[发明专利]三相聚磁式H型定子横向磁通永磁电机

说明书

本发明公开了一种三相聚磁式H型定子横向磁通永磁电机，包括定子、位于定子轴向两侧的第一转子和第二转子；H形定子铁心与H形永磁体交替排列后形成的带有凹槽的定子，凹槽内绕设有电枢线圈，H形永磁体沿周向磁化且相邻两个H形永磁体的磁化方向相反；第一、第二转子均有沿径向布置的2圈转子齿，通过一圆盘型轭部连成一体，每圈转子齿的数目为n个，并沿周向均匀排列，相邻两圈转子齿错开180/n机械角度。本发明的磁路可以通过轴向气隙分别往两个转子方向走，每相绕组可交链双倍磁通，提高了电机空间利用率和转矩密度。

技术领域

本发明属于横向磁通电机技术领域。

背景技术

横向磁通电机结构是德国教授HerbertWeh在20世纪80年代初提出的，能从根本上提高转矩密度。传统永磁电机中，定子齿槽在同一截面，若增加线圈截面积，则齿的宽度要减小，由于饱和作用要减小磁通，齿槽尺寸相互制约。横向磁通永磁电机的定子齿和电枢线圈在空间上相互垂直，齿宽和线圈横截面尺寸彼此独立，磁路和电路解耦，因此可以获得更高的转矩密度和功率密度，适用于风力发电、电动汽车、直升机、舰船驱动等电力直驱领域。

德国H.Weh教授完成了首台45kW的横向磁通永磁电机样机制造，Aachen工业大学G.Henneberger教授在原型机基础上设计了单边定子的平板式轮毂结构电机，三相轴向排列，用于电动汽车直接驱动。

英国皇家海军与英国罗尔斯——罗伊斯公司合作开发了3兆瓦横向磁通永磁电机用于护卫舰推进，该样机采用双边结构，在体积增加较小情况下扭矩增加一倍，但电机单元有效材料产生的扭矩不增加。Peradeniya,SriLanka大学和瑞典斯德哥尔摩皇家工学院合作开发了一台横向磁通永磁电机，三相沿周向分布，每相占120°；C型定子铁心嵌入转子,盘式转子上分布轴向磁化的永磁体，周向相邻永磁体极性相反；该电机可实现较高的转矩密度，但功率因数低。

国内对横向磁通永磁电机的研究相对起步较晚，但也取得了一些成果。上海大学提出了一种双边定子、聚磁转子结构的横向磁通永磁电机，定子结构由外定子铁心、内定子铁心和定子过渡铁心组成，转子嵌在定子内。该电机气隙磁密较高，内、外双边气隙均参与能量转换,磁场利用率较高，但是转矩密度不高。

沈阳工业大学提出的一种横向磁通永磁电机，定子铁心由硅钢片卷绕而成，内置式聚磁转子，单边结构，定子结构可以有效减少电机涡流损耗，提高电机效率以及材料利用率。设计并制造了一台3相5kW的样机，此台样机转矩密度和功率因数都较高，但是没有采用双边结构，永磁体利用率不高。

清华大学邱阿瑞教授课题组提出了一种新型聚磁式结构横向磁通永磁电机，U型定子铁心，转子磁极采用三面墙聚磁式结构。该结构电机较好地发挥了永磁体的聚磁作用，提高了气隙磁密的同时简化了定子铁心结构，但永磁体用量较多，转子结构较复杂，且由于永磁体设置在转子上，转子发热可能会导致永磁体不可逆退磁问题。

以上几种横向磁通永磁电机均采用聚磁式结构，可以达到高的气隙磁密，但永磁体均放置在转子上，考虑到一些应用场合中永磁体的振动与散热问题比较严重，研究学者又提出了无源转子横向磁通永磁电机。

加拿大Alberta大学的B.E.Hasubek教授等人提出的一种无源转子横向磁通永磁电机，永磁体和绕组均放在在定子上，转子倾斜一个极距，该结构冷却方便，降低了机械冲击敏感度，获得了和有源转子结构相同的转矩密度，但是该结构转子铁心之间没有导磁材料连接，漏磁通较大，永磁体利用率不高。哈尔滨工业大学的寇宝泉教授等人提出了一种新型无源转子横向磁通永磁电机结构，电枢绕组和永磁体均放在定子上，定子由径向定子环和轴向定子桥组成，永磁体贴在定子表面。该电机冷却方便，转子结构简单可靠，在永磁体用量较小的情况下提供了较高的转矩密度，但定子结构较复杂，而且没有用聚磁式结构，气隙磁密较低。专利申请文件CN201910456343.1中双H型定子的在定子外径较小的情况下，会导致槽较窄，不能绕制多匝线圈，应用范围受限，且绕组通入电流后，产生的磁动势方向为轴向，从而导致结构不够紧凑。

发明内容