[发明专利]高转矩低损耗永磁容错电机

说明书

技术领域

本发明涉及到永磁游标电机，特别是永磁容错游标电机，适用于要求高转矩密度、高可靠性的应用场合，属于新型电机制造技术领域。

背景技术

永磁游标电机是基于基本的磁齿轮磁场调制效应工作的一种新型特种电机，可以将高转速的电枢绕组产生的电枢磁场经过调制与低转速的永磁体旋转磁场相匹配。因而，具有大转矩密度的特点，非常适合于需要大转矩的轨道交通、船舶推进和电动汽车应用场合。然而传统的永磁游标电机采用的是分布式的电枢绕组，使得电机相间的电、磁、热以及物理的耦合较为严重，降低了电机相间的独立性，不利于电机的容错运行，限制了其在要求高可靠性的场合的应用。

中国发明专利申请号201210192651.6公开了一种容错式永磁游标电机，采用了单层集中式的绕组，绕组相间独立，解决了传统永磁游标电机相间耦合的问题，大大提升了电机的容错性能。中国发明专利申请号201510532041.X公开了一种有聚磁效应的内嵌式永磁容错型游标电机，该发明采用了辐向内嵌式切向充磁的永磁体，改善了传统表贴式径向充磁永磁体极间漏磁较大的问题，一定程度上提升了永磁体的利用率，增大了气隙磁密，提高了电机的功率密度。但是，以上发明中，游标电机的定子结构中均采用的是每个定子齿端部开一个小槽的传统定子结构，大大增加了游标电机中调制极的数目。同时，在游标电机中，为了获得较高的幅值的有效谐波磁场，调制极数等于绕组的极对数与永磁体的极对数之和。由此可见，在保持绕组极对数不变的情况下，调制极数的增加势必会导致永磁体极对数的增加，这就使得以上发明电机的永磁体极对数过高。由电机学基本知识可知，永磁体极对数过大，不可避免会增加永磁体的极间漏磁，降低了永磁体的利用率。中国发明专利申请号201510532041.X公开的一种有聚磁效应的内嵌式永磁容错型游标电机，通过采用了辐向永磁体，一定程度上改进了永磁体极间的漏磁，但是，由于其采用的传统的定子结构，其永磁体极对数仍然较高，永磁体的极间漏磁过大的问题仍然并没有从根本上得到解决。

另一方面，在以上发明中，传统定子结构，导致的电机中过高的永磁体极对数，势必会增大电机运行的电频率，使得电机的铁心损耗增大，降低了电机效率。

发明内容

本发明的目的是，针对现有永磁容错游标电机的不足，提出一种高转矩低损耗永磁容错电机，其采用新型的混合定子结构，大大降低了电机的调制极数和永磁体极对数，有效地抑制了永磁体的极间漏磁，提升了永磁体的利用率，从而提升了转矩密度。同时，由于永磁体极对数的减少，使得电机在一定转速下运行的电频率有所降低，减小了电机的铁心损耗，提高了电机的效率。

具体地说，本发明是采取以下的技术方案来实现的：高转矩低损耗永磁容错电机，包括混合定子和转子，气隙设置在混合定子和转子之间；

所述混合定子包含两种不同结构类型交替排列的定子齿，分别为齿端有小槽的定子齿、齿端没有小槽的定子齿，二者的齿身为平行齿，均垂直延伸至定子的轭部，与定子轭部相连，形成整体，所述齿端有小槽的定子齿端部具有一个或多个小槽，形成了若干个第一调制极，所述齿端没有小槽的定子齿的端部没有小槽,为结构简单的直齿，也具有调制磁场的作用，所述齿端有小槽的定子齿、齿端没有小槽的定子齿共同形成了若干个第二调制极，且二者之间设有定子槽，定子槽内嵌入有集中式的电枢绕组；转子的圆周内侧设置永磁体。

进一步，所述第一调制极的弧度与齿端没有小槽的定子齿的弧度比为0.5～1.5；齿端有小槽的定子齿的宽度与齿端没有小槽的定子齿的宽度比为0.8～1.2；第一调制极中槽口的弧度与齿端有小槽的定子齿、齿端没有小槽的定子齿间槽口的弧度比为0.6～1.4；永磁体的极弧系数为0.4～1.0。

进一步，所述永磁体的极对数与电枢绕组的极对数之和等于齿端有小槽的定子齿端部的小齿和齿端没有小槽的定子齿共同形成的若干个第二调制极的数目。

进一步，根据磁通路径不同，高转矩低损耗永磁容错电机能够设计为径向磁通型；根据需要电机可设计为任意相数。

进一步，所述永磁体的放置方式可以是表面式、内置式或混合式。

进一步，所述混合定子和转子部分由导磁材料制成，永磁体选用高磁能积的铷铁硼或者廉价的铁氧体永磁材料。

有益效果:

1.本发明中的混合定子结构大大减小了调制极数，使得电机在绕组极对数一定的情况下，减小了永磁体的极对数，有效地抑制了永磁体的极间漏磁，提升了永磁体的利用率，进而提高了电机的转矩密度；此外还有效地减小了电机在固定转速下运行的电频率，从而减小铁心损耗，提升了效率。