[发明专利]一种高效、高功率密度永磁电机

说明书

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种高效、高功率密度永磁电机，包括定子和转子，定子和转子之间具有气隙；定子包括定子齿、定子轭和电枢绕组，电枢绕组绕制在定子齿上；转子包括永磁体和机壳，永磁体设于机壳的内侧；转子采用Halbach永磁阵列结构，可以是内转子结构，也可以是外转子结构，其中第I类永磁体设计有燕尾槽，用以配合机壳或转轴，第I类永磁体与第II类永磁体分别进行斜角处理；其优点在于利用机壳或转轴燕尾齿固定第I类永磁体，两种类型永磁体的斜角处理可使第I类永磁体卡住第II类永磁体，起到“自锁”效果。该永磁电机可省去护套使其气隙厚度减小，极大增加电机功率密度的同时，还减小了转子涡流损耗，有效提高了电机的效率。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种高效、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。通常，永磁电机功率密度的提升需要依赖很高的电、磁负荷，以及较大的转子极对数。电负荷的增加导致电机铜耗、定子铁耗与转子损耗增加，效率降低的同时也给电机的散热带来很大困难。在气隙厚度和护套确定的前提下，磁负荷的提高需要增加永磁体用量，设计成本大幅增加，与此同时电机的重量亦大幅增加，致使功率密度难以进一步提升。此外，由于永磁体块数较多，为保证其结构稳定性，永磁体表面通常需要护套裹住，增加了气隙的厚度，进而限制了其功率密度。工程上，为保证足够机械强度，护套多采用不锈钢等高强度合金材料，然而不利的是，不锈钢护套会在高速旋转的磁场中感应出很大的涡流损耗，效率低而温升高，不利于电机在高效、高功率密度领域的应用。因此，在不牺牲转子机械强度的前提下，去除转子护套、减小气隙厚度，是高效、高功率密度永磁电机设计的关键。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种高效、高功率密度永磁电机，可省去护套使其气隙厚度减小，极大增加电机功率密度的同时，还减小了转子涡流损耗，有效提高了电机的效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高效、高功率密度永磁电机，包括定子和转子，所述定子和转子之间具有气隙：

所述定子包括定子齿、定子轭和电枢绕组，所述电枢绕组绕制在定子齿上；

所述转子包括永磁体和机壳，所述永磁体设于机壳的内侧；

所述永磁体包括若干个第I类永磁体和第II类永磁体，若干个第I类永磁体和第II类永磁体均匀间隔呈周向设置，且相邻两个第I类永磁体和第II类永磁体之间通过倾斜边固定连接；

每个所述第I类永磁体上靠近机壳内侧中间位置设有内凹的燕尾槽，所述机壳内侧上设有若干个外凸的燕尾齿，若干个所述燕尾齿均匀间隔呈周向分布，且每个燕尾齿均与燕尾槽匹配设置；

所述定子由硅钢片叠压而成。

通过采用上述技术方案，转子采用Halbach永磁阵列结构，可以是内转子结构，也可以是外转子结构，其中切向磁化的永磁体(第I类永磁体)设计有燕尾槽，用以配合机壳或转轴，第I类永磁体与径向磁化的永磁体(第II类永磁体)分别进行斜角处理。其优点在于利用机壳或转轴燕尾齿固定第I类永磁体，两种类型永磁体的斜角处理可使第I类永磁体卡住第II类永磁体，起到“自锁”效果。这种永磁电机可省去护套使其气隙厚度减小，极大增加电机功率密度的同时，还减小了转子涡流损耗，有效提高了电机的效率。

优选地，所述定子的内半径为r₁，所述定子的外半径为r₂，所述定子齿宽为w_s、所述定子轭厚为h_e；所述定子的内半径r₁与外半径r₂的关系r₁/r₂为0.5～0.8mm；所述定子轭厚h_e和定子齿宽w_s的关系为h_e/w_s＝0.67。