[發明專利]基于永磁體和內轉子鐵心偏心結構設計的正弦波轉子

有效

• 申請號: 202110625191.0
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113541354B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 王志強;蘇森;韓坤;陳勝林
• 申請（專利權）人: 安徽華馳動能科技有限公司
• 主分類號: H02K1/278
• 分類號: H02K1/278;H02K1/2791;H02K16/02;H02K21/02
• 代理公司: 合肥廣源知識產權代理事務所(普通合伙) 34129
• 代理人: 李俊

本發明涉及于發電機技術領域，具體公開了一種基于永磁體和內轉子鐵心偏心結構設計的正弦波轉子，包括外轉子鐵心、偏心永磁體、內轉子鐵心和轉子軸，多個偏心永磁體沿外轉子鐵心的徑向內側交替放置，且相鄰兩塊偏心永磁體的充磁方向相反，偏心永磁體由圓弧邊外廓，偏心圓弧內廓以及兩側邊組成，內轉子鐵心的內廓為圓形、外廓由一組向外凸起的偏心圓弧組成，內轉子鐵心的徑向外側與偏心永磁體之間構成了環形氣隙；本發明采用基于永磁體和內轉子鐵心偏心結構設計的正弦波轉子，改善了儲能飛輪發電機氣隙磁密波形，減小氣隙磁場中諧波含量，使氣隙磁場接近正弦波，從而改善了發電機反電動勢波形，降低了轉矩脈動，提升了儲能飛輪發電機性能。

技術領域

本發明涉及于發電機技術領域，具體公開了一種基于永磁體和內轉子鐵心偏心結構設計的正弦波轉子。

背景技術

傳統的空心杯型永磁儲能飛輪發電機，多應用與高轉速場合，需要較高的調速精度，因此多具有正弦波相電流驅動控制，正弦波相電流需要與正弦波相反電動勢相互作用，以減小電磁轉矩脈動。而傳統的空心杯型永磁儲能飛輪發電機，其反電動勢波形中3、5、7次諧波含量較大，使儲能飛輪發電機產生電磁轉矩脈動，影響儲能飛輪發電機性能與效率。空心杯型永磁儲能飛輪發電機反電動勢波形諧波含量較大的的主要原因是儲能飛輪發電機氣隙磁場波形的正弦型較差，混入了較多的奇次諧波，使儲能飛輪發電機的氣隙磁場接近梯形。因此反電動勢波形的諧波含量較大。由此看來，優化儲能飛輪發電機結構，降低氣隙磁場波形諧波含量，使氣隙磁場波形接近正弦波是至關重要的。

現有授權的國家發明專利公開了一種無定子鐵心空心杯儲能飛輪發電機結構，其中的空心杯定子結構可用于永磁同步電動機的設計中，使得內外轉子鐵心都隨偏心永磁體同步旋轉，從而不會在鐵心中產生損耗，同時空心杯定子使得定子成為無齒槽結構，可以消除齒槽轉矩和齒諧波；但是該無定子鐵心空心杯儲能飛輪發電機由于其氣隙徑向圓弧邊外廓中點與偏心圓弧內廓中點間的距離均一，導致徑向氣隙磁阻一致，影響氣隙磁場分布，使得氣隙磁場諧波含量較大，正弦性較差，影響儲能飛輪發電機性能。

發明內容

本發明的技術解決問題是針對傳統空心杯型永磁儲能飛輪發電機以及現有無定子鐵心空心杯儲能飛輪發電機結構產生的反電動勢波形的諧波含量較大，影響儲能飛輪發電機性能的不足，設計一種基于永磁體和內轉子鐵心偏心結構設計的正弦波轉子。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于永磁體和內轉子鐵心偏心結構設計的正弦波轉子，包括外轉子鐵心、偏心永磁體、內轉子鐵心和轉子軸，所述外轉子鐵心的徑向外側安裝在轉子軸的外端，所述內轉子鐵心的徑向內側安裝在轉子軸的內端，多個所述偏心永磁體沿外轉子鐵心的徑向內側交替放置，且相鄰兩塊偏心永磁體的充磁方向相反，所述偏心永磁體由圓弧邊外廓、偏心圓弧內廓以及兩側邊組成，所述內轉子鐵心的內廓為圓形、外廓由一組向外凸起的偏心圓弧組成，所述偏心圓弧的個數與偏心永磁體的個數相同，且偏心圓弧的位置與偏心永磁體一一對應，所述內轉子鐵心的徑向外側與偏心永磁體之間構成了環形氣隙；

其中，所述外轉子鐵心的內外廓、偏心永磁體的外廓和內轉子鐵心的圓形內廓同心設置，且該同心點為轉子的幾何中心，所述偏心永磁體上偏心圓弧內廓的中點與自身圓心的連線經過轉子的幾何中心，所述內轉子鐵心上偏心圓弧的兩端點在對應偏心永磁體兩側邊與轉子的幾何中心連線上，且內轉子鐵心上偏心圓弧的圓心在自身中點與轉子的幾何中心的連線上。

作為上述方案的進一步設置，所述內轉子鐵心上偏心圓弧的中點到幾何中心的距離為，滿足關系式：，其中為外轉子鐵心內廓的半徑，為偏心永磁體的圓弧邊外廓中點與偏心圓弧內廓中點間的距離。

作為上述方案的進一步設置，所述偏心永磁體的張角為，滿足關系式，其中為極對數，所述偏心永磁體上偏心圓弧內廓的半徑為，滿足關系式：

，其中為外轉子鐵心內廓的半徑。