[发明专利]一种双定子错位转子齿磁通切换型永磁电机及电磁设备

说明书

本发明属于电机设计制造领域，提供一种双定子错位转子齿磁通切换型永磁电机及电磁设备，它解决了现有磁通切换型永磁电机存在转矩密度提升和转矩脉动抑制不协调问题，具有高功率密度，强过载能力，低齿槽转矩，低转矩脉动和适合模块化制造的效果。其中该电机包括内定子，其布置在转子内侧；外定子，其布置在转子外侧；转子，其内侧和外侧分别均匀布设有若干内侧转子齿和外侧转子齿，且内侧转子齿和外侧转子齿错位布置，实现永磁磁通在转子内外侧气隙上交替聚合以提高转矩密度，通过转子内外侧气隙产生的转矩分量叠加来抑制转矩脉动。

技术领域

本发明属于电机设计制造领域，尤其涉及一种双定子错位转子齿磁通切换型永磁电机及电磁设备。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

根据永磁电机的永磁体安放位置的不同，可以将永磁电机分类为永磁定子型电机和永磁转子型电机。永磁定子型电机指将永磁体安放在电机定子上，永磁转子型电机指将永磁体安放在转子上。在目前工业应用中，永磁转子型电机占据主导地位。根据永磁体在转子上安放形式的不同，又可以将永磁转子型电机分为表贴式和内置式两种类型。然而对于表贴式永磁电机，在负载时电枢反应磁场的磁力线直接径向垂直地通过永磁体，在低速大转矩的负载条件下，负载时的电枢电流较大，电枢反应强烈，永磁体常常面临很大的不可逆退磁风险。对于内置式永磁电机，永磁体内置于转子内部，随着转子一起转动，散热较为困难，因此转子的温升是限制该类电机过载能力的主要因素。与之相反，永磁定子型电机的电枢反应磁力线并不直接垂直通过永磁体，而且永磁体是安放在静止的定子上，从而只需对定子处安装合适的强制散热冷却系统便可以有效的减小永磁体的工作温度。

常见的永磁定子型电机主要是磁通切换型永磁电机，该类型电机工作原理是基于磁通切换原理和磁阻最小原理。传统的磁通切换型永磁电机是由多个U型铁心和多块永磁体依次紧贴装配而成。永磁体置放于相邻两块U型铁心之间，转子仅有硅钢片叠压而成。绕组通常采用集中式绕组，绕组线圈绕制于U型铁心齿-永磁体-U型铁心齿构成的“三明治”结构上。由于磁通切换型永磁电机上的集中绕组具有一致性和互补性，每个线圈中的反电势和永磁磁链的偶数次谐波分量可以被完全抵消，从而得到低谐波畸变率的磁链和反电动势。另外，该类电机由于相邻永磁体充磁方向相反，可以产生聚焦磁通的作用，从而提高了气隙磁通密度，可以产生较高的转矩密度。虽然如此，由于该类型电机是双凸极的结构，电机具有很高的齿槽转矩和转矩脉动的缺点，不可避免地产生振动和噪音。

发明人发现，尽管利用切削永磁体、斜极斜槽、优化齿部形状或采用复杂的驱动算法，可以一定程度上减少齿槽转矩和转矩脉动，但也不可避免造成输出转矩的下降并且增加制造难度，因此，现有磁通切换型永磁电机存在转矩密度提升和转矩脉动抑制两者不协调问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供一种双定子错位转子齿磁通切换型永磁电机，其采用内侧转子齿和外侧转子齿错位布置结构实现永磁磁通在内外侧气隙上的交替聚合，提高转矩密度，并通过双气隙产生的转矩分量叠加有效抑制转矩脉动。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双定子错位转子齿磁通切换型永磁电机，包括：

内定子，其布置在转子内侧；

外定子，其布置在转子外侧；

转子，其内侧和外侧分别均匀布设有若干内侧转子齿和外侧转子齿，且内侧转子齿和外侧转子齿错位布置，实现永磁磁通在转子内外侧气隙上交替聚合以提高转矩密度，通过转子内外侧气隙产生的转矩分量叠加来抑制转矩脉动。

作为一种实施方式，所述内定子包括若干内定子U型铁心单元、内定子永磁体和内定子绕组；内定子永磁体设置在相邻的两个内定子U型铁心单元之间；所述外定子绕组采用多线圈相组集中式绕组且可独立控制。