[發(fā)明專利]雙定子高功率密度磁通切換永磁電機

有效

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• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103647382A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 曹瑞武;黃文新
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種雙定子高功率密度磁通切換永磁電機，屬于電機制造技術領域。

背景技術

隨著工業(yè)的發(fā)展，永磁電機在風力發(fā)電，電動汽車，船舶等領域得到了廣泛的應用。在大功率驅動和發(fā)電系統(tǒng)中，電機的體積較大，為了提高電機的功率密度，增強系統(tǒng)的功率分配能力，降低成本，電機可采用雙定子結構。由于傳統(tǒng)永磁同步電機的電樞繞組和永磁體分別置于定子或轉子，采用雙定子結構時，一般將永磁體置于轉子，轉子放置在雙定子中間。該結構存在以下缺點：首先，由于永磁體置于轉子，永磁體的安裝較困難，在高速運動場合其結構可靠性差，存在脫落風險；其次，將永磁體置于雙定子之間的轉子時，永磁體不易散熱，存在高溫退磁風險。

近年來，一種定子永磁型電機，即磁通切換型永磁電機得到了廣泛的關注。與傳統(tǒng)的永磁電機相比，該電機的永磁體和電樞繞組均置于定子，轉子上既無永磁體，又無電樞繞組，僅由導磁鐵心組成，因此該電機具有功率密度高，轉子結構簡單，適合高速運行，永磁體易于散熱，抗退磁能力強等優(yōu)點。為了提高該類電機的功率密度，增強電機的功率分配性能，可直接將其轉化為雙定子結構。直接由磁通切換電機得到的雙定子結構具有雙定子電機和磁通切換電機共同的優(yōu)點，但由于其轉子為凸極結構，在雙定子結構中，轉子的齒部高度和導磁軛部的高度近似為單邊磁通切換電機的兩倍，因此該電機的轉子慣量大，體積大，鐵損耗大，功率密度低，效率低。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種雙定子高功率密度磁通切換型永磁電機。與直接將單定子磁通切換電機得到的雙定子磁通切換電機相比，本發(fā)明的省去了轉子導磁軛部，降低了轉子齒部尺寸，大大減小了轉子的體積、重量和轉動慣量，減小了轉子鐵損耗，提高了功率密度和效率，可為風力直驅發(fā)電系統(tǒng)，電動汽車驅動及發(fā)電系統(tǒng)，航空啟動發(fā)電系統(tǒng)提供一種高功率密度，高可靠性電機。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可降低制造成本，提高電機功率密度和效率，具有功率分配性能的雙定子高功率密度磁通切換型永磁電機。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下的技術方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明的雙定子高功率密度磁通切換永磁電機，包括雙邊定子和轉子，轉子與內(nèi)、外定子之間具有氣隙。外定子包括2km塊U型導磁塊，2km塊永磁體和2km套集中繞組；每塊永磁體夾在兩個相鄰U型導磁塊之間，集中繞組設置于U型導磁塊的槽中且套住永磁體；相鄰永磁體沿切向交替充磁；內(nèi)定子也包括2km塊U型導磁塊，2km塊永磁體和2km套集中繞組，內(nèi)定子與外定子的導磁塊的徑向軸線重合，導磁齒相對，內(nèi)定子與外定子空間位置相對應的永磁體充磁方向相反，其磁勢串聯(lián)疊加，內(nèi)、外定子空間位置相同的集中繞組屬于同相；沿圓周均布于內(nèi)定子與外定子間的空間，導磁塊采用連接橋連成環(huán)形整體，也可用非導磁材料(如環(huán)氧樹脂)相連成環(huán)形，轉子整體結構為常規(guī)杯形轉子；轉子導磁塊的個數(shù)Nr與定子U型導磁塊或個數(shù)滿足如下關系：Nr=2km±n(n／m不為整數(shù))，上述k，m均為正整數(shù)，n為自然數(shù)，m代表電機相數(shù)。

上述雙定子高功率密度磁通切換永磁電機的內(nèi)、外定子每個U型導磁塊的槽中可設置雙層集中繞組，也可僅設置單層集中繞組；內(nèi)定子和外定子屬于同相的集中繞組可串聯(lián)組成一相繞組，也可并聯(lián)組成內(nèi)、外定子繞組，獨立運行。

當上述雙定子高功率密度磁通切換永磁電機的內(nèi)、外定子每個U型導磁塊的槽中僅設置單層集中繞組時，無集中繞組套著的永磁體可用非導磁材料代替，剩下的永磁體沿切向交替充磁，內(nèi)、外定子位置相同的永磁體充磁方向相反；此結構降低了不同相繞組之間的互感，提高電機的容錯性能。

當上述雙定子高功率密度磁通切換永磁電機的內(nèi)、外定子每個U型導磁塊的槽中僅設置單集中繞組時，無集中繞組套著的永磁體可去掉，其兩邊的U型導磁齒合并成一個導磁齒，構成E型導磁模塊，剩下的永磁體沿切向充磁極性交替，內(nèi)、外定子位置相同的永磁體充磁方向相反；此結構，不僅降低了不同相繞組之間的互感，提高電機的容錯性能，而且進一步增加了槽面積，提高功率密度。

上述雙定子高功率密度磁通切換永磁電機的轉子由Nr塊導磁塊可間隔排列，也可采用連接橋連成整體，導磁塊上可留有安裝孔，以便進一步緊固次級；轉子可用非導磁材料填充緊固(如壓鑄鋁等)。

上述雙定子高功率密度磁通切換永磁電機的外定子外部和內(nèi)定子內(nèi)部可增加散熱裝置，以便于永磁體散熱。

上述雙定子高功率密度磁通切換永磁電機可為電動機或發(fā)電機。