CN201910679U - 永磁外转子双凸极电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种永磁外转子双凸极电机，包含定子、转子、定转子间气隙及转轴等。所述定子包括：环绕转轴设置的定子永磁体支架、环绕永磁体支架设置的永磁体，环绕永磁体外壁设置的由定子铁芯组件组成的定子铁芯，定子铁芯组件之间具有气隙；所述转子在定子铁芯外，定子铁芯和转子铁芯均为凸极齿槽结构，所述永磁体为Halbach阵列。本实用新型采用外磁场Halbach陈列作为磁源，电机气隙磁密大、功率质量比高、气隙大、电枢反应小、过载能力强。
Description
技术领域
本实用新型的涉及电机领域，特别是涉及一种永磁外转子双凸极电机。
背景技术
Halbach列是美国学者Klaus.Halbach针对永磁体结构提出的一种新颖的磁体排列方式，附图1显示Halbach列内转子永磁体的合成磁场，附图2显示Halbach列外转子永磁体的合成磁场。Halbach列应用于电机具有如下优点：① Halbach 列自屏蔽效应产生的单边磁场分布不再需要转子轭(对外磁场) 、定子外壳(对内磁场) 采用磁性材料为其提供通路，减小了涡流损耗，降低了转动惯量，提高了快速响应性能；② Halbach 列分解后切向磁场与径向磁场的相互重叠，使得气隙一侧的磁场强度大幅度提高，有效地减小了电机的体积重量，提高了电机的功率密度。
双凸极永磁电机（Doubly salient permanent magnet motor,简称DSPM）是随着功率电子学和微电子学的发展在上个世纪90年代出现的一种新型的交流调速系统。由双凸极电机、功率变换器、位置检测器和控制器四部分组成。主要优点是结构简单、控制灵活。按永磁体的安放位置不同，可分为定子永磁型双凸极电机和转子永磁型双凸极电机，定子永磁型又分为切向结构和径向结构。
中国专利申请号为200510037634.5的公布文件提出了一种Halbach内转子双凸极电机，但是，由于外转子电机具有转动惯量比常规电机大，且电枢铁芯直径可以做的较大，从而提高了在不稳定负载下电机的效率和输出功率，因此在某些场合外转子电机具有独特的优势，比如风力发电和汽车的轮毂等，因此提出漏磁少，损耗低，高功率密度新型外转子电机成为本领域的研究热点。
附图3所示为中国专利申请号200510094975.6提出的一种三相外转子双凸极永磁无刷发电机，其具有定子11、转子12、转轴13、电枢绕组14和永磁体15。附图4和附图5所示为中国专利申请号200720050797.1提出的一种双凸极永磁轮毂电机，图4显示该电极具有定子21、转子22、支架23、轴24、轴承26和轮毂25，图5进一步显示了该电机还具有永磁体27和电枢绕组28。以上两种电机永磁均采用切向式充磁，虽然功率密度有所提高，但由于切向式永磁体靠近轴部漏磁严重，永磁体支架要采用非导磁材料，增加了电机的制造工艺和成本。因此，提出轴部漏磁少、工艺简单、制造成本低的新型外转子双凸极电机成为当前首要解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种漏磁少，气隙磁密高，功率密度高并且工艺简单的永磁外转子双凸极电机。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种永磁外转子双凸极电机，其特征在于，包含转轴、定子、转子及定转子间气隙；所述定子包括：环绕转轴设置的定子永磁体支架、环绕永磁体支架设置的永磁体，环绕永磁体外壁设置的由定子铁芯组件组成的定子铁芯，定子铁芯组件之间具有气隙；所述转子在定子铁芯外，定子铁芯和转子铁芯均为凸极齿槽结构，所述永磁体为Halbach阵列。
所述定、转子铁芯均具有凸极齿槽式结构，定子铁芯上缠有集中式电枢绕组，转子铁芯无绕组。
所述永磁外转子双凸极电机还包括环绕转轴设置的定子永磁体支架。
所述定子永磁体支架根据永磁外转子双凸极电机的设计及工艺需求被设计成不同的尺寸。
所述定子铁芯或可呈直齿或可呈斜齿，所述转子铁芯或可呈直齿或可呈斜齿。
所述定子永磁体支架采用导磁材料和非导磁材料中的一种。
所述永磁外转子双凸极电机当为三相电机时满足：6K/4K结构，K为整数，K=1、2、3…。
当为三相电机或多相电机时，所述永磁外转子双凸极电机的定子齿数 Ns 和转子齿数 Nr满足：
其中m为电机的相数，K为正整数。
所述定子铁芯组件间气隙中根据电机设计的需要可以填充有非导磁材料，也可以不填充
本实用新型所采用的技术方案的优点是：
本实用新型的永磁外转子双凸极电机与现有双凸极电机相比，主要技术特点和积极效果是：采用外磁场Halbach陈列作为磁源，电机气隙磁密大、功率质量比高、气隙大、电枢反应小、过载能力强。
下面结合附图对本实用新型的实施和优点作进一步解释。
附图说明
附图1显示Halbach列内转子永磁体的合成磁场；
附图2显示Halbach列外转子永磁体的合成磁场
附图3是现有技术中的一种三相外转子双凸极永磁无刷发电机的结构示意图；
附图4是现有技术中的一种双凸极永磁轮毂电机的一个结构示意图；
附图5现有技术中的一种双凸极永磁轮毂电机的另一个结构示意图；
附图6显示本实用新型的永磁外转子双凸极电机的结构示意图。
附图中的符号说明：
11,21定子 12,22转子
13转轴 14，28电枢绕组
15永磁体 23支架
24轴 25轮毂
26轴承 27永磁体
61定子铁芯组件间气隙 62转轴
63定子永磁体支架 64定子铁芯组件
65定子凸极 66外磁场Halbach阵列
67转子铁芯 68转子凸极
69集中式电枢绕组。
具体实施方式
参见附图6。依据本实用新型的一种永磁外转子双凸极电机，包含转轴62、环绕转轴62设置的定子永磁体支架63、环绕定子永磁体支架63设置的永磁体66，环绕永磁体66设置的定子铁芯以及沿定子铁芯外圆周设置的转子，所述的定子铁芯由定子铁芯组件64组成，定子铁芯组件64之间具有定子铁芯组件间气隙61，定子铁芯和转子铁芯均为凸极齿槽结构，所述永磁体66为Halbach阵列。尽管该图显示的电机具有定子永磁体支架63，但实际上，根据电机设计及工艺的需要，定子永磁体支架63可以设计成不同的尺寸，或者不用定子永磁体支架63，将Halbach列永磁体66直接固定在定子铁芯组件64内壁。
继续参见图6。所述定子和转子铁芯均为凸极齿槽式结构，定子铁芯齿中缠有集中式电枢绕组69，转子铁芯齿上没有绕组。所述定子铁芯和转子铁芯均可是直齿或斜齿。
本实用新型的永磁外转子双凸极电机，可以是三相电机也可以是多相电机，三相电机可以为6K/4K结构， K为正整数，定子铁芯由2K个相同的铁芯组件组成，每个组件上有三个齿，共6K个齿沿圆周均匀分布，转子为4K个齿。当K=1时为6/4结构，即定子铁芯为6个齿，转子铁芯为4个齿；K=2时为12/8结构，即定子铁芯为12个齿，转子铁芯为8个齿；本实用新型附图所示为K=4时的情况，即为24/16结构，定子铁芯为24个齿，转子铁芯为16个齿。
本实用新型的永磁外转子双凸极电机，除了满足上述定、转子齿数关系外，同样满足：
，式中：Ns为定子极数，Nr为转子极数，m为相数，K为正整数。
本实用新型的永磁外转子双凸极电机，由于Halbach列产生的单边磁场，即外部磁场很强，内部磁场很弱，定子永磁体支架63可以采用导磁材料也可采用非导磁材料。
本实用新型的永磁外转子双凸极电机，定子铁芯各组件64间具有气隙61，根据电机设计及工艺的需要，定子铁芯各组件64间气隙61也可以灵活选用其他非导磁材料填充。
本实用新型的永磁外转子双凸极电机，当电机为三相6K/4K结构时，外磁场Halbach列磁钢6的极数为K，如三相6/4结构极对数为1，三相12/8结构其极对数为2，附图5所示为K等于4，即外磁场Halbach列磁钢的极对数为4。
本实用新型的永磁外转子双凸极电机，可以作电动机也可以作发电机运行，能广泛应用于风力发电、汽车轮毂等领域。
当然，以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本实用新型还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种永磁外转子双凸极电机，其特征在于，包含转轴、定子、转子及定转子间气隙；所述定子包括：环绕转轴设置的定子永磁体支架、环绕永磁体支架设置的永磁体，环绕永磁体外壁设置的由定子铁芯组件组成的定子铁芯，定子铁芯组件之间具有气隙；所述转子在定子铁芯外，定子铁芯和转子铁芯均为凸极齿槽结构，所述永磁体为Halbach阵列。
2.根据权利要求1所述的永磁外转子双凸极电机，其特征在于，所述定转子铁芯均为凸极齿槽式结构，定子齿上缠有集中式电枢绕组。
3.根据权利要求1所述的永磁外转子双凸极电机，其特征在于，所述永磁外转子双凸极电机还包括环绕转轴设置的定子永磁体支架。
4.根据权利要求3所述的永磁外转子双凸极电机，其特征在于，所述定子永磁体支架根据永磁外转子双凸极电机的设计及工艺需求被设计成不同的尺寸。
5.根据权利要求1所述的永磁外转子双凸极电机，其特征在于，所述转子的转子铁芯上无绕组。
6.根据权利要求4所述的永磁外转子双凸极电机，其特征在于，所述定子铁芯或可呈直齿或可呈斜齿，所述转子铁芯或可呈直齿或可呈斜齿。
7.根据权利要求1所述的永磁外转子双凸极电机，其特征在于，所述定子永磁体支架采用导磁材料和非导磁材料中的一种。
8.根据权利要求1所述的永磁外转子双凸极电机，其特征在于，当为三相电机满足6K/4K结构，K为整数，K=1、2、3…。
9.根据权利要求1所述的永磁外转子双凸极电机，其特征在于，定子极数 Ns 和转子齿数 Nr满足：
其中m为电机的相数，K为正整数。
10.根据权利要求1所述的永磁外转子双凸极电机，其特征在于，所述定子铁芯组件间气隙中根据电机设计及工艺的需要可以填充有非导磁材料，也可以不填充。
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