形，也可以为其他不规则形状。
44.优选地，所述定子辅助齿的长度小于或等于定子齿长度的2/3。
45.具体地，所述的定子辅助齿长度不超过定子齿的2/3。
46.优选地，所述永磁体对称分布在转轴外侧；所述永磁体的排布方式为切向式、径向式、v形或w形中的任一种。
47.具体地，所述永磁体对称分布在转子齿之间；所述永磁体的排布方式可以为切向式、径向式、v形以及w形等形状。
48.优选地，当所述定子齿数量为6、转子齿数量为4，且永磁体的排布方式为切向式时，永磁体数量为4。
49.优选地，所述定子齿数量与转子齿数量满足双凸极电机的设计规律；定子齿顶弧长小于或等于转子齿顶弧长。
50.具体地，转子齿对称分布在电机圆周，转子齿数与定子齿数满足一般双凸极电机设计规律，转子齿顶形状可以根据气隙磁密波形谐波含量进行相应更改。
51.定子齿顶弧长不超过转子齿顶弧长，
52.所述转子永磁双凸极电机为三相电机，分别有a-a
′
、b-b
′
和c-c
′
相绕组，采用集中绕组方式，对称分布于定子内圆表面。
53.优选地，所述任意两相邻转子齿之间填充有填充物8，所述填充物靠近气隙侧的弧形与转子齿的齿顶平滑过渡。
54.优选地，所述永磁体两端的隔磁桥宽度h1和h2的范围均为1～2mm。
55.具体地，所述永磁体两端的隔磁桥宽度h1和h2在1mm至2mm之间。
56.优选地，所述转子齿间填充物的密度小于所述转子齿的密度。
57.优选地，所述转子齿间填充物为橡胶或塑料。
58.具体地，转子齿间有用强力胶水或其他粘接剂连接的填充物，该填充物的材料可以为橡胶或塑料等低密度材料，其靠近气隙侧弧形与转子齿过渡平滑；转子齿顶与齿间填充物表面共同组成圆滑的转子表面，有效减小风阻大小。
59.转子齿间填充物设计为低密度材料，在不改变电机转子转动惯量的前提下，改善电机风路，提升电机效率。
60.所述填充物的密度要比转子铁芯小。
61.所述填充物的外侧形状应根据转子齿顶形状做相应调整，保证其弧形与转子齿过渡平滑，从而可以在不改变电机转子转动惯量的前提下，减小电机中高速运行时风阻大小，降低风阻损耗，提高电机效率。
62.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。