【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子，特别涉及一种具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机和调速系统。
技术介绍
1、在交通电气化快速发展的背景下，永磁电机在近年来得到了广泛的研究。在使用永磁体励磁的情况下，电机具有高转矩密度及高效率的固有优点，在轨道交通、电动汽车等交通领域具有很大的应用前景。根据永磁体的位置，永磁电机可分为转子永磁电机、定子永磁电机和双永磁电机。与其他转子型电机相比，定子永磁电机将永磁体和电枢绕组置于定子上，采用了简单的凸极转子，具有转子结构坚固、散热能力好等优点。如今，各种类型的定子永磁电机已经在文献中被广泛提出，包括磁通反向永磁电机，双凸极永磁电机和磁通切换永磁电机。然而，根据电机类型的不同，永磁体在定子上具有不同的拓扑结构。定子永磁电机的一个主要类型是磁通切换永磁电机，由于辐条型永磁体拓扑的聚磁效应，磁通切换永磁电机具有高转矩密度的优点。同时，此类电机的磁链及反电动势具有良好的正弦性，可直接使用直极转子，无需使用转子斜极结构来降低转矩脉动，使得转子结构简单，结构坚固。
2、但现有技术的磁通切换电机也存在着诸多问题。由于定子切向充磁的永磁体嵌入定子齿中间，主磁路所经定子齿的有效面积大幅减少，降低了定子铁芯的利用率，容易导致铁芯磁饱和，影响电机的过载性能。同时，由于铁芯利用率低的缺点，通过增加永磁体用量来增加转矩的方式难以实现，影响此类电机在高转矩密度需求场合下的应用。换言之，相同功率等级的情况下，磁通切换电机的永磁体用量会明显高于转子永磁无刷电机。稀土永磁材料的价格昂贵且逐步上涨，导致电机生产成本增加，这将会在
3、为提高磁通切换永磁电机的性能，拓宽其应用前景，在国内外文献中，可以看到多种新型磁通切换电机的研究。中国专利中对具有“u”型铁芯的磁通切换永磁电机进行了公布，其工作原理在文献中得到了深入研究。这种电机的定子具有12槽结构，永磁体沿径向插入定子齿中间，充磁方向为沿圆周切向。同时使用分数槽集中式绕组，具有绕组端部短，铜耗低的优点。转子使用凸极结构，由冲片叠压而成，具有结构简单，坚固的特点。其后，为提高永磁体使用率，减少永磁体用量，“c”型铁芯的磁通切换电机在文献中被提出。这种电机的定子具有6槽结构，定子铁芯模块呈“c”字型，大幅减少了永磁材料的使用，同时增加了电枢绕组的槽面积。随后，“e”型铁芯的磁通切换永磁电机在文献中被提出，在“c”字型定子铁芯模块的基础上，在定子拓扑结构中添加了额外的一组定子齿，使定子铁芯呈“e”字型。这种电机由于使用了单层电枢绕组结构，不同相绕组不会直接接触，大幅提高了电机的容错性能。“c”字型和“e”字型铁芯的磁通切换电机在减少了接近一半的永磁体用量的同时，空载电动势及转矩密度上较“u”字型铁芯的磁通切换电机均有大幅提高。在中国专利中公布了一种“e”型铁芯的混合励磁磁通切换电机。该专利技术中，直流励磁线圈绕制在定子嵌有永磁体的主齿上，且相邻主齿上的直流线圈励磁方向相反，提高了“e”型铁芯磁通切换电机的调磁范围。为进一步提高磁通切换永磁电机的转矩表现，多套永磁体作为励磁源的结构在文献中被提出。为了进一步提高转矩密度，径向充磁的永磁体被插入定子齿端部，利用磁通反向原理，提高了电机铁芯利用率。在这种设计中，径向充磁永磁体和切向充磁永磁体具有并联磁路，两组永磁体激发的磁链具有相同的相位。因此，两组永磁体励磁的转矩可以有效叠加，进而大幅提高转矩密度。此外，中国专利公开了一种双转子磁通切换永磁电机。此专利技术中定子位于两个凸极转子之间，定子上相邻永磁体与内外转子形成一个完整的串联回路。与传统磁通切换电机相比，定子齿部的饱和问题被明显改善，显著提高了永磁体的利用率。除径向磁通的磁通切换电机之外，中国专利公开了一种磁通切换型轴向磁通永磁无刷电机。此专利技术由两个定子与一个转子组成。定子由十二个“u”型铁芯组成和十二块扇形永磁体交替组成。同时，三相集中绕组绕制于两个定子上。转子使用凸极结构，具有结构简单，可靠性高，和动态性能高的特点。这种电机轴向尺寸较小，适合要求薄型安装的场合。
4、综合国内外文献、专利来看，磁通切换永磁电机主要问题集中于定子铁芯有效面积小，易出现磁饱和现象，导致铁芯及永磁体使用率低。这使得此类电机转矩密度难以进一步提升，影响了其在高转矩密度场景下的应用。同时，永磁体用量增加所带来的成本大幅提高。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有磁通切换永磁电机技术铁芯使用率低、永磁体使用率低、成本高的现状，提供了一种可以提高定子铁芯利用率，增加转矩密度及电机效率的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机和调速系统。使得该电机在增加永磁体用量的同时降低整体定、转子铁芯的磁通密度，抑制铁芯磁饱和现象的发生。该专利技术有效提升了磁通切换电机中永磁体的使用率，降低了其成本，特别适用于作为大转矩直接驱动交流调速系统的驱动装置。
2、为解决上述技术问题，本专利技术创新性地提出了一种具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，该磁通切换永磁电机包括定子、转子，以及设置在所述定子上的电枢绕组、一组切向充磁永磁体和一组径向充磁永磁体；其中，所述定子包括至少两个e字型铁芯模块，相邻两个所述e字型铁芯模块之间由位于定子轭部外圆侧的磁桥相连接。
3、进一步的，每个所述切向充磁永磁体嵌设于相邻两个所述e字型定子铁芯模块之间的永磁体槽内，且以顺时针、逆时针的充磁方向依次交替设置每个所述切向充磁永磁体。
4、进一步的，每个所述径向充磁永磁体嵌入所述定子的槽口；且在同一所述e字型铁芯模块内的径向充磁永磁体的充磁方向相同，在相邻两个所述e字型铁芯模块内的径向充磁永磁体的充磁方向相反。
5、进一步的，所述切向充磁永磁体和/或径向充磁永磁体的材料为铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢。
6、进一步的，所述电枢绕组采用单层分数槽集中绕组结构，所述电枢绕组包括若干相绕组，每一相所述绕组包括多个依次连接的线圈；其中，同一相所述绕组的线圈以径向相对的方式绕制在嵌有切向充磁永磁体的所述定子的齿上。
7、进一步的，所述电枢绕组包括a相绕组、b相绕组和c相绕组，以a相绕组、c相绕组、b相绕组的循环顺序绕制线圈。
8、进一步的，所述定子和/或所述转子为凸极结构；所述转子为直极结构转子或斜极结构转子。
9、进一步的，该磁通切换永磁电机为径向磁通式内转子结构，所述转子设置于所述定子的内部；或着，该磁通切换永磁电机为外转子结构，所述定子设置于所述转子的内部；或者，该磁通切换永磁电机为双转子结构，所述定子夹设在两个所述转子之间；或者，该磁通切换永磁电机为双定子结构，所述转子夹设在两个所述定子之间。
10、进一步的，所述定子和转子均由导磁材料叠压而成；或者，在低转速情况下，或对铁芯损耗无要求的情况下，所述定子和转子由导磁材料整体加工而成。
11、本专利技术第二方面提供一种调速系统，包括如上述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机。
12、本专利技术提供的技术方案至少具有以下优点：
13、1)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，该磁通切换永磁电机包括定子(1)、转子(2)，以及设置在所述定子(1)上的电枢绕组(3)、一组切向充磁永磁体(4)和一组径向充磁永磁体(5)；
2.如权利要求1所述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，每个所述切向充磁永磁体(4)嵌设于相邻两个所述E字型定子铁芯模块之间的永磁体槽内，且以顺时针、逆时针的充磁方向依次交替设置每个所述切向充磁永磁体(4)。
3.如权利要求1所述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，每个所述径向充磁永磁体(5)嵌入所述定子(1)的槽口；
4.如权利要求1所述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，所述切向充磁永磁体(4)和/或径向充磁永磁体(5)的材料为铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢。
5.如权利要求1所述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，所述电枢绕组(3)采用单层分数槽集中绕组结构，所述电枢绕组(3)包括若干相绕组，每一相所述绕组包括多个依次连接的线圈；
6.如权利要求5所述的具有定
7.如权利要求1所述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，所述定子(1)和/或所述转子(2)为凸极结构；
8.如权利要求1所述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，该磁通切换永磁电机为径向磁通式内转子结构，所述转子(2)设置于所述定子(1)的内部；
9.如权利要求1所述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，所述定子(1)和转子(2)均由导磁材料叠压而成；
10.一种调速系统，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机。
...【技术特征摘要】
1.一种具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，该磁通切换永磁电机包括定子(1)、转子(2)，以及设置在所述定子(1)上的电枢绕组(3)、一组切向充磁永磁体(4)和一组径向充磁永磁体(5)；
2.如权利要求1所述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，每个所述切向充磁永磁体(4)嵌设于相邻两个所述e字型定子铁芯模块之间的永磁体槽内，且以顺时针、逆时针的充磁方向依次交替设置每个所述切向充磁永磁体(4)。
3.如权利要求1所述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，每个所述径向充磁永磁体(5)嵌入所述定子(1)的槽口；
4.如权利要求1所述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，所述切向充磁永磁体(4)和/或径向充磁永磁体(5)的材料为铁氧体或者钕铁硼永磁磁钢。
5.如权利要求1所述的具有定子槽口永磁体的磁通切换永磁电机，其特征在于，所述电枢绕组(...
【专利技术属性】
技术研发人员：毕言鼎，傅为农，牛双霞，黄佳慧，乔振阳，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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