[发明专利]双定子高功率密度磁通切换永磁电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种双定子高功率密度磁通切换永磁电机，属于电机制造技术领域。

背景技术

随着工业的发展，永磁电机在风力发电，电动汽车，船舶等领域得到了广泛的应用。在大功率驱动和发电系统中，电机的体积较大，为了提高电机的功率密度，增强系统的功率分配能力，降低成本，电机可采用双定子结构。由于传统永磁同步电机的电枢绕组和永磁体分别置于定子或转子，采用双定子结构时，一般将永磁体置于转子，转子放置在双定子中间。该结构存在以下缺点：首先，由于永磁体置于转子，永磁体的安装较困难，在高速运动场合其结构可靠性差，存在脱落风险；其次，将永磁体置于双定子之间的转子时，永磁体不易散热，存在高温退磁风险。

近年来，一种定子永磁型电机，即磁通切换型永磁电机得到了广泛的关注。与传统的永磁电机相比，该电机的永磁体和电枢绕组均置于定子，转子上既无永磁体，又无电枢绕组，仅由导磁铁心组成，因此该电机具有功率密度高，转子结构简单，适合高速运行，永磁体易于散热，抗退磁能力强等优点。为了提高该类电机的功率密度，增强电机的功率分配性能，可直接将其转化为双定子结构。直接由磁通切换电机得到的双定子结构具有双定子电机和磁通切换电机共同的优点，但由于其转子为凸极结构，在双定子结构中，转子的齿部高度和导磁轭部的高度近似为单边磁通切换电机的两倍，因此该电机的转子惯量大，体积大，铁损耗大，功率密度低，效率低。

为解决上述问题，本发明提出一种双定子高功率密度磁通切换型永磁电机。与直接将单定子磁通切换电机得到的双定子磁通切换电机相比，本发明的省去了转子导磁轭部，降低了转子齿部尺寸，大大减小了转子的体积、重量和转动惯量，减小了转子铁损耗，提高了功率密度和效率，可为风力直驱发电系统，电动汽车驱动及发电系统，航空启动发电系统提供一种高功率密度，高可靠性电机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可降低制造成本，提高电机功率密度和效率，具有功率分配性能的双定子高功率密度磁通切换型永磁电机。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

本发明的双定子高功率密度磁通切换永磁电机，包括双边定子和转子，转子与内、外定子之间具有气隙。外定子包括2km块U型导磁块，2km块永磁体和2km套集中绕组；每块永磁体夹在两个相邻U型导磁块之间，集中绕组设置于U型导磁块的槽中且套住永磁体；相邻永磁体沿切向交替充磁；内定子也包括2km块U型导磁块，2km块永磁体和2km套集中绕组，内定子与外定子的导磁块的径向轴线重合，导磁齿相对，内定子与外定子空间位置相对应的永磁体充磁方向相反，其磁势串联叠加，内、外定子空间位置相同的集中绕组属于同相；沿圆周均布于内定子与外定子间的空间，导磁块采用连接桥连成环形整体，也可用非导磁材料(如环氧树脂)相连成环形，转子整体结构为常规杯形转子；转子导磁块的个数Nr与定子U型导磁块或个数满足如下关系：Nr=2km±n(n／m不为整数)，上述k，m均为正整数，n为自然数，m代表电机相数。

上述双定子高功率密度磁通切换永磁电机的内、外定子每个U型导磁块的槽中可设置双层集中绕组，也可仅设置单层集中绕组；内定子和外定子属于同相的集中绕组可串联组成一相绕组，也可并联组成内、外定子绕组，独立运行。

当上述双定子高功率密度磁通切换永磁电机的内、外定子每个U型导磁块的槽中仅设置单层集中绕组时，无集中绕组套着的永磁体可用非导磁材料代替，剩下的永磁体沿切向交替充磁，内、外定子位置相同的永磁体充磁方向相反；此结构降低了不同相绕组之间的互感，提高电机的容错性能。

当上述双定子高功率密度磁通切换永磁电机的内、外定子每个U型导磁块的槽中仅设置单集中绕组时，无集中绕组套着的永磁体可去掉，其两边的U型导磁齿合并成一个导磁齿，构成E型导磁模块，剩下的永磁体沿切向充磁极性交替，内、外定子位置相同的永磁体充磁方向相反；此结构，不仅降低了不同相绕组之间的互感，提高电机的容错性能，而且进一步增加了槽面积，提高功率密度。

上述双定子高功率密度磁通切换永磁电机的转子由Nr块导磁块可间隔排列，也可采用连接桥连成整体，导磁块上可留有安装孔，以便进一步紧固次级；转子可用非导磁材料填充紧固(如压铸铝等)。

上述双定子高功率密度磁通切换永磁电机的外定子外部和内定子内部可增加散热装置，以便于永磁体散热。

上述双定子高功率密度磁通切换永磁电机可为电动机或发电机。