一种横向磁通永磁电机的制作方法

本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种横向磁通永磁电机。

背景技术：

电力推进系统以其生命力强、噪声小、运行成本低、布置灵活等优点逐渐成为未来船舶的首选推进方式。推进电机的体积重量和它的输出转矩成正比，而船舶需要低转速、大转矩的推进系统，推进电机体积重量往往限制了电力推进的应用。横向磁通永磁电机因为具有超高的转矩密度(可达到常规电机的3-6倍)，不存在相间耦合，每相可单独供电，容错性好等特点，特别适合用于低速大转矩场合，近年受到越来越多研究人员的重视。

现有的横向磁通永磁电机的主要缺点是其功率因数低，导致给定输出功率的情况下，需增大驱动变流器容量，从而带来增加成本，降低系统运行可靠性等问题。所以，提高横向磁通永磁电机的功率因数成为该电机大规模应用的一个关键问题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种横向磁通永磁电机，其目的在于通过将永磁体中各极设置为径向充磁的磁钢和切向充磁的磁钢实现改进磁路结构，提高游标电机的功率因数。

为实现上述目的，本发明提供了一种横向磁通永磁电机，包括：嵌套布置的转子和定子，转子包括永磁体和用于固定永磁体的固定部分，永磁体多个切向充磁的磁钢和多个径向充磁的磁钢，在一个磁力线回路包括两个径向充磁的磁钢和至少一个切向充磁的磁钢，且两个径向充磁的磁钢的充磁方向相反。

优选地，将充磁方向指向的定子的磁钢替换为导磁材料，实现交替极结构。

优选地，固定部分为非导磁材料。

优选地，径向充磁的永磁体和切向充磁的永磁体沿圆周方向排列成一排，切向充磁的磁钢与径向充磁的磁钢间隔排布，相邻的径向充磁的磁钢的充磁方向相反，与充磁方向指向定子的径向充磁的磁钢相邻的切向充磁的磁钢的充磁方向朝向充磁方向指向定子的径向充磁的磁钢。

优选地，永磁体沿圆周排列成三排，沿轴向依次记为第一排永磁体、第二排永磁体以及第三排永磁体，第一排永磁体和第三排永磁体为径向充磁的磁钢，第二排永磁体为切向充磁的磁钢，相邻的径向充磁的磁钢方向相反，与充磁方向指向定子的径向充磁的磁钢相邻的切向充磁的磁钢的充磁方向朝向充磁方向指向定子的径向充磁的磁钢。

优选地，定子包括多个u型导磁材料、连接u型导磁材料的连接以及绕组，u型导磁材料的开口端正对转子布置，绕组位于u型导磁材料内部。

优选地，定子包括定子铁轭、与定子铁轭连接的定子爪极以及位于定子爪极内部的绕组。

优选地，通过将定子沿径向等分成3n块，每n块绕组中通入一相电流，实现横向磁通永磁电机。

优选地，定子数量为3n个，且每n绕组中通入一相电流，实现三相横向磁通永磁电机。

进一步地，横向磁通永磁电机采用磁钢置于转子铁心表面的表贴式。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，与现有横向磁通永磁电机相比，存在如下有益效果：

本发明提供的横向磁通永磁电机中，将永磁体设置为沿切向充磁的磁钢和沿径向充磁的磁钢，提高永磁体的聚磁效果，增大了空载反电势。同时，由于沿切向充磁的磁钢存在，可以去除转子铁芯部分，减小了绕组电感，在保持高转矩密度的同时，能够提高电机的功率因数，从而减小驱动器容量，降低应用成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的横向磁通永磁电机结构示意图；

图2为本发明实施例提供的横向磁通永磁电机转子剖面示意图；

图3为本发明实施例提供的横向磁通永磁电机定子结构示意图；

图4(a)为本发明实施例提供的常规横向磁通永磁电机磁钢结构图；图4(b)为本发明实施例提供的横向磁通永磁电机磁钢结构图；

图5为忽略电枢绕组压降，在id＝0控制方式下的电机相量图；

图6为本发明实施例提供的横向磁通永磁电机磁路示意图；

图7为本发明另一实施例提供的横向磁通永磁电机的结构示意图；

图8为本发明又一实施例提供的横向磁通永磁电机的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的模块化定子结构示意图；

图10为本发明又一实施例提供的横向磁通永磁电机的展开结构示意图；

在所有的附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-转子，11-转子轭部，12-转子磁钢；2-定子，21-定子轭部，22-定子爪极；3-绕组。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的横向磁通永磁电机，适用于风力发电、舰船推进等领域。如图1至图3所示，本发明提供的横向磁通永磁电机，包括转子1、定子2和绕组3；转子1由导磁铁芯11和永磁体12组成，磁钢12位于铁心11的内表面，定子2由导磁铁芯21和爪极22组成，爪极22形成的空腔内放有沿圆周方向的绕组3。在图1的实施例中，定子为一整体结构，爪极22形成的空间内放置有一相绕组，通过在电机轴向上布置三个定子且分别错开120°电角度构成三相结构。

如图4(a)所示，常规横向磁通永磁电机的磁钢充磁方向均为径向，为了形成磁路闭环，磁力线需要经过转子铁轭，如图4(b)所示，本申请中，永磁体包括径向充磁的永磁体和切向充磁的永磁体，径向充磁的永磁体和切向充磁的永磁体沿圆周方向排列成一排，且切向充磁的磁钢与径向充磁的磁钢间隔排布，相邻的径向充磁的磁钢的充磁方向相反，与充磁方向指向定子的径向充磁的磁钢相邻的切向充磁的磁钢的充磁方向朝向充磁方向指向定子的径向充磁的磁钢，相邻设置的径向充磁的磁钢和切向充磁的磁钢构成永磁体n极或者s极，视径向充磁的磁钢的充磁方向和切向充磁的磁钢的充磁方向确定n极或者s极。

如图5所示，当忽略电枢绕组压降并采用id＝0控制方式时，可以得到功率因数的表达式为：

由此可见，电机的功率因数同空载反电势和同步阻抗相关，通过增大空载反电势或减少同步阻抗，可以增大功率因数。

为实现三相横向磁通电机结构，可以在电机上布置三个定子结构，且定子错开分别错开120°电角度构成三相结构。

如图6所示，转子某一极的径向充磁磁钢发出磁力线，经过转子与定子之间的气隙进入定子，在定子中磁力线沿着定子的一个爪极、定子铁芯并从另一个爪极射出，通过转子与定子之间的气隙进入转子的另一极经由切向充磁磁钢后回到径向充磁磁钢，或者直接回到径向充磁磁钢中。

由于切向充磁的磁钢存在，能够进一步实现聚磁，提高空载反电势e0，提高该横向磁通永磁电机的功率因数。

图7为本发明另一实施例电磁结构示意图，由于永磁体中切向充磁的磁钢存在，不需要使用转子轭部闭合磁力线，使得使结构更为紧凑，进一步的，减少同步电抗，能够提高功率因数。

作为本发明提供的另一实施例中，将充磁方向指向的定子的磁钢替换为导磁材料，实现交替极结构。

如图8和图9所示，三相横向磁通电机结构通过采用模块化定子实现三相结构，每一个分块定子内放置有分属于某一相的绕组，轴向上结构更为紧凑。

如图10所示，该实施例中定子包括多个u型导磁材料、连接u型导磁材料的连接桥以及绕组，u型导磁材料的开口端正对转子布置，绕组位于u型导磁材料内部。永磁体沿圆周排列成三排，沿轴向依次记为第一排永磁体、第二排永磁体以及第三排永磁体，第一排永磁体和第三排永磁体为径向充磁的磁钢，第二排永磁体为切向充磁的磁钢，相邻的径向充磁的磁钢方向相反，与充磁方向指向定子的径向充磁的磁钢相邻的切向充磁的磁钢的充磁方向朝向充磁方向指向定子的径向充磁的磁钢。一个u型导磁材料同对应的两个径向充磁的磁钢和一个切向充磁的磁钢形成磁力线回路。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。