一种永磁体介于定子极和转子极间的双凸极电机制造技术

本发明专利技术属于双凸极永磁电机领域，并公开了一种永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机。其包括定子、转子、转轴、永磁体和电枢绕组，定子上设置有多个凸极结构的定子极，电枢绕组缠绕在一组定子极上，转子上设置有均匀分布的凸极结构的转子极，永磁体设置在定子极上，且介于定子极和转子极之间，用于增加所述定子和转子间的气隙磁密，转轴设置在转子内部，当电枢绕组通入电流后，电枢绕组产生的磁场与永磁体的磁场相互作用，从而使得转子和转轴可相对于定子发生旋转运动。通过本发明专利技术，可增加定子极和转子极之间的气隙磁密，同时可提高电枢绕组磁路的磁阻，减小绕组电感、电机时间常数、电流换向时间，改善电流换向性能和转矩输出性能，减少转矩脉动。

A double salient pole motor with permanent magnets between the stator pole and the rotor pole

The invention belongs to the field of double salient pole permanent magnet motor, and discloses a double salient pole motor with the permanent magnet at the top of the stator pole tooth. It comprises a stator, rotor, shaft, permanent magnet and armature windings, the stator is provided with a plurality of stator salient pole structure, armature winding is wound in a set of stator poles on the rotor, the rotor is arranged on the uniform distribution of salient pole structure, permanent magnets are arranged on the stator, and between stator pole and rotor pole, for increasing the air gap between the stator and rotor magnetic density, rotating shaft is arranged inside the rotor, when the armature windings current, armature winding magnetic field generated by the permanent magnet and magnetic field interaction, so that the rotor and the rotating shaft relative to the stator rotating. Through the invention, the air gap magnetic density between the stator pole and the rotor pole can be increased, meanwhile, the magnetic resistance of the armature winding magnetic circuit can be increased, the winding inductance, the motor time constant and the current commutation time can be reduced, and the current commutation performance and the torque output performance can be improved, and the torque ripple can be reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁体介于定子极和转子极间的双凸极电机
本专利技术属于双凸极永磁电机领域，更具体地，涉及一种永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机。
技术介绍
近年来，定子极和转子极均为凸极结构的双凸极电机获得了广泛研究。为了提高电励磁双凸极电机的转矩和功率密度，改善转矩输出性能，现有技术中将永磁体引入到双凸极电机中，形成了双凸极永磁同步电机。为了进一步改善双凸极永磁同步电机的转矩性能，现有技术通过改变绕组连接方式获得了双极性的磁链，从而在一定程度上提高了其转矩和功率密度，但是，这极大地降低了定子槽的利用率(如：定子极数为4，转子极数为6的单相双凸极永磁同步电机仅有一半的槽放置有电枢绕组，另外一半处于闲置状态)，同时，传统单相双凸极永磁同步电机具有启动转矩小等缺点，因此，为了改善单相双凸极永磁同步电机的启动性能，并进一步提高其槽利用率和转矩密度，现有技术提出了新型不对称定子极双凸极永磁同步电机，虽然现有技术中提出的不对称定子极双凸极永磁同步电机能很好的解决传统双凸极永磁同步电机转矩密度小、启动转矩低等问题，但是由于其绕组电感较大，具有较大的时间常数，从而使电流换向较慢，需要将开关管提前开通或关断，进而限制了其转矩密度的进一步提高。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机，通过将永磁体设置在定子极和转子极之间，使得定子极和转子极之间的有效气隙长度增加，由此解决因电枢绕组电感大带来的电流换向时间长的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机，其包括定子、转子、转轴、永磁体和电枢绕组，其特征在于：所述定子上设置有多个沿圆周分布的凸极结构的定子极，相邻的两个定子极构成一组，同一组内的定子极之间的距离小于组与组之间的间距，所述电枢绕组缠绕在一组定子极上；所述转子上设置有均匀分布的多个凸极结构的转子极，且所述转子极与所述定子极相对设置；所述永磁体设置在所述定子极齿顶部上，介于所述定子极和所述转子极之间，用于增加所述定子和转子间的气隙磁密，同时增加电机有效气隙长度；所述转轴设置在所述转子内部，当所述电枢绕组通入电流后，所述电枢绕组产生的磁场与所述永磁体的磁场相互作用，从而使得所述转子和所述转轴可相对于所述定子发生旋转运动。进一步优选地，所述定子极上顶端设置有极靴，所述永磁体设置在所述极靴上。进一步优选地，每个所述定子极上设置有一个或者两个磁化方向相反的永磁体。进一步优选地，所述定子极和转子极的数量优选采用4个。进一步优选地，同一组内的定子极的夹角为45°，组与组之间定子极的夹角为135°。进一步优选地，所述永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机为模块化的单相电机，通过多个模块的轴向组合可构成两相以及多相电机。进一步优选地，所述的多相电机的各相相互独立设置，且可进行独立控制，各相之间的相位角与相数的关系按照下列表达式设定：其中，θ表示相邻两相之间的机械角度；m表示相数；B表示转子极的总数。总体而言，通过本专利技术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：1、本专利技术所述电机的永磁体设置在定子极的齿顶部，由于永磁体磁导率较低，与空气的磁导率几乎相同，从而使得定子极和转子极之间的有效气隙长度增加，由此增加电枢绕组磁路的磁阻，进而减小绕组电感、电机时间常数、电流换向时间，改善电流换向性能和转矩输出性能，减少转矩脉动；2、本专利技术所述电机的定子极为带有极靴的凸极结构，由于极靴的宽度和永磁体的宽度可调节，增加极靴的宽度从而可以增加永磁体尺寸，提高气隙磁密，进而能够获得更高的输出转矩；3、本专利技术所述电机一个定子极上的永磁体数量为一个或者两个，并且其磁化方向可以有不同的组合方式，从而能够获得较正弦或者接近梯形波的绕组磁链，进而通过相应的驱动方式(正弦波或方波驱动)，可以使电机输出转矩的脉动值较小，进而改善其转矩性能；4、本专利技术通过对其定子极的不均匀分布设计，使得不同组定子极间槽有效面积增加，能够容纳的电枢绕组匝数增加，从而能获得更高的输出转矩；5、本专利技术所述电机是一种模块化单相电机，可通过多个模块沿着轴向叠加组合成三相及多相电机，各相可独立控制，多模块结构上的轴向叠加，能够使得各模块的输出转矩得到叠加，从而使电机整体的输出转矩更大，同时转矩脉动更小，提高了电机的容错能力和可靠性；6、通过将定子、转子、转轴、永磁体和电枢绕组集成设计成一体，简化了产品结构，使得电机的整体结构更为紧凑，并且具备整体布局巧妙，便于操控和使用方便等特点。附图说明图1(a)～(c)是按照本专利技术的优选实施例所构建的一种永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机的结构示意图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机与现有双凸极电机电感随转子位置变化的比较图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机与现有双凸极电机电流随转子位置变化的比较图；图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机与现有双凸极电机转矩随转子位置变化的比较图；图5是按照本专利技术优选实施例所构建的三相永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机三维结构示意图。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：1-定子2-转子3-永磁体4，5-电枢绕组6-转轴7-极靴8-A相9-B相10-C相T1，T2，T3，T4-定子极P1，P2，P3，P4-转子极C1，C2，C3，C4-绕组中的导体具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术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。图1(a)～(c)是按照本专利技术的优选实施例所构建的一种永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机的结构示意图；图1(a)是一个定子极上设置一个永磁体，且同一组定子极上的两块永磁体的充磁方向相反(一个由圆周指向圆心，另一个由圆心指向圆周)，图1(b)是一个定子极上设置一个永磁体，且同一组定子极上的两块永磁体的充磁方向相同(均是由圆周指向圆心或者由圆心指向圆周)，图1(c)是一个定子极上设置有两个永磁体，且这两个永磁体的充磁方向相反。如图1所示，该电机包括定子1、转子2、转轴6、永磁体3和电枢绕组4,5，定子上设置有四个凸极结构的定子极，定子极上设置有极靴，且相邻的定子极之间的角度为45°或135°，相邻角度为45°的两个定子极构成一组，每组定子极上缠绕有电枢绕组，转子上设置有均匀分布的四个凸极结构的转子极，转子极与定子极相对设置，永磁体设置在每个定子极齿顶部的极靴上，且宽度与极靴相等，介于定子极和转子极之间，可增加所述定子极和转子间的有效气隙长度，转轴设置在转子内部，当电枢绕组通入电流后，电枢绕组产生的磁场与永磁体3的磁场相互作用，从而使得转子2和所述转轴6可相对于所述定子1发生旋转运动。本专利技术所述电机工作原理与现有技术中的不对称定子极双凸极永磁同步电机工作原理类似，这里不再进行赘述，仅对图1(a)中本专利技术所述的双凸极电机与现有技术中的不对称定子极双凸极永磁同步电机的主要参数进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机，其包括定子(1)、转子(2)、转轴(6)、永磁体(3)和电枢绕组(4，5)，其特征在于：所述定子(1)上设置有多个沿圆周分布的凸极结构的定子极，相邻的两个定子极构成一组，同一组内的定子极之间的距离小于组与组之间的间距，所述电枢绕组(4，5)缠绕在一组定子极上；所述转子(2)上设置有均匀分布的多个凸极结构的转子极，且所述转子极与所述定子极相对设置；所述永磁体(3)设置在所述定子极齿顶部上，介于所述定子极和所述转子极之间，用于增加所述定子和转子间的气隙磁密，同时增加电机有效气隙长度；所述转轴(6)设置在所述转子内部，当所述电枢绕组(4，5)通入电流后，所述电枢绕组产生的磁场与所述永磁体(3)的磁场相互作用，从而使得所述转子(2)和所述转轴(6)相对于所述定子(1)发生旋转运动。

【技术特征摘要】
1.一种永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机，其包括定子(1)、转子(2)、转轴(6)、永磁体(3)和电枢绕组(4，5)，其特征在于：所述定子(1)上设置有多个沿圆周分布的凸极结构的定子极，相邻的两个定子极构成一组，同一组内的定子极之间的距离小于组与组之间的间距，所述电枢绕组(4，5)缠绕在一组定子极上；所述转子(2)上设置有均匀分布的多个凸极结构的转子极，且所述转子极与所述定子极相对设置；所述永磁体(3)设置在所述定子极齿顶部上，介于所述定子极和所述转子极之间，用于增加所述定子和转子间的气隙磁密，同时增加电机有效气隙长度；所述转轴(6)设置在所述转子内部，当所述电枢绕组(4，5)通入电流后，所述电枢绕组产生的磁场与所述永磁体(3)的磁场相互作用，从而使得所述转子(2)和所述转轴(6)相对于所述定子(1)发生旋转运动。2.如权利要求1所述的一种永磁体位于定子极齿顶部的双凸极电机，其特征在于，所述定子极上齿顶部设置有极靴(7)，所述永磁体设...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，何明杰，叶才勇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42