交替极游标永磁电机制造技术

本发明专利技术属于电机技术领域，具体涉及交替极游标永磁电机。交替极游标永磁电机包括定子和设于定子外部上的转子；所述定子与转子之间设有气隙；所述定子包括定子铁芯、设于定子铁芯上的定子绕组；所述转子包括转子铁芯、设于转子铁芯内壁上的永磁体；所述定子铁芯包括定子齿与定子轭，定子齿与定子轭形成定子槽，用于容纳定子绕组；所述转子铁芯包括转子齿与转子轭，转子齿与磁极单元在周向上交替分布形成交替极结构。本发明专利技术在保证转矩密度基本不变或有所提高的条件下，能够降低游标永磁电机中的永磁体用量，从而有效降低游标永磁电机的成本，且获得适中的功率因数，有利于大型游标永磁电机应用。机应用。机应用。

【技术实现步骤摘要】
交替极游标永磁电机


[0001]本专利技术属于电机
，具体涉及交替极游标永磁电机。

技术介绍

[0002]目前，基于“磁齿轮效应”的游标永磁电机将转速较低的转子永磁磁场调制成转速较高的定子气隙磁场，从而提升了反电势，在高传动比(gear ratio)设计下，能够实现相比传统表贴式永磁电机更高的转矩密度，因此其在低速大转矩应用场景下具有很大吸引力。例如，游标永磁风力发电机就受到了学者与工业界的广泛研究，然而其目前的应用还相当有限，其主要原因在于成本价格因素。从风力发电机组中的发电系统角度出发，成本考虑往往涉及发电机、变流器等多个部件。游标永磁电机虽然提供了更高的转矩密度，使得发电机部分的成本可以降低，但其存在一大固有缺陷，即其功率因数明显低于传统表贴式永磁电机，而功率因数低下将直接导致需要更大容量的变流器，相应的变流器部分成本增加。相关研究表明(“Scaling Effect on Electromagnetic Performance of Surface
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Mounted Permanent
‑
Magnet Vernier Machine”,D.K.Kana Padinharu,G.J.Li,Z.Q.Zhu,M.P.Foster,D.A.Stone,A.Griffo,R.Clark,and A.Thomas，《IEEE Transactions on Magnetics》，第1
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15页，2020年)，不同于小型游标永磁电机，在大尺寸、强电枢反应的联合作用下，该缺陷在目前阶段难以有效克服，且小电机中采用的一些改良手段在大尺寸发电机中都难以解决工艺复杂、成本高昂等问题。
[0003]由此可见，在保证性能基本不变的前提下，进一步提升游标永磁电机的转矩密度、提升其功率因数、提升有效材料利用率，均是降低发电系统成本、增强大型游标永磁电机竞争力的可行途径。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了克服游标电机用于大型发电应用场合时系统成本较高的缺陷，提供了一种在保证转矩密度基本不变或有所提高的条件下，能够降低游标永磁电机中的永磁体用量，从而有效降低游标永磁电机的成本，且获得适中的功率因数，有利于大型游标永磁电机应用的交替极游标永磁电机。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]交替极游标永磁电机，其特征在于，包括定子和设于定子外部上的转子；所述定子与转子之间设有气隙；所述定子包括定子铁芯、设于定子铁芯上的定子绕组；所述转子包括转子铁芯、设于转子铁芯内壁上的永磁体；所述定子铁芯包括定子齿与定子轭，定子齿与定子轭形成定子槽，用于容纳定子绕组；所述转子铁芯包括转子齿与转子轭，转子齿与磁极单元在周向上交替分布形成交替极结构；
[0007]设定转子极对数Pr、定子极对数Ps、定子齿数Z，且满足Ps＝|Z
‑
Pr|。
[0008]作为优选，所述磁极单元包括第一永磁体与第二永磁体，且每块第一永磁体的至少一侧设有第二永磁体；所述第一永磁体充磁方向为径向，且所有第一永磁体充磁方向相
同；第二永磁体在周向上位于第一永磁体的侧面，充磁方向为切向。
[0009]作为优选，所述第二永磁体的周向宽度小于第一永磁体的周向宽度；
[0010]若第一永磁体的充磁方向为径向内侧，则第二永磁体充磁方向指向最为临近的第一永磁体；若第一永磁体的充磁方向为径向外侧，则第二永磁体充磁方向指向最为临近的第一永磁体的反方向。
[0011]作为优选，所述第一永磁体两侧均设有第二永磁体；对于第一永磁体两侧的第二永磁体，以交替极游标永磁电机的旋转方向作为基准，设定旋转方向上游的为第二永磁体A、旋转方向下游的为第二永磁体B；
[0012]在周向方向上，第二永磁体A的周向宽度小于第二永磁体B的周向宽度；
[0013]在径向方向上，第一永磁体、第二永磁体、转子齿的顶部在径向上保持齐平，形成大小均匀的气隙；第一永磁体、转子齿、第二永磁体B的径向高度相同，第二永磁体A的径向高度小于第二永磁体B的径向高度。
[0014]作为优选，在第一永磁体与第二永磁体之间还设有第三永磁体组；所述第三永磁体组的径向高度与相邻的第二永磁体相同。
[0015]作为优选，所述第三永磁体组由径向分块的两块永磁体组成，其中径向内侧的第三永磁体A的充磁方向与相邻的第二永磁体相同；径向外侧的第三永磁体B的充磁方向与相邻的第一永磁体相同。
[0016]作为优选，部分转子齿的顶部还设有凹槽，用于容纳齿部永磁体组；所述齿部永磁体组由至少一块径向充磁的永磁体或两块切向充磁的永磁体组成；所述径向充磁的方向与第一永磁体充磁方向相反；述两块切向充磁永磁体的充磁方向互相相反。
[0017]作为优选，所述齿部永磁体组的顶部在径向上与第一永磁体保持齐平，所述齿部永磁体组径向高度小于等于第一永磁体；所述齿部永磁体组的底部、侧面均与转子齿凹槽邻接。
[0018]作为优选，所述定子轭的厚度大于等于定子齿的宽度；所述转子轭的厚度大于等于转子齿的宽度。
[0019]作为优选，所述交替极游标永磁电机包含若干个单元电机；所述单元电机的转子极对数Pr＝5、定子齿数Z＝6、定子极对数Ps＝1。
[0020]本专利技术与现有技术相比，有益效果是：(1)本专利技术在转子上应用交替极结构，并进一步通过局部永磁体排布、充磁方向的合理设置，极大的改善了永磁体利用率，且提供了与传统N
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S极相当甚至更高的转矩密度，进而有效降低了电机成本；(2)本专利技术可进一步利用交替极的凸极效应，在合理控制电流角的前提下，能在一定程度上继续提升转矩密度，且改良调速性能；(3)本专利技术还进一步考虑了游标永磁电机的功率因数问题，针对交替极结构导致的功率因数下降，通过开设转子齿凹槽并在其中设置永磁体，来获得适中的功率因数；(4)本专利技术的永磁体排布方式并未改变其表贴式结构的本质，意味着其装配固定工艺上的可行性依然很强。
附图说明
[0021]图1为传统游标永磁风力发电机的10极6槽单元电机的一种结构示意图；
[0022]图2为图1传统结构对应的一种交替极结构示意图；
[0023]图3为传统结构(左)与交替极结构(右)的一种负载磁力线示意图；
[0024]图4为交替极结构下的一种空载磁力线示意图；
[0025]图5为传统结构(左)与交替极结构(右)的一种负载磁密分布示意图；
[0026]图6为含有第一永磁体和第二永磁体的一种交替极结构示意图；
[0027]图7为第二永磁体的一种非对称结构示意图；
[0028]图8为含有第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体组的一种交替极结构示意图；
[0029]图9为转子齿凹槽与齿部永磁体组的一种交替极结构示意图。
[0030]图中：定子1、转子2、气隙3、定子绕组4、转子铁芯5、磁极单元6、定子齿7、定子轭8、转子轭9、转子齿10、第一永磁体1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.交替极游标永磁电机，其特征在于，包括定子和设于定子外部上的转子；所述定子与转子之间设有气隙；所述定子包括定子铁芯、设于定子铁芯上的定子绕组；所述转子包括转子铁芯、设于转子铁芯内壁上的永磁体；所述定子铁芯包括定子齿与定子轭，定子齿与定子轭形成定子槽，用于容纳定子绕组；所述转子铁芯包括转子齿与转子轭，转子齿与磁极单元在周向上交替分布形成交替极结构；设定转子极对数Pr、定子极对数Ps、定子齿数Z，且满足Ps＝|Z
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Pr|。2.根据权利要求1所述的交替极游标永磁电机，其特征在于，所述磁极单元包括第一永磁体与第二永磁体，且每块第一永磁体的至少一侧设有第二永磁体；所述第一永磁体充磁方向为径向，且所有第一永磁体充磁方向相同；第二永磁体在周向上位于第一永磁体的侧面，充磁方向为切向。3.根据权利要求2所述的交替极游标永磁电机，其特征在于，所述第二永磁体的周向宽度小于第一永磁体的周向宽度；若第一永磁体的充磁方向为径向内侧，则第二永磁体充磁方向指向最为临近的第一永磁体；若第一永磁体的充磁方向为径向外侧，则第二永磁体充磁方向指向最为临近的第一永磁体的反方向。4.根据权利要求3所述的交替极游标永磁电机，其特征在于，所述第一永磁体两侧均设有第二永磁体；对于第一永磁体两侧的第二永磁体，以交替极游标永磁电机的旋转方向作为基准，设定旋转方向上游的为第二永磁体A、旋转方向下游的为第二永磁体B；在周向方向上，第二永磁体A的周向宽度小于第二永磁体B的周向宽度；在径向方向上，第一永磁体、第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：闻汇，葛书琦，王宇飞，殷猛，曾雯，郑语婷，蔡炯炯，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：