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CN106787306B - 一种径向分段模块化的开关磁通盘式电机 - Google Patents

一种径向分段模块化的开关磁通盘式电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种径向分段模块化的开关磁通盘式电机，所述开关磁通盘式电机包括：转子结构包括转子盘、两组转子凸极组，两组转子凸极组在周向上错开设定角度；定子结构包括两个同轴设置且成径向分段的定子盘；各定子盘包括k个定子模块，各定子模块包括m个定子单元和m个连接块；各定子单元包括永磁体、第一层叠段和第二层叠段；第一层叠段和第二层叠段上开设有定子槽；定子槽内设置绕组结构；永磁体设置在第一层叠段与第二层叠段之间，两个定子盘中径向正对的两段永磁体极性相反；通过两组转子凸极组周向相错的角度与两个定子盘中永磁体极性分布的配合，在保证平均输出转矩前提下降低齿槽转矩和转矩波动中的奇次谐波，削弱反电势中的偶次谐波。

Description

一种径向分段模块化的开关磁通盘式电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种径向分段模块化的开关磁通盘式电机。
背景技术
在有槽电机中，由于永磁体和定子齿槽之间的相互作用，不可避免地产生齿槽转矩，引起转矩波动，带来振动和噪声。因而，在高性能的永磁电机分析设计中，齿槽转矩的抑制必须予以高度重视。抑制齿槽转矩的主要方法有永磁体斜极、极弧系数优化、永磁磁极偏移、永磁体极距调整、斜槽等；对于传统表贴式轴向永磁电机，改变永磁体结构形式较为容易实现。
近年来，盘式永磁电机因其结构紧凑、效率高、功率密度大等优点获得研究人员越来越多的关注。开关磁通电机由于高转矩密度、高功率密度的优点，其与结构紧凑的盘式电机结合形成开关磁通盘式电机，特别适合要求高转矩密度和空间紧凑的场合。由于开关磁通电机固有的双凸极结构和高聚磁作用，其齿槽转矩和转矩波动尤其明显。对于开关磁通盘式电机，采用斜槽削弱齿槽转矩无疑会增加电机制造成本；通过选取合适的永磁体结构形式能够在很大程度上实现对齿槽转矩的抑制，但同时反电动势和平均转矩会有一定程度的减小。
发明内容
本发明的目的是提供一种径向分段模块化的开关磁通盘式电机通过两组转子凸极组周向相错的角度与两个定子单元中永磁体极性分布的配合，在保证平均输出转矩前提下降低齿槽转矩和转矩波动中的奇次谐波，削弱反电势中的偶次谐波。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种径向分段模块化的开关磁通盘式电机，所述开关磁通盘式电机包括转子结构2、定子结构1及绕组结构；其中，
所述转子结构2包括转子盘2-3、两组转子凸极组，两组所述转子凸极组同轴设置且成径向分段固定在所述转子盘2-3上，且两组所述转子凸极组在周向上错开设定角度；
所述定子结构1包括两个同轴设置且成径向分段的定子盘，各所述定子盘对应所述转子凸极组设置；
各所述定子盘分别包括k个定子模块，，各所述定子模块环绕成圆形；各所述定子模块分别包括m个定子单元1-1以及设置在相邻两个所述定子单元1-1之间的连接块1-4；其中，k为大于等于1的整数，m为大于等于3的整数；
各所述定子单元1-1包括永磁体1-5、两个第一层叠段1-2和设置在两个所述第一层叠段1-2间的第二层叠段1-3；所述第一层叠段1-2上开设有一个定子槽1-6，所述第二层叠段1-3上开设有两个定子槽1-6，且各所述定子槽1-6的开口朝向所述转子凸极组；所述永磁体1-5设置在所述第一层叠段1-2与第二层叠段1-3之间，两个所述定子盘中径向正对的两段永磁体1-5的极性相反；
所述绕组结构包括k个绕组模块，各所述绕组模块包括m个绕组单元3，m个所述绕组单元3具体为m相绕组；各所述绕组单元3分别包括两个绕组线圈；所述两个绕组线圈分别嵌入在各所述定子盘中对应的定子单元上的四个所述定子槽1-6内。
可选的，两组所述转子凸极组分别包括多个周向均匀排布的转子凸极，所述设定角度为所述转子凸极的极距所对应圆心角的一半。
可选的，同一所述定子单元1-1中的两段永磁体1-5沿周向的充磁方向相反，且所述连接块1-4两侧的两段永磁体1-5沿周向的充磁方向相反。
可选的，同一所述定子结构1中的两个所述定子盘的面积相等。
可选的，所述永磁体1-5的材质为钕铁硼、钐钴及铁氧体中至少一者。
可选的，所述连接块1-4的材质为非导磁材料。
可选的，所述开关磁通盘式电机扩展成双转子结构，其中转子结构2的数量为两个，所述定子结构1的数量为一个，且两个所述转子结构2关于所述定子结构1对称设置。
可选的，所述开关磁通盘式电机扩展成双定子结构，其中定子结构1的数量为两个，所述转子结构2的数量为一个，且两个所述定子结构1关于所述转子结构2对称设置。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明径向分段模块化的开关磁通盘式电机包括同轴设置、成径向分段的两组转子凸极和两个定子盘，通过两组转子凸极周向相错角度与两个定子盘中永磁体极性分布的配合，在保证平均输出转矩前提下降低齿槽转矩和转矩波动中的奇次谐波，削弱反电势中的偶次谐波；通过将定子单元分成三个定子模块，可有效降低了每相绕组间的磁路耦合，提高了容错能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明径向分段模块化的开关磁通盘式电机的立体结构示意图一；
图2为本发明径向分段模块化的开关磁通盘式电机的立体结构示意图二；
图3为转子结构的主视图；
图4为转子结构的立体结构示意图；
图5为定子结构的主视图；
图6为定子结构的立体结构示意图；
图7为定子结构与绕组结合后的主视图；
图8为定子结构与绕组结合后的后视图。
附图说明
定子结构 1 定子单元 1-1
第一叠层段 1-2 第二叠层段 1-3
连接块 1-4 永磁体 1-5
定子槽 1-6 内定子盘 1-7
外定子盘 1-8 转子结构 2
内转子凸极 2-1 外转子凸极 2-2
转子盘 2-3 绕组单元 3
第一绕组线圈 3-1 第二绕组线圈 3-2。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种径向分段模块化的开关磁通盘式电机，包括同轴设置、径向分段设置的两组转子凸极和两个定子盘，通过两组转子凸极周向相错角度与两个定子盘中永磁体极性分布的配合，在保证平均输出转矩前提下降低齿槽转矩和转矩波动中的奇次谐波，削弱反电势中的偶次谐波；通过将定子盘分成k个定子模块,进而将定子模块分成m个定子单元，可有效降低了每相绕组间的磁路耦合，提高了容错能力。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明以k＝1,m＝3为例进行详细说明；如图1和图2所示，本发明径向分段模块化的开关磁通盘式电机包括转子结构2、定子结构1及绕组结构。
其中，如图3和图4所示，所述转子结构2包括转子盘2-3、内转子凸极组和外转子凸极组，所述内转子凸极组和外转子凸极组同轴设置且成径向分段并固定在所述转子盘2-3上。
所述内转子凸极组包括多个周向均匀排布的内转子凸极2-1，所述外转子凸极组包括多个周向均匀排布的外转子凸极2-2，所述内转子凸极2-1与外转子凸极2-2在周向上错开设定角度。优选的，所述设定角度为所述外转子凸极2-2(或内转子凸极2-1)的极距所对应圆心角的一半。
如图5所示，所述定子结构1包括同轴设置且成径向分段的内定子盘1-7和外定子盘1-8，所述外定子盘1-8对应所述外转子凸极组设置，所述述内定子盘1-7对应所述内转子凸极组设置(如图1所示)。同一所述定子结构1中的内定子盘1-7和外定子盘1-8的面积相等。
进一步地，所述外定子盘1-8和所述内定子盘1-7分别包括k个定子模块，各所述定子模块环绕成圆形；各所述定子模块分别包括m个定子单元1-1以及设置在相邻两个所述定子单元1-1之间的连接块1-4；其中，k为大于等于1的整数，m为大于等于3的整数。在实施例中，k为1，m为3。
如图5和图6所示，所述外定子盘1-8和所述内定子盘1-7分别包括一个定子模块，所述定子模块包括三个定子单元1-1以及设置在相邻两个所述定子单元1-1之间的连接块1-4，三个所述定子单元(1-4)环绕成圆形。其中，所述连接块1-4的材质为非导磁材料。
如图6所示，每个所述定子单元1-1包括永磁体1-5、两个第一层叠段1-2和设置在两个所述第一层叠段1-2间的第二层叠段1-3。所述第一层叠段1-2上开设有一个定子槽1-6，所述第二层叠段1-3上开设有两个定子槽1-6，且各所述定子槽1-6的开口朝向所述转子凸极组；各所述定子槽1-6内设置所述绕组结构3。所述第一层叠段1-2的形状为“U”型、“V”型或“C”型；所述第二层叠段1-3的形状为“E”型或“W”型，但并不以此为限。
所述永磁体1-5设置在所述第一层叠段1-2与第二层叠段1-3之间。进一步地，同一所述定子单元1-1中的两段永磁体1-5沿周向的充磁方向相反，且所述连接块1-4两侧的两段永磁体1-5沿周向的充磁方向相反。同一定子结构1中的内定子盘1-7和外定子盘1-8中径向正对的两段永磁体1-5的极性相反，与所述转子凸极组周向相错角度配合，可降低本发明径向分段模块化开关磁通盘式电机的齿槽转矩和转矩波动中的奇次谐波含量，削弱反电势中偶次谐波含量。
进一步地，所述绕组结构包括k个绕组模块，各所述绕组模块包括m个绕组单元3，m个所述绕组单元3具体为m相绕组；各所述绕组单元3分别包括两个绕组线圈；所述两个绕组线圈分别嵌入在各所述定子盘中对应的定子单元上的四个所述定子槽1-6内。在本实施例中，k为1，m为3。
如图7和图8所示，所述绕组结构包括一个绕组模块，所述绕组模块包括三个绕组单元3，分别代表A相绕组、B相绕组、C相绕组；各所述绕组单元均包括第一绕组线圈3-1和第二绕组线圈3-2，每相绕组单元中的所述第一绕组线圈3-1和第二绕组线圈3-2分别依次嵌入到所述内定子盘1-7、外定子盘1-8中对应的一个定子单元1-1中到四个定子槽1-6内。
在本发明径向分段模块化的开关磁通盘式电机中，所述定子结构1和转子结构2的数量可均为一个，从而形成如图1所示电机；所述转子结构2的数量还可为两个，所述定子结构1的数量为一个，且两个所述转子结构2关于所述定子结构1对称设置，从而形成双转子盘式电机；所述定子结构1的数量还为两个，所述转子结构2的数量为一个，且两个所述定子结构1关于所述转子结构2对称设置，形成双定子盘式电机。
本发明径向分段模块化的开关磁通盘式永磁电机，通过将转子沿径向分成内转子凸极组和外转子凸极组，且内转子凸极与外转子凸极在周向上错开内转子凸极极距对应圆心角的一半；将定子沿径向分成内定子盘和外定子盘，其径向正对的两段永磁体极性相反；通过转子凸极旋转角度与内外定子盘中永磁体极性分布的配合，可在保证输出转矩的前提下降低模块化开关磁通盘式电机齿槽转矩和转矩波动中的奇次谐波，削弱反电势中的偶次谐波。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种径向分段模块化的开关磁通盘式电机，其特征在于，所述开关磁通盘式电机包括转子结构(2)、定子结构(1)及绕组结构；其中，
所述转子结构(2)包括转子盘(2-3)、两组转子凸极组，两组所述转子凸极组同轴设置且成径向分段固定在所述转子盘(2-3)上，且两组所述转子凸极组在周向上错开设定角度；
所述定子结构(1)包括两个同轴设置且成径向分段的定子盘，各所述定子盘对应所述转子凸极组设置；
各所述定子盘分别包括k个定子模块，各所述定子模块环绕成圆形；各所述定子模块分别包括m个定子单元(1-1)以及设置在相邻两个所述定子单元(1-1)之间的连接块(1-4)；其中，k为大于等于1的整数，m为大于等于3的整数；
各所述定子单元(1-1)包括永磁体(1-5)、两个第一层叠段(1-2)和设置在两个所述第一层叠段(1-2)间的第二层叠段(1-3)；所述第一层叠段(1-2)上开设有一个定子槽(1-6)，所述第二层叠段(1-3)上开设有两个定子槽(1-6)，且各所述定子槽(1-6)的开口朝向所述转子凸极组；所述永磁体(1-5)设置在所述第一层叠段(1-2)与第二层叠段(1-3)之间，两个所述定子盘中径向正对的两段永磁体(1-5)的极性相反；
所述绕组结构包括k个绕组模块，各所述绕组模块包括m个绕组单元(3)，m个所述绕组单元(3)具体为m相绕组；各所述绕组单元(3)分别包括两个绕组线圈；所述两个绕组线圈分别嵌入在各所述定子盘中对应的定子单元上的四个所述定子槽(1-6)内。
2.根据权利要求1所述的径向分段模块化的开关磁通盘式电机，其特征在于，两组所述转子凸极组分别包括多个周向均匀排布的转子凸极，所述设定角度为所述转子凸极的极距所对应圆心角的一半。
3.根据权利要求1所述的径向分段模块化的开关磁通盘式电机，其特征在于，同一所述定子单元(1-1)中的两段永磁体(1-5)沿周向的充磁方向相反，且所述连接块(1-4)两侧的两段永磁体(1-5)沿周向的充磁方向相反。
4.根据权利要求1所述的径向分段模块化的开关磁通盘式电机，其特征在于，同一所述定子结构(1)中的两个所述定子盘的面积相等。
5.根据权利要求1所述的径向分段模块化的开关磁通盘式电机，其特征在于，所述永磁体(1-5)的材质为钕铁硼、钐钴及铁氧体中至少一者。
6.根据权利要求1所述的径向分段模块化的开关磁通盘式电机，其特征在于，所述连接块(1-4)的材质为非导磁材料。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的径向分段模块化的开关磁通盘式电机，其特征在于，所述开关磁通盘式电机扩展成双转子结构，其中所述转子结构(2)的数量为两个，所述定子结构(1)的数量为一个，且两个所述转子结构(2)关于所述定子结构(1)对称设置。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的径向分段模块化的开关磁通盘式电机，其特征在于，所述开关磁通盘式电机扩展成双定子结构，其中所述定子结构(1)的数量为两个，所述转子结构(2)的数量为一个，且两个所述定子结构(1)关于所述转子结构(2)对称设置。
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