一种具有磁场调制效应的定子多齿轴向磁通永磁电机

1.本发明涉及电机设计领域，具体的是一种具有磁场调制效应的定子多齿轴向磁通永磁电机结构。


背景技术：

2.轴向磁通永磁电机具有结构紧凑、转矩密度高、效率高的优点，其盘式结构便于采用多极数设计实现低速大转矩，特别适合用于需要大功率且对空间和重量有严格限制的直驱场合，如轮毂电机、风力发电机、飞机电推进等。
3.对于传统轴向磁通永磁电机，若采用较高的转子极数，其定子槽数也需相应增大才能使电机获得优良的转矩性能，这有可能导致定子槽尺寸过小，使得线圈导体下线困难，增大加工难度；另一方面，定子槽中导体槽满率较差，使得绕组电阻增大、损耗增加，降低电机运行性能。


技术实现要素：

4.技术问题：为解决上述背景中提到的不足，本发明的目的在于提供一种具有磁场调制效应的定子多齿轴向磁通永磁电机结构，解决了低速大转矩电机多极数设计中存在的定子槽下线困难、槽满率低等问题。
5.技术方案：本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种具有磁场调制效应的定子多齿轴向磁通永磁电机，包括两个轴向对称设置的转子和置于两个转子中间的定子，定子和转子均为环形结构且定转子同轴相连；
7.所述定子包括定子铁心和电枢绕组，定子铁心由相互独立的定子铁心模块通过轻质非磁性材料沿圆周连接构成，每个定子铁心模块面向气隙的面上沿径向开有扇形槽形成定子辅助齿，电枢绕组线圈缠绕在定子铁心模块上，线圈平面与气隙平面平行；
8.所述转子包括转子铁心和扇形永磁体，扇形永磁体固定在转子铁心表面，两侧转子结构尺寸完全相同，且相对于定子盘呈镜像对称；
9.进一步地，所述模块化定子铁心之间形成定子槽，定子槽为矩形平行槽，槽口宽度小于槽身宽度，定子铁心模块的数量和定子槽的数量均为ps。
10.进一步地，所述每个定子铁心模块单个面上开槽的数量ts和定子辅助齿的数量t
t
之间满足t
t
＝ts 1，ps为定子铁心模块的数量，pst
t
为定子铁心单面辅助齿的数量。
11.进一步地，所述转子铁心为圆环状且面向气隙一侧沿圆周均匀贴装pr个扇形永磁体，相邻两个永磁体充磁方向相反且均为轴向，pr为单个转子磁极数且为偶数。
12.进一步地，所述定子铁心模块数ps、单个转子磁极数pr、电枢绕组极对数p
ea
及定子铁心单面辅助齿个数pst
t
满足如下约束：
13.14.进一步地，所述两个转子铁心上相对位置的永磁体充磁方向相同。
15.进一步地，所述电枢绕组既可为双层集中绕组(每个定子铁心模块上缠绕一个线圈，线圈个数等于ps)，也可为单层集中绕组(每隔一个定子铁心模块上缠绕一个线圈，线圈个数等于ps/2)。
16.有益效果：本发明的一种具有磁场调制效应的定子多齿轴向磁通永磁电机，采用交替极双转子和带有辅助齿的模块化单定子，在不增加定子槽下线难度和牺牲槽满率的前提下，定子辅助齿可以有效地调制气隙谐波磁场产生额外转矩，模块化定子可以有效减少电机重量和损耗，进一步提高电机效率和转矩密度。
附图说明
17.图1是本发明具有磁场调制效应的定子多齿轴向磁通永磁电机结构示意图；
18.图2是本发明具有磁场调制效应的定子多齿轴向磁通永磁电机定子铁心结构；
19.图3是本发明具有磁场调制效应的定子多齿轴向磁通永磁电机转子结构。
具体实施方式
20.下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
21.一种具有磁场调制效应的定子多齿轴向磁通永磁电机，如图1所示，包括两个轴向对称设置的转子和置于两个转子中间的定子，定子和转子均为环形结构且定转子同轴相连，定子包括定子铁心1和电枢绕组2，定子铁心1面向气隙的面上沿径向开有扇形槽3形成定子辅助齿4，电枢绕组2由集中式电枢绕组线圈通过串/并联构成，转子包括转子铁心5和扇形永磁体6，扇形永磁体6固定在转子铁心5表面，两侧转子结构尺寸完全相同，且相对于定子盘呈镜像对称。
22.其中，电机定子铁心模块数ps、单个转子磁极数pr、电枢绕组极对数p
ea
及定子铁心单面辅助齿个数pst
t
满足如下约束：
[0023][0024]
本实施例中，ps＝12、pr＝34、p
ea
＝5、pst
t
＝24。
[0025]
如图2所示，定子铁心1由12个相互独立的定子铁心模块构成，包括第一定子铁心模块101、第二定子铁心模块102、
…
、第十二定子铁心模块112。第一定子铁心模块101上开有一个扇形槽301形成两个定子辅助齿401和402、第二定子铁心模块102上开有一个扇形槽302形成两个定子辅助齿403和404、
…
、第十二定子铁心模块112上开有一个扇形槽312形成两个定子辅助齿423和424。扇形槽在定子平均半径处的宽度与定子铁心模块宽度的比值应大于0.5但不超过1(本实施例中设计为0.9)。相邻两个定子铁心模块之间形成定子槽，定子槽为矩形平行槽，槽口宽度小于槽身宽度。槽口宽度与槽身宽度的比值应小于0.5(本实施例中设计为0.2)。
[0026]
定子铁心1的材料可选为硅钢或软磁复合材料，当采用叠压的硅钢时，叠压方向为半径方向。定子铁心模块由轻质高强度非磁性材料支撑固定，支撑部件通常采用玻璃纤维fr4、陶瓷、不锈钢等加工成型。
[0027]
电枢绕组2采用双层集中绕组，电枢绕组线圈缠绕在定子铁心模块上，线圈个数等于定子铁心模块数，线圈平面与气隙平面平行。
[0028]
如图3所示，转子铁心5为圆环状且面向气隙一侧沿圆周均匀贴装34个扇形永磁体6，相邻两个永磁体充磁方向相反且均为轴向。其中，两个转子铁心5上相对位置的永磁体充磁方向相同。
[0029]
其中，转子永磁体磁极对数为17，即产生17对极永磁磁场，24个定子辅助齿对17对极永磁磁场进行调制又会产生一个7(24-17)对极永磁磁场；此外，24个定子辅助齿对7对极电枢反应磁场进行调制又会产生一个17(24-7)对极电枢反应磁场。在定子辅助齿的调制作用下，7对极永磁磁场与7对极电枢反应磁场同步旋转、17对极永磁磁场与17对极电枢反应磁场同步旋转，这两组谐波磁场相互作用也能够产生有效转矩。
[0030]
与同样采用12个定子铁心模块但没有定子辅助齿的同类传统结构相比，本发明实施例由于引入了定子辅助齿，使得相同极对数的永磁谐波磁场和电枢反应谐波磁场能够同步旋转，从而贡献有效转矩，而传统结构只能依靠基波磁场产生转矩或需要通过增加槽极数来利用谐波磁场。可见，本发明的一种具有磁场调制效应的定子多齿轴向磁通永磁电机，在不增加下线难度和牺牲槽满率的情况下，能够有效提高电机的转矩输出能力。
[0031]
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干可以预期的改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。