[发明专利]一种聚磁型交替极容错永磁游标电机

说明书

本发明公开了一种聚磁型交替极容错永磁游标电机，包括转子和定子。转子是由两个互差180°电角度，结构完全相同，但轴向长度可以不相等的子转子、以及一个非导磁转子环拼接而成。该转子环位于两个子转子的中间，且在其中一子转子轭部和轴承之间嵌入一个非导磁圆筒。定子是由两个结构、材料完全相同的子定子以及一个非导磁定子环构成，定子环和两个子定子的形状相同，并且位于两个子定子之间。两子转子上表嵌Halbach永磁体阵列，但主励磁方向相反。电枢齿和容错齿沿圆周方向交替均匀分布，但调制齿在空间圆周上不均匀分布。该发明削弱了交替极永磁电机边端的单极性漏磁，提升了转矩密度，同时具有良好的容错能力和高功率因数。

技术领域

本发明属于电机设计领域，尤其是涉及一种容错型交替极永磁游标旋转电机。

背景技术

永磁游标电机具有机械结构简单，转矩密度高，转矩脉动低的特点，在直驱设备，比如风力发电机、船舶推进器、机器人操纵器等领域得到了广泛的关注。由于对系统可靠性的要求越来越高，这使得电机本身需要具有一定的容错能力，即当电机的某一相或者几相发生故障(短路或者开路)时，电机依然可以持续正常运行一段时间。另外，随着国内外对稀土永磁材料的使用量与日俱增，稀土永磁材料的储量有限且价格昂贵，所以在电机设计过程中如何在减少稀土永磁用量的同时，还能保证电机的转矩等电磁性能具有重要的意义。

近年来，经国内外研究发现使用交替极结构不仅可以大幅度的减少永磁体的使用量，还可以获得与常规永磁型结构相似甚至更优的电磁性能。所谓交替极结构就是转子槽内安置同一励磁方向的永磁体，永磁体之间的转子凸极铁心全部被磁化为另外一种励磁方向，从而使得永磁体的磁性与转子凸极铁心的极性依次交替排列。然而交替极永磁游标电机虽然具有上述的相关优点，但是电机漏磁非常严重。另外，文献IEEE Transactions onIndustry Applications,52(6):4789-4797.Nov./Dec.2016,“A Spoke-Type IPM MachineWith Novel Alternate Airspace Barriers and Reduction of Unipolar Leakage Fluxby Step-Staggered Rotor”指出由于电机磁路不平衡，电机边端会存在较为严重的单极性漏磁，从而使得电机外部轴承更容易被磁化，降低了轴承的使用寿命，甚至影响整个电机系统运行的可靠性。综上所述，在电机设计过程中，如何减少永磁游标电机的漏磁，保证电机的电磁性能具有重要的意义。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提出了一种聚磁型交替极容错永磁游标电机，不但提高了永磁体利用率，而且削弱了电机的径向漏磁以及电机边端的单极性漏磁。

本发明的技术方案为：

一种聚磁型交替极容错永磁游标电机，包括转子与定子。转子是由两个互差180°电角度、结构完全相同、但轴向长度可以不相等的子转子、以及一个非导磁材料做成的转子环前后串联拼接而成。该转子环位于两个子转子的中间，且转子环上没有永磁材料。在其中一子转子轭部和轴承之间嵌入一个非导磁圆筒(环)以隔磁，比如铝圆筒、环氧树脂圆筒、或者部分非导磁固体和空气构成的圆筒。其余所用材料和另一子转子相同。转子槽内镶嵌着主励磁永磁体，主励磁永磁体全部都沿径向充磁，但两个子转子的主励磁永磁体的充磁方向沿径向相反。在主励磁永磁体的两边放置辅助励磁永磁体以构成Halbach阵列，其磁化方向为切向充磁。两个子转子的辅助励磁永磁体的磁化方向相反：磁化方向为径向向外的主励磁永磁体两边的辅助励磁永磁体的磁化方向为沿切向指向主励磁永磁体，而磁化方向为径向向内的主励磁永磁体两边的辅助励磁永磁体的磁化方向为沿切向背离主励磁永磁体。定子是由两个结构、材料完全相同的子定子以及一个非导磁材料做成的定子环构成，该定子环位于两个子定子中间，且形状和两个子定子完全相同。定子各部分的轴向长度与转子相应各部分的轴向长度相等。定子与转子之间具有间隙。