本发明专利技术公开一种组合磁极Halbach结构非对称永磁电机，包括外侧定子和内侧转子，转子表面设置有非均匀Halbach阵列，Halbach阵列的每个磁极由分段式不等宽三部分单元块组合排列组成，包括径向磁化的混合永磁体主磁极单元块和其左右相邻的铁氧体永磁体辅磁极单元块，以及切向磁化的铁氧体永磁体单元块。转子内部交替分布两种不同尺寸的V型和倒V型对称空气磁障，其中V型空气磁障的一侧内置钕铁硼永磁体，倒V型空气磁障内置两块不以磁障轴线对称且长度不等的钕铁硼永磁体。本发明专利技术在一定永磁体用量的前提下,通过永磁体的磁极偏置设计使得永磁转矩和磁阻转矩分量的最大电流角更为逼近,增强了非对称磁场偏移效应，提升转矩分量利用率，有效提高了转矩输出能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种组合磁极halbach结构非对称永磁电机，属于永磁电机。
技术介绍
1、稀土永磁电机凭借着其功率密度高、效率高、可靠性强等优点成为了电动汽车驱动电机的主要选择，但传统内置式稀土永磁电机通常采用对称结构,因此永磁转矩与磁阻转矩分量的转矩叠加率不高,导致了电机存在功率和转矩密度偏低等问题，此外稀土永磁材料的价格上涨客观上也造成了电机设计成本的提高。因此在控制永磁体用量成本的情况下，如何通过非对称优化设计使永磁转矩与磁阻转矩的最大转矩电流角相逼近来进一步提升电机转矩利用率和转矩密度成为永磁电机领域的研究难点。
2、现阶段永磁电机中非对称结构优化主要靠改变永磁直轴和磁轴直轴夹角差值实现，主要优化设计方法主要分为单磁轴偏移和双磁轴偏移方法，其中单磁轴偏移原理即在不改变原转子铁芯对称结构的基础上在局部空间内进行永磁体偏移或偏置改变永磁直轴的位置，双磁轴偏移原理即在改变转子铁芯对称结构的同时对永磁体进行非对称排布实现永磁直轴和磁轴直轴共同偏转来实现永磁转矩与磁阻转矩的最大转矩电流角相逼近，两种优化方式下不同的转矩分量比例也使得电机性能各有利弊。
3、中国专利申请201810203005.2提出的非对称转子型永磁电机结构，其转子内部通过永磁体偏置使永磁体非对称分布能够解决传统内置永磁电机中转矩利用率不高的问题，但转子内部永磁体均采用稀土永磁材料会导致永磁材料成本高昂，此外传统v型空气磁障结构的并行排布没有能够充分考虑到转子内部空间利用率的问题，因此存在进一步对磁障结构排布合理优化设计的需要。
>4、中国专利申请202310400139.4提出的非对称分段内置式永磁电机结构，将径向磁化永磁体放置在相邻的v型空气磁障间，充分利用了电机内部结构提高了转矩密度，但是漏磁情况较为严重，因此存在进一步对表嵌永磁体结构进行合理优化设计的需要。5、因此现有技术中，对于非对称永磁电机的设计，在如何实现合理配置永磁材料的用量配比以降低永磁成本，并合理优化永磁体结构以实现对转子内部空间充分利用的基础上，进而保证永磁转矩和磁阻转矩分量能够在相近的电流角下达到最大值，提高转矩输出能力，尚存在亟待解决的问题。
6、申请人经检索发现，中国专利公开号为cn114640201a的专利技术专利提出了一种基于halbach阵列新型永磁电机转子，此转子结构利用v型永磁体磁阻转矩，增大了电机的转矩密度，结合halbach阵列，降低转矩脉动、改善气隙磁密正弦性,减小了铁芯损耗，达到提高永磁同步电机效率的目的。
7、本申请与专利cn114640201a“一种基于halbach阵列新型永磁电机转子”的技术对比如下：
8、1、专利cn114640201a中针对的是对传统对称结构下转矩性能的提升，转子内部v型空气磁障中采用对称永磁结构，结合halbach阵列以降低转矩脉动，提高电机效率为主要目标。而本专利针对的是非对称电机下的转矩叠加率提升来增强转矩输出能力，该非对称结构需要充分考虑永磁转矩和磁阻转矩分量的最大转矩电流角的逼近情况，针对此问题，本专利采用永磁体偏转以及永磁体偏置两种方式并行的设计形式，进而对永磁转矩磁轴进行两次偏移使其与磁轴转矩磁轴能在相近电流角下达到各自峰值以此来提升总转矩的功率密度，与专利cn114640201a的应用目的不同。
9、2、专利cn114640201a采用对称v型空气磁障结构，而本专利提出采用两种不同尺寸的v型和倒v型空气磁障交错排列的方式，更充分的利用了转子内部空间；专利cn114640201a的磁障内部的永磁体以磁障轴线对称，而本专利的v型空气磁障内部单侧内置一块钕铁硼永磁体，倒v型空气磁障内置两块不以磁障轴线对称且长度不等的钕铁硼永磁体，三者设计长度均不相同，能够有效的控制磁力线的流向，与专利cn114640201a的结构性质不同。
10、3、专利cn114640201a采用的是每极磁块数为2的表贴式halbach均匀对称阵列，通过径向以及切向磁化的永磁体交错排列来增强单边磁场，而本专利采用的是每极磁块数为5的表嵌式halbach非对称阵列，结构更为复杂，磁极主要由分段式不等宽的径向磁化永磁体，切向磁化永磁体以及辅磁极永磁体三组永磁单元块组合排列组成，其主磁极相较于专利cn114640201a采用组合磁极堆叠设计且逆时针偏转一定机械角度。就halbach结构设计目的而言，本专利与专利cn114640201a存在本质区别。
11、申请人经检索发现，中国专利公开号为cn108808910a的专利技术专利提出了一种内置式混合永磁电机，此专利技术通过不对称设置不同材料的永磁体结构，提高了电机永磁体利用率、输出转矩及效率，并降低了转矩脉动。
12、本申请与专利cn108808910a“一种内置式混合永磁电机”的技术对比如下：
13、1、专利cn108808910a中主要针对的是通过永磁体非对称放置实现对转矩性能的提升，而本专利在非对称放置的基础上，通过永磁体偏转以及单边偏置设计能够更有效的提高电机转矩利用率，与专利cn108808910a的结构性质不同，设计要求更复杂。
14、2、专利cn108808910a中转子内部v型槽结构通过两块组成并联磁路的矩形永磁体首尾相连放置构成非对称结构，整体磁通回路未发生明显改变，而本专利内部v型空气磁障单边内置永磁体，通过左侧磁障有效隔绝磁力线进而改变了整体磁路结构，非对称磁轴偏移效应更强，与专利cn108808910a的磁障设计目的不同。
15、3、专利cn108808910a中外层的一字型槽以及其内部径向磁化永磁体呈现对称结构，而本专利外层表嵌halbach非对称阵列结构，通过非对称偏转主磁极有效的实现永磁磁轴偏移，磁极结构更特殊，聚磁能力更强，与专利cn108808910a存在明显区别。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种组合磁极halbach结构非对称永磁电机，在不改变转子铁芯对称结构的基础上，通过永磁体偏转以及偏置设计改变永磁结构对称性实现了永磁磁轴偏移，使得永磁转矩和磁阻转矩分量能够在相近的电流角下达到最大值进而有效克服了电机转矩利用率低的缺陷。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、一种组合磁极halbach结构非对称永磁电机，其特征在于：包括采用偶数定子槽的外侧定子以及内侧混合表嵌-内置式永磁式转子，所述定子与转子之间隔有气隙，所述转子环绕放置在其中轴线转轴四周且位于定子内部中心，所述定子包括定子铁芯以及缠绕在定子铁芯上的三相电枢绕组，所述定子铁芯包括定子齿、定子轭和定子槽，所述定子齿的一端靠近转子，所述定子齿远离转子的一端与定子轭连接，所述定子槽位于相邻的定子齿之间，所述转子包括内外两层，在转子外层壁上设置有扇形状的第一开口槽，所述第一开口槽内放置有halbach阵列的切向磁化的第四铁氧体永磁体加以固定，各第一开口槽之间形成的第二开口槽内完全填充放置了halbac本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种组合磁极Halbach结构非对称永磁电机，其特征在于：包括采用偶数定子槽(3.3)的外侧定子(3)以及内侧混合表嵌-内置式永磁式转子(4)，所述定子(3)与转子(4)之间隔有气隙，所述转子(4)环绕放置在其中轴线转轴(6)四周且位于定子(3)内部中心，所述定子(3)包括定子铁芯以及缠绕在定子铁芯上的三相电枢绕组(5)，所述定子铁芯包括定子齿(3.1)、定子轭(3.2)和定子槽(3.3)，所述定子齿(3.1)的一端靠近转子(4)，所述定子齿(3.1)远离转子(4)的一端与定子轭(3.2)连接，所述定子槽(3.3)位于相邻的定子齿(3.1)之间，所述转子(4)包括内外两层，在转子(4)外层壁上设置有扇形状的第一开口槽(4.1)，所述第一开口槽(4.1)内放置有Halbach阵列的切向磁化的第四铁氧体永磁体(2.4)加以固定，各第一开口槽(4.1)之间形成的第二开口槽(4.4)内完全填充放置了Halbach阵列中上层为第一钕铁硼永磁体(1.1)、下层为第二铁氧体永磁体(2.2)径向磁化组合而成的主磁极和相邻两侧的两块铁氧体永磁体辅磁极，分别为第一铁氧体永磁体(2.1)和第三铁氧体永磁体(2.3)，所述转子(4)外层壁上第二开口槽(4.4)的中轴线与转子(4)轴线相重合，所述第一开口槽(4.1)的数量与电机的极数相同，所述转子轭(4.5)上交替分布了两种不同尺寸的V型空气磁障(4.3)和倒V型空气磁障(4.4)，所述V型空气磁障(4.3)和倒V型空气磁障(4.2)的轴线均经过转子(4)轴线，且均与切向磁化的第四铁氧体永磁体(2.4)轴线重合，所述倒V型空气磁障(4.2)放置在N向磁化的第一钕铁硼永磁体(1.1)左侧，所述倒V型空气磁障(4.4)的内外斜边均贴近第一铁氧体永磁体(2.1)内径；所述V型空气磁障(4.3)放置在N向磁化的第一钕铁硼永磁体(1.1)右侧，所述倒V型空气磁障(4.2)中放置有两块不以倒V型空气磁障(4.2)轴线对称且长度不等的内置式钕铁硼永磁体，分别为第二钕铁硼永磁体(1.2)和第三钕铁硼永磁体(1.3)，所述V型空气磁障(4.3)中单边内置有第四钕铁硼永磁体(1.4)。
2.根据权利要求1所述的一种组合磁极Halbach结构非对称永磁电机，其特征在于：所述三相电枢绕组(5)为双层分数槽集中式绕组。
3.根据权利要求1所述的一种组合磁极Halbach结构非对称永磁电机，其特征在于：所述V型空气磁障(4.3)的内外斜边的最优位置为贴近第二开口槽(4.4)的内径设置。
4.根据权利要求3所述的一种组合磁极Halbach结构非对称永磁电机，其特征在于：所述V型空气磁障(4.3)的右侧单边内置有第四钕铁硼永磁体(1.4)，所述倒V型空气磁障(4.2)中左侧内置有第二钕铁硼永磁体(1.2)，右侧内置有第三钕铁硼永磁体(1.3)，所述第三钕铁硼永磁体(1.3)和第二钕铁硼永磁体(1.2)长度不等，且相较倒V型空气磁障(4.4)的轴线呈现非对称结构。
5.根据权利要求1所述的一种组合磁极Halbach结构非对称永磁电机，其特征在于：所述第一钕铁硼永磁体(1.1)为扇形，所述第二钕铁硼永磁体(1.2)、第三钕铁硼永磁体(1.3)以及第四钕铁硼永磁体(1.4)均设置为矩形。
6.根据权利要求1所述的一种组合磁极Halbach结构非对称永磁电机，其特征在于：所述第四铁氧体永磁体(2.4)外径与转子(4)外径相同，所述第二铁氧体永磁体(2.2)和第一钕铁硼永磁体(1.1)的圆心角相同，且第一钕铁硼永磁体(1.1)与转子(4)外径相同，所述第一钕铁硼永磁体(1.1)与第二铁氧体永磁体(2.2)的厚度比为3：1；相邻左侧第三铁氧体永磁体(2.3)和右侧第一铁氧体永磁体(2.1)的外径与第一钕铁硼永磁体(1.1)的半径相同。
7.根据权利要求6所述的一种组合磁极Halbach结构非对称永磁电机，其特征在于：所述第三铁氧体永磁体(2.3)、第一钕铁硼永磁体(1.1)和第一铁氧体永磁体(2.1)三者的圆心角比为1：4：8。
8.根据权利要求1所述的一种组合磁极Halbach结构非对称永磁电机，其特征在于：所述倒V型空气磁障(4.2)的内侧夹角为β1，V型空气磁障(4.3)的内侧夹角为β2，β2-β1＝10°。
9.根据权利要求1所述的一种组合磁极Halbach结构非对称永磁电机，其特征在于：所述倒V型空气磁障(4.2)左侧的第三钕铁硼永磁体(1.3)、右侧的第二钕铁硼永磁体(1.2)和V型空气磁障(4.3)右侧的第四钕铁硼永磁体(1.4)的长度比为9：8：12，三者的厚度比为1：1：1.25，三者与磁障内侧交点的距离比为1：6：10。...
【技术特征摘要】
1.一种组合磁极halbach结构非对称永磁电机，其特征在于：包括采用偶数定子槽(3.3)的外侧定子(3)以及内侧混合表嵌-内置式永磁式转子(4)，所述定子(3)与转子(4)之间隔有气隙，所述转子(4)环绕放置在其中轴线转轴(6)四周且位于定子(3)内部中心，所述定子(3)包括定子铁芯以及缠绕在定子铁芯上的三相电枢绕组(5)，所述定子铁芯包括定子齿(3.1)、定子轭(3.2)和定子槽(3.3)，所述定子齿(3.1)的一端靠近转子(4)，所述定子齿(3.1)远离转子(4)的一端与定子轭(3.2)连接，所述定子槽(3.3)位于相邻的定子齿(3.1)之间，所述转子(4)包括内外两层，在转子(4)外层壁上设置有扇形状的第一开口槽(4.1)，所述第一开口槽(4.1)内放置有halbach阵列的切向磁化的第四铁氧体永磁体(2.4)加以固定，各第一开口槽(4.1)之间形成的第二开口槽(4.4)内完全填充放置了halbach阵列中上层为第一钕铁硼永磁体(1.1)、下层为第二铁氧体永磁体(2.2)径向磁化组合而成的主磁极和相邻两侧的两块铁氧体永磁体辅磁极，分别为第一铁氧体永磁体(2.1)和第三铁氧体永磁体(2.3)，所述转子(4)外层壁上第二开口槽(4.4)的中轴线与转子(4)轴线相重合，所述第一开口槽(4.1)的数量与电机的极数相同，所述转子轭(4.5)上交替分布了两种不同尺寸的v型空气磁障(4.3)和倒v型空气磁障(4.4)，所述v型空气磁障(4.3)和倒v型空气磁障(4.2)的轴线均经过转子(4)轴线，且均与切向磁化的第四铁氧体永磁体(2.4)轴线重合，所述倒v型空气磁障(4.2)放置在n向磁化的第一钕铁硼永磁体(1.1)左侧，所述倒v型空气磁障(4.4)的内外斜边均贴近第一铁氧体永磁体(2.1)内径；所述v型空气磁障(4.3)放置在n向磁化的第一钕铁硼永磁体(1.1)右侧，所述倒v型空气磁障(4.2)中放置有两块不以倒v型空气磁障(4.2)轴线对称且长度不等的内置式钕铁硼永磁体，分别为第二钕铁硼永磁体(1.2)和第三钕铁硼永磁体(1.3)，所述v型空气磁障(4.3)中单边内置有第四钕铁硼永磁体(1.4)。
2.根据权利要求1所述的一种组合磁极halbach结构非对称永磁电机，其特征在于：所述三相电枢绕组(5)为双层分数槽集中式绕组。
3.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈云云，周鑫，陆明杰，束长宝，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：
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