[发明专利]一种转子分段式磁路互补型永磁同步电机

说明书

本发明公开了一种转子分段式磁路互补型永磁同步电机，包括定子和转子，定子和转子都为导磁材料且二者之间存在气隙，定子上设有导磁齿，导磁齿上交替设置集中电枢绕组和永磁体。其中电枢绕组安放于槽中，永磁体表贴于齿尖，沿径向充磁，任意相邻两永磁体充磁方向相反；定子导磁齿的个数为Ns＝4*m*k*n；导磁齿设有集中电枢绕组和永磁体的个数相同，均为2*m*k*n，所述转子设有分段导磁块的个数为Nr＝(2*m*k±1)n，其中，m为电机的相数，n和k为正整数，n为电机单元数。本发明电机具有无刷、转子结构简单、每相反电动势对称且近似正弦、转矩脉动小、永磁体用量少、功率密度高等特点。本发明可用于电动汽车等大功率要求场合；也适用于风力发电、海浪发电等场合。

技术领域

本发明涉及的是一种永磁同步电机，具体涉及的是一种转子分段式磁路互补型永磁同步电机，属于电机制造技术领域。

背景技术

随着新能源技术的发展，电机作为风力发电、轨道交通、新能源汽车等领域的核心部件，得到了广泛的研究和应用。直流电机由于电枢电流和励磁电流均可独立调节，因此无论用于电动机时的调速特性，还是作为发电机运行时的输出电压稳定性都是众多电机中最理想的。然而，由于直流电机结构上存在机械电刷和换向器，具有维护不便，可靠性差等缺点，从而限制了其使用范围。交流感应电机结构简单，无需电刷，维护方便，可靠性高，在普通传动领域得到了广泛应用，但是该电机的调速性能不佳、功率因数和效率较低。传统的永磁无刷交流电机由于功率密度大，功率因数高等优势近年来得到了较快的发展。但是，其转子上需安装永磁体来进行励磁，永磁体置于电机高速转子，不仅增加了电机的成本，而且存在受到高温、振动等因素带来的退磁风险。

近年来，一种双凸极无刷直流电机得到了相关学者的广泛关注，该电机的转子结构简单，仅由导磁材料组成，可靠性高，永磁体和电枢绕组均置于定子，受振动影响小。然而，研究表明该电机绕组磁链为单极性，而且存在诸多缺点，如反电势不对称且谐波含量大，输出转矩脉动大，功率密度低等，极大地限制其工程实用性。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的在于提供一种转子结构简单、成本低，反电势近似正弦、无电刷、运行可靠，电枢绕组和永磁体均置于定子且永磁体用量较少，功率密度和效率高，转矩脉动低的转子分段式磁路互补型永磁同步电机。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种转子分段式磁路互补型永磁同步电机，包括定子和转子，定子和转子都为导磁材料且二者之间存在气隙，定子上设有导磁齿，导磁齿上交替设置集中电枢绕组和永磁体；定子导磁齿的个数为Ns＝4*m*k*n；导磁齿设有集中电枢绕组和永磁体的个数相同，均为2*m*k*n，转子设有分段导磁块的个数为Nr＝(2*m*k±1)n；

永磁体和集中电枢绕组交替设置在定子导磁齿上，电枢绕组缠绕在一个定子导磁齿齿上，永磁体表贴于齿尖，沿径向充磁，任意相邻两永磁体充磁方向相反，其中，m为电机的相数，n和k为正整数，n为电机单元数，k为每个电机单元中一相电枢绕组串联的集中电枢绕组对数。

上述每个电机单元中任意一相电枢绕组由k对集中电枢绕组串联组成，其中任意一对集中电枢绕组中的两集中电枢绕组与转子的相对位置相差半个转子极距，对应为180度电气角度，二者具有互补特性。

上述一种转子分段式磁路互补型永磁同步电机是内转子或外转子结构。作为外转子结构时，由导磁块组成的转子设置在定子外部，作为内转子结构时，由导磁块组成的转子设置在定子内部。

上述一种转子分段式磁路互补型永磁同步电机是电动机或发电机。

本发明作为驱动电机使用时，可以提高系统的输出功率密度和带负载能力，因此特别适合大功率驱动场合，例如城市轨道交通驱动电机、电动汽车驱动电机等领域；本发明也适合作为发电机使用，用于风力发电、海浪发电等领域，该电机结构简单，无电刷，转子仅由导磁块组成，结构简单，维护方便。