一种高转矩密度复合永磁电机制造技术

本发明专利技术公开了一种高转矩密度复合永磁电机，包括定子以及设于定子外侧的转子，所述的转子包括转子环以及均匀设置在转子环内壁上的Halbach阵列磁钢；所述的定子上均匀设有定子齿，每个定子齿的径向端部均设有至少两个调制齿，调制齿的总数为定子槽数的整数倍；所述的调制齿上设有径向朝外的齿部小槽，相邻调制齿之间构成齿部大槽；调制齿和Halbach阵列磁钢之间设有气隙；相邻定子齿之间构成定子槽，定子槽的底部设有定子绕组，定子槽的外端槽口处设有与调制齿固定的永磁体，相邻永磁体的极性相反。利用本发明专利技术，可以最大限度的利用电机内部空间，极大的提高电机的转矩及转矩密度。极大的提高电机的转矩及转矩密度。极大的提高电机的转矩及转矩密度。

【技术实现步骤摘要】
一种高转矩密度复合永磁电机


[0001]本专利技术属于电机设备
，尤其是涉及一种高转矩密度复合永磁电机。

技术介绍

[0002]随着电机技术的发展，对电机的输出能力有更高的要求，要求电机在低速时有更高的转矩输出能力，且转矩脉动要求小，控制精度要求高。
[0003]永磁游标电机在传统的永磁电机定子齿上引入了调制极结构，利用特殊的游标效应，调制低极对数高转速的定子电枢绕组磁场，以获得可以与高极对数低转速的永磁体磁场相匹配且作用的谐波磁场分量。这种方式能够在不增加电机的体积和槽数的条件下，实现低速大转矩的目的。
[0004]永磁游标电机的低速大转矩适用于电机直驱场合，采用永磁电机直接驱动能够避免使用齿轮箱，简化机械结构，消除由于齿轮啮合传动引起的噪声和故障，从而提高系统的效率和可靠性。但是永磁游标电机在突破扭矩限制和降低齿槽转矩上还需要更多的努力和投入。
[0005]近年来有学者提出了一种利用双向调制效应设计的永磁电机，双向场调制效应与游标效应原理相似，通过在定子上引入Halbach永磁体阵列来增强电机的气隙磁密，以增大电机的输出转矩，但是电机的漏磁和齿槽转矩等问题仍然较为明显。
[0006]公开号为CN 111064332A的中国专利文献公开了一种双边Halbach交替极式永磁游标电机，包括双定子、单转子，外定子和内定子的齿端部分裂成两个调制极；转子铁心内外两边周向间隔开设内转子槽和外转子槽，槽中嵌入Halbach永磁体。公开号为CN109245471A的中国专利文献公开了一种交替极式永磁游标电机，包括外定子部分、转子部分及内定子部分，外定子部分包括外定子铁心，外定子铁心内周向均匀间隔分布有外定子槽和外定子齿；所述外定子槽内嵌有电枢绕组；所述外定子齿包括交替布置的定子齿A和定子齿B，所述定子齿A端部为一个调制极；所述定子齿B的端部分裂为两个调制极，调制极之间布置有外定子永磁体阵列。
[0007]上述两种现有的电机结构均可以增大电机的有效气隙面积，但是电机转矩密度仍然不够高，双定子结构复杂，增大了制造和安装的难度以及成本，且易导致气隙不均匀，电机振动噪音大。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种高转矩密度复合永磁电机，可以最大限度的利用电机内部空间，极大的提高电机的转矩及转矩密度。
[0009]一种高转矩密度复合永磁电机，包括定子以及设于定子外侧的转子，所述的转子包括转子环以及均匀设置在转子环内壁上的Halbach阵列磁钢；
[0010]所述的定子包括定子齿和定子槽，每个定子齿的径向端部均设有至少两个调制齿，调制齿的总数为定子槽数的整数倍；所述的调制齿上设有径向朝外的齿部小槽，相邻调
制齿之间构成齿部大槽；调制齿和Halbach阵列磁钢之间设有气隙；
[0011]所述定子槽的底部设有定子绕组，定子槽的外端槽口处设有与调制齿固定的永磁体，永磁体的与调制齿的外端面共圆弧布置，相邻永磁体的极性相反。
[0012]本专利技术中，在转子环的内壁上采用黏贴方式设置Halbach磁钢阵列，可以省去转子磁轭部件，转子外环直接采用不导磁结构，能最大限度的利用电机内部空间。调制齿采用特殊结构设计，在每个调制齿上开设有小槽，可以降低转矩波动，充分利用谐波，进一步提高了电机转矩。同时，在定子槽口设有径向充磁、NS极交替均布的永磁体，可以充分利用电机内部空间，提高电机气隙磁密，从而提升电机转矩密度和功率密度。
[0013]进一步地，所述的Halbach阵列磁钢中，相邻两块充磁方向垂直的Halbach磁钢组成一个磁极对，相邻2个磁极对的极性相反；每块Halbach磁钢沿周向的宽度m3均相同，沿径向的厚度m4均相同。
[0014]进一步地，Halbach阵列磁钢的极对数Pr、调制齿的总数Zm和定子绕组的极对数Ps满足以下关系：
[0015]Pr＝Zm
±
Ps。
[0016]满足该关系，电机的定子齿分裂并够成调制极，形成调制磁场，利用特殊的游标效应，调制低极对数高转速的定子电枢绕组磁场，以获得可以和高极对数低转速的永磁体磁场相匹配且作用的谐波磁场分量。这种结构能在不增加电机体积和槽数的情况下，实现低速大转矩。
[0017]进一步地，所述永磁体的宽度和厚度满足以下关系：
[0018]m1＝(1～1.5)m3
[0019]m2＝(1～1.5)m4
[0020]其中，m1表示永磁体沿周向的宽度，m2表示永磁体沿径向的厚度，m3表示Halbach磁钢沿周向的宽度，m4表示Halbach磁钢沿径向的厚度。
[0021]满足该关系时，电机产生的气隙磁密更大，且能充分利用气隙中存在的低次谐波，与电枢绕组作用，为电机提供转矩。即该关系能够充分利用谐波，进一步提高了电机转矩和转矩密度。
[0022]优选地，每个定子齿的外端部均设有两个调制齿；所述的调制齿上在居中位置设有一个齿部小槽，或者均布多个齿部小槽。
[0023]进一步地，所述调制齿的径向厚度t2与齿部小槽的径向深度s2相同；所述齿部大槽的周向宽度t1为定子齿的外端宽度t3的1/3；所述齿部小槽的周向宽度s1与齿部大槽的周向宽度t1满足关系：s1＝(0.1～0.4)t1。
[0024]满足上述关系时，电机转矩最大，转矩脉动最小。该专利技术有效利用了谐波，提高了转矩密度。
[0025]优选地，所述的定子绕组采用分数槽集中绕组。分数槽集中绕组相对于分布式绕组而言，其绕组端部较短，定子铜耗更少。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]1、本专利技术中，电机的转子采用阵列表贴式Halbach，能有效提高电机转矩能力；且在定子外圈设置调制齿，调制齿的齿数为槽数的整数倍；此时的定子不仅起到提供旋转磁场的作用，其齿部更起到了磁场调制的作用，进一步提高了电机功率和转矩，适用于大功率
密度场合和大转矩场合。
[0028]2、本专利技术直接在定子上设置多个调制齿，形成带辅助齿的新定子齿，省去了调磁块，从而使定子槽数可以做到较少，可以采用分数槽集中绕组的形式，使得电机结构更为简单紧凑，加工制造更为方便快捷，且气隙中存在的低次谐波能与电枢绕组作用为电机提供转矩。
[0029]3、本专利技术调制齿采用特殊结构设计，在每个调制齿上开设有小槽。降低了转矩波动，充分利用谐波，进一步提高了电机转矩。
[0030]4、本专利技术在定子槽口设有永磁体，N、S极交替均布；充分利用了电机内部空间，提高了电机气隙磁密，提升了电机转矩密度和功率密度。
附图说明
[0031]图1为本专利技术一种高转矩密度复合永磁电机的结构示意图；
[0032]图2为图1中区域A的局部放大图。
[0033]图中：1
‑
转子环，2
‑
Halbach阵列磁钢，3
‑
永磁体，4
‑
气隙，5
‑
定子，6
‑
定子齿，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高转矩密度复合永磁电机，包括定子(5)以及设于定子(5)外侧的转子，其特征在于，所述的转子包括转子环(1)以及均匀设置在转子环(1)内壁上的Halbach阵列磁钢(2)；所述的定子(5)包括定子齿(6)和定子槽(10)，每个定子齿(6)的外端部均设有至少两个调制齿(7)，调制齿(7)的总数为定子槽数的整数倍；所述的调制齿(7)上设有径向朝外的齿部小槽(8)，相邻调制齿(7)之间构成齿部大槽(9)；调制齿(7)和Halbach阵列磁钢(2)之间设有气隙(4)；所述定子槽(10)的底部设有定子绕组，定子槽(10)的外端槽口处设有与调制齿(7)固定的永磁体(3)，永磁体的(3)与调制齿(7)的外端面共圆弧布置，相邻永磁体(3)的极性相反。2.根据权利要求1所述的高转矩密度复合永磁电机，其特征在于，所述的Halbach阵列磁钢(2)中，相邻两块充磁方向垂直的Halbach磁钢组成一个磁极对，相邻2个磁极对的极性相反；每块Halbach磁钢沿周向的宽度m3均相同，沿径向的厚度m4均相同。3.根据权利要求2所述的高转矩密度复合永磁电机，其特征在于，Halbach阵列磁钢(2)的极对数Pr、调制齿(7)的总数Zm和定子绕组的极对数Ps满足以下关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文静，方卫中，王明轩，
申请(专利权)人：杭州易泰达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：