[发明专利]一种高可靠性、高功率密度新型永磁电机

说明书

本发明公开了一种高可靠性、高功率密度新型永磁电机。定子采用模块化结构，槽中心设计有孤立条形结构来配合模块化的主定子铁芯，绕组采用跨距为1的分数槽集中绕组结构。转子可采用常规表贴式结构、高聚磁性的Hallbach永磁阵列结构或者是内置式永磁结构。其优点在于利用模块化定子结构及孤立条形结构与导线截面形状的匹配，极大的提高了绕线绕制工艺，进而从加工工艺方面提高电机的槽满率。此外，通过孤立条形结构的导热与隔磁作用，在减小电机绕组温度、提高绕组相间独立性的同时保证电机的电磁转矩、永磁体用量等性能指标基本不受影响。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，特别是涉及到一种高可靠性、高功率密度永磁电机。

背景技术

永磁电机具有结构简单、体积小、效率高的特点，因此在很多场合如航空航天、全电飞机和电动汽车等领域具有较好的应用情景。目前，对永磁电机的研究主要集中在功率密度的提升方面。很多文献研究表明：功率密度的提升需要依靠较高的电负荷以及较高的转子极数，但是这会使得电机定子铁耗、绕组铜耗及转子涡流损耗过大，给电机的散热带来极大的困难。电机内温度不可避免地影响永磁体的磁性能，温度过高时甚至会使永磁体退磁，造成绕组绝缘层破坏。因此，在追求高功率密度及高转矩密度的同时，给电机安全可靠地运行带来极大的威胁，大大降低了电机使用寿命。通常，通过定子外壳腔体水冷及油冷能有效的降低定子绕组及整个电机内的温度。但是，冷却系统额外的重量很难满足航空航天及全电飞行器等领域内高功重比的要求。定子铁芯及其绕组是电机内热源集中处，在保证电机高可靠性前提下，探究良好的散热方法及高效的散热途径，及时、有效地定子散热是提高永磁电机功率密度关键。

发明内容

本发明是为了解决原有永磁电机定子高可靠性与高功率密度之间的矛盾，提出的一种保证电机高可靠性、高功率密度的同时，电机的空载反电动势、电磁转矩等性能基本不变的新型永磁电机。

本发明采用的技术方案为：

一种高可靠性、高功率密度的新型永磁电机包含定子和转子；定子和转子之间具有气隙，气隙的厚度根据电机大小及要求选取。

所述定子，包括模块化定子结构、孤立条形结构、电枢绕组、槽楔。

所述模块化定子结构包括定子轭部和定子齿部相邻两模块定子轭部内侧中心位置设置有燕尾槽，燕尾槽中心设有孤立条形结构，其靠近轭部形状为燕尾齿且尺寸大小与形状与燕尾槽相匹配，孤立条形结构靠近槽口的一端通过槽楔固定。

所述转子结构包括转子铁芯和永磁体，永磁体部分嵌于铁芯中，相邻两永磁体之间通过凸起的铁芯固定，防止周向和径向滑动。进一步，所述模块化定子结构由硅钢片叠压或者其他导磁材料加工而成，模块化定子结构外半径为r₁，模块化定子结构内半径为r₂，定子齿部齿宽w_s、定子轭部轭厚为h_e、槽高h_s、定子齿部和定子轭部夹角θ₂、槽楔高h_s1、槽口高h_s0、槽口宽b_s0。

进一步，所述模块化定子结构内半径r₂与外半径r₁的关系r₂/r₁为0.5～0.8；定子轭部轭厚h_e和定子齿部齿宽w_s的关系为h_e/w_s＝0.67；定子齿部和定子轭部之间为一固定夹角θ₂＝90°；槽高h_s、槽楔高h_s1、槽口高h_s0、槽口宽b_s0则需要进行优化选取。

进一步，所述孤立条形结构由条体部分和燕尾齿组成，其材料可采用高导磁性或者高导热性材料，如硅钢片、电工铁或者铝合金；其截面形状可为矩形结构、梯形结构、阶梯型结构，而矩形结构和梯形结构适用于圆形导线。